S-76,西科斯基打造的第一架纯商用直升机,到底可靠吗?

S-76,西科斯基打造的第一架纯商用直升机,到底可靠吗?

西科斯基杰出商用直升机的诞生

1975年,西科斯基公司开始意识到他们不能够几乎完全依赖军用直升机订单来维持公司的正常运转,因此,为了增大商用直升机订单在该公司收入中的份额,S-76型直升机应运而生。该机的目标应用场景有多个,包括

①能够承载12名乘客(工人)往返海上石油钻井平台;

②能够承载6名乘客的高端VIP客户运送;

西科斯基公司和其母公司联合飞机公司自筹了该机从设计、开发到认证整个过程所需的所有资金而没有接受任何外部注资。

值得一提的是,S-76型直升机的技术基础正是西科斯基公司在1972年为美国陆军的“通用战术运输系统”(UTTAS;Utility Tactical Transport Aircraft System)所打造的大名鼎鼎的黑鹰直升机(军方代号UH-60,西科斯基公司内部代号S-70)。尤其是S-76继承了黑鹰直升机先进旋翼系统的全部优点,包括特别设计的桨叶翼型分布、扭转分布、桨尖后掠和尖削设计,在材料方面,黑鹰直升机的钛材桨叶大梁设计也被“搬运”到了S-76上,同样被“拿过来用”的还有黑鹰直升机的弹性主旋翼桨毂设计以及交叉梁无轴承尾桨设计。

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从总体布局来说,S-76型直升机属于一种中型双发商用直升机,由两台涡轮轴发动机为主旋翼和尾桨提供动力,同时驱动全机的液压系统和机载设备,该机的主旋翼和尾桨都是由4片桨叶构成,其起落架为可收放式起落架。

1975年2月份,HAA(如今被称为HAI,Helicopter Association International,亦即“国际直升机大会”)大会在内华达州的拉斯维加斯举行,会上,西科斯基S-76型直升机首次正式亮相,S-76优美的流线型机身设计结合先进的旋翼技术,使其惊艳全场,而多项新技术的结合使得该机在发动机燃料消耗方面取得了较大的进步,同时也提升了该机在商业运输方面的效率。

该机的VIP行政运输版本还为机舱加入了多重隔音设计,使得其机舱相当安静,乘员完全不需要携带耳机就能直接交流甚至在机舱中进行办公。当时西科斯基推出S-76的目的就是为了取代当时很常见的用于中短途商务客运的小型商务飞机。

开始的时候,西科斯基在UH-60黑鹰直升机的基础上开发了这种商用直升机,并将其命名为S-74,但是之后为了纪念美国建国两百周年,该机被重新定型为S-76 Spirit(精神;虽然不知道为啥从74改为76就算是纪念了)。这种设计可以容纳2名飞行员和12名乘客,以方便海上石油钻井平台工作人员变动的运输需求。早期版本的S-70采用了两台阿利森 Allison 250 C30涡轴发动机提供动力,每台发动机的功率为650马力(起飞功率)。1977年3月13日,S-70的第一架原型机完成了首飞测试。1980年10月9日,西科斯基公司决定放弃Spirit这个名字,因为公司高管发现这个名字被翻译成外语的时候出现了各种意想不到复杂情况(比如说在中文中,Spirit还有幽灵的意思)。

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△在一处海上石油钻井平台,S-70正在进行人员轮换的运输工作

该机的第一种生产型号是S-76A型。在1982年,S-76A创造了中型直升机在前飞速度和爬升速度方面的12项世界纪录。其中最引人注目的一项记录就是在一条500公里的封闭赛道上达到了345.7公里的时速。

有不少航空公司运营S-76A型直升机的定期航班,其中班次最多的就是加拿大大不列颠哥伦比亚省温哥华的Helijet国际航空公司,该公司的一架S-76A型直升机(编号:760074)在2012年2月份被公认为世界上运营时间最长的S-76机身,该机的总的飞行时间达到了37025小时。

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△编号700074的这架S-76A直升机正在进行着陆

而行政版本的S-76型直升机一度都是财富五百强公司高管们商务出行的首选机型。英国专职运送女王和皇室成员的直升机机队从1998年开始采用一架西科斯基S-76C+型直升机执行相应的运输任务,而在2009年,一架S-76C++(注意多了个“+”号)接手了这项任务。

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△英国“女王直升机运输”机队的S-76C++型直升机

空中救护最初也不是S-76直升机的目标市场,但是该机具备较高的前飞速度、较大的航程以及可以容纳两名病人的机载空间,这在当时的空中救护领域可谓是极具竞争力了的,所以很快空中救护就成为了S-76型直升机的任务市场之一。

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△S-76直升机的空中救护型号

大量采用UH-60军用黑鹰的尖端技术——S-76的设计特点

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△S-76A剖面示意图

S-76型直升机的设计目的是为了海上石油市场提供服务,以满足当时主流的石油勘采商在半径400海里的离岸石油任务中运载12名乘客和2名机组成员的需求,配备漂浮设备,并能实现A类仪表飞行规则。为了满足这些实用需求,西科斯基公司在S-76中大量应用了为美国陆军打造UH-60黑鹰直升机而开发的多种先进技术,其中最主要的就是:钛合金和复合材料打造的主旋翼桨叶、无轴承式复合材料尾桨、双线式减振器和简化的主旋翼传动系统。

主旋翼的特点:S-76型直升机的主旋翼桨叶主要由复合材料构成,其大梁为钛材打造,中空设计,是等离子弧焊接和热成型的椭圆形设计,桨叶外表包裹了玻璃纤维蒙皮,空腔内部则有Nomex蜂窝材料填充。S-76直升机桨叶采用SC1095翼型,其桨叶的扭转分布为非线性扭转,其扭转设计可以使得悬停状态下桨叶的气动载荷分布更为均匀,从而提升其悬停效率。桨叶叶尖采用后掠下反设计,有利于提升飞行速度和降低噪音。

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△S-76直升机主旋翼桨叶结构细节

Delta-3设计:为了提升S-76的搭乘品质(也就是提高稳定性和减小振动水平)其旋翼系统还设计了最大的17°的桨距锥度角。这种角度设计在直升机旋翼设计中一般被称为“Delta-3”(或者δ3),其本质是为了解决桨叶挥舞过程中与桨叶变距存在的耦合关系。换句话说,当桨叶在紊流中挥舞的时候,Delta-3角的存在就能够消除部分变距角带来的负面影响,以此来防止桨尖失速,从而使得该机飞的更平稳,提升搭乘品质。S-76是通过一个集成移相器的复杂混合单元来纳入“Delta-3”设计的。

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△S-76飞行控制和混合器示意图

无轴承式尾桨:S-76的复合材料无轴承式尾桨主要结构单元为横梁式翼梁。横梁式尾桨的设计是为了充分利用单向碳纤维复合材料的特殊性能。尾桨主要由两套组件构成,每套组件都包含两片桨叶,因而尾桨总计4片桨叶。连接两片相对的桨叶的中间梁也是由单向碳纤维复合材料制成,截面形状为矩形。中间梁在挥舞和扭转方向是柔性的,但是在摆振(切向)方向则是非常刚硬的。中间梁伸入到尾桨桨叶内部,通过螺栓紧固,两套尾桨组件的中间梁也呈直角夹紧,形成完整的尾桨。由于不存在各种铰链设计,所以这种无轴承式尾桨规避了很多铰接式旋翼的不稳定性问题,同样也不需要润滑,维护量也极低。

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△S-76直升机的尾桨结构细节

传动系统:主齿轮箱的最终减速器是一个带有两个正齿轮的从动齿轮。这比之前西科斯基公司广泛应用在直升机上的行星齿轮系统要简单得多。S-76每台发动机都有一套单独的动力传动系统,各自的系统都会通过一个单齿轮和斜齿式齿轮啮合连接到大齿轮上。尾部的传动系统默认由左侧发动机动力系统来驱动,但是如果左侧发动机出现故障的话,右侧发动机可以通过大齿轮连接到斜齿式齿轮上来驱动尾部传动系统。相比传统的行星齿轮系统,使用大从动齿轮系统可以显著降低轴承和齿轮的数量。这一设计降低了S-76直升机的总体成本,也提升了该机的可靠性。

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△S-76直升机主齿轮箱传动系统示意图

主旋翼桨毂:主旋翼桨毂是由弹性轴承和双线吸振器组成的单件铝锻成型件。双线吸振器被调整到不同的频率,从而在源头上抑制振动,避免旋翼振动传递给机身,从而减少机舱噪音和保护机身免受振动破坏。

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△S-76直升机主旋翼桨毂和双线式减振器

机身:S-76直升机的机身外形经过特别的气动优化设计来降低废阻力以此来提升效率。该机也是西科斯基直升机首次在机身制造中大量采用平头铆钉。总的来说,S-76可谓是第一架广泛使用先进复合材料的西科斯基商用直升机。其发动机进气道和整流罩中采用了凯夫拉纤维,这种材料的重量是玻璃纤维的一半,而强度则堪比玻璃纤维的两倍。

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△S-76直升机中应用了大量的复合材料设计

不仅仅只是一架商用直升机——S-76的试验性探索

①SHADOW(缩写,全称为:Sikorsky Helicopter Advance Demonstrator of Operator Workload):一架S-76A直升机的机头被加装了一个额外的座舱系统,这个设计虽然看起来非常的“奇葩”,但事实上确实为大名鼎鼎的RAH-66科曼奇隐身直升机测试全新的电传操纵飞行控制系统。而在该机原本的座舱中,也坐着被称为“安全飞行员”的操作员,他们存在的意义就是在测试中的“电传操纵飞控系统”出现任何问题的时候接手全机的操纵权限,确保该机的飞行安全。

“SHADOW”系统被用于测试三轴和四轴侧臂控制器。它还被用来测试了先进的飞行控制概念,比如说“速度保持”命令,该命令允许飞行员释放手中的操纵杆,而直升机能够继续保持在设定的速度下自主飞行。这些新的飞控概念出现的目的是为了最大限度减少飞行员的工作量,以便其能够集中精力来执行其他任务,而不需要将大部分精力“浪费”在直升机的操纵和飞行上。

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△改装成“SHADOW”概念的S-76A直升机

②Fantail(涵道风扇尾桨概念):这是一种试验性质的S-76B,最主要的改动就是采用了涵道风扇尾桨的设计,其实这也是为了打造RAH-66科曼奇隐身直升机而进行的预先设计研究。美国军方要求这种设计的直升机能够在高温、高海拔并有45节侧风的条件下,在6秒钟内完成180°的急转弯。为了实现这一需求,西科斯基公司为“Fantail”直升机打造了一个相当强大的涵道风扇尾桨,使得该机能够以时速70英里(约112.7公里)实现侧飞。

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​△S-76B涵道尾桨直升机


集成来自军用版UH-60黑鹰直升机的多项先进技术,S-76直升机在安全性和可靠性方面一直都记录良好,并且作为可靠的贵宾和商务运输航空器而享有盛誉。这也是科比选择这型直升机作为其私人座驾的重要原因… …

可惜的是,你永远不知道下一秒会发生什么,这个世界上也从来不会有“绝对安全”的运输工具出现,且行且珍惜。

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