弁言：從「超級種馬」到「種馬王」——更高要求

2006年8月份，西科斯基飛機公司（SAC；Sikorsky Aircraft Corporation）收到了一份來自美國海軍陸戰隊的新合同，這份合同被稱為「系統發展和演示」（System Development and Demonstration）合同，其目的就是要求西科斯基公司為美國海軍陸戰隊打造下一代的重型運輸旋翼飛行器（Heavy-Lift Rotorcraft）平台。

這種新一代旋翼飛行器平台被定型為「CH-53K」（King Stallion；種馬王），儘管從型號上來看，CH-53K看起來像是其前輩CH-53E「超級種馬「重型直升機的某種衍生或者改進型號，但實際上，這是一種從頭開始全新設計的重型直升機，集成了現今最尖端的多種直升機技術，採用了新打造的通用電氣GE38-1B，7500馬力型高性能發動機、電傳操縱飛行控制系統和全新的複合材料機身結構設計。

圖 1 CH-53E「超級種馬」是美國海軍陸戰隊現役的唯一一種重型直升機

這些新技術的引入加上與這些新技術相匹配的傳動系統和旋翼系統設計，「種馬王」重型直升機能夠在高熱環境下，承運27000磅（超過12噸，1磅≈0.45公斤，下同）的有效載荷跨越100海里（約185公里，1海里≈1.852公里，下同），這大概就是CH-53E超級種馬重型直升機的3倍。

在2008年的時候，種馬王直升機成功通過了「初步設計評估」，隨後到2010年4月份，該機進入了「關鍵設計評估」階段，在之後的發展中，「種馬王」重型直升機，雖然穩步推進，但是卻由於一些複雜的技術問題，使其始終未能跟上美國海軍陸戰隊的計劃表的速度。該機的地面開車試驗從2014年4月份正式啟動，2015年10月底啟動了正式的飛行試驗，而直到2018年5月份，第一架CH-53K才被交付到美國海軍陸戰隊進行飛行試驗。

圖 2 在進行沙盲飛行測試中的「種馬王」重型直升機原型機

好了，「種馬王」重型直升機的發展履歷暫時介紹到這裡了，讓我們回到今天的主題——「種馬王」直升機的生存性設計——上面來。可以說，「種馬王」重型直升機必將和它的前輩「超級種馬」CH-53E重型直升機一樣，隨著美國海軍陸戰隊執行「遠征作業 」而參與到實戰環境中去。所以生存能力對於該機而言，其中重要性是不言而喻的。

而美國海軍陸戰隊在該機「作業需求文件」（ORD；Operational Requirements Document）中提出了「關鍵性能參數」（KPPs；Key Performance Parameters），七條項目級的「關鍵性能參數」中有兩條就直接涉及到了該機的生存能力設計，這兩條分別是：兵力防護（Force Protection）和彈傷容限（Ballistic Tolerance），同時，美國海軍陸戰隊對於該機的總體生存能力性能提出的總要求就是：相比現役的CH-53E「超級種馬」重型直升機的生存能力要有顯著的提升。

ORD文件中還提出了對於「飛彈預警設備」和「飛彈干擾或誘捕」設備的需求來進一步提高「種馬王」重型直升機平台的生存能力。同時，為了驗證CH-53K研製團隊所進行的生存性能設計是否能夠滿足該機在實際軍事行動中所能碰到的真實威脅，美國海軍陸戰隊還要求試驗測試團隊對該機進行飛行測試、實彈測試和評估（LFT&E；Live Fire Test and Evaluation）以及彈傷風險降低測試。

圖 3 在進行地面測試中的CH-53K直升機

另一方面，為了支持CH-53K直升機項目的順利推進，研製團隊在該機設計工作的每一個里程碑節點都針對其生存性能的細節設計進行了充分的研究，以此來確保其能夠滿足「飛行器技術規範」（AVS；Air Vehicle Specification）文件的要求。而在「種馬王」直升機的生存能力方面，對兩個生存性能學科的評估是重中之重，這兩個學科就是：敏感性（Susceptibility）和脆弱性（Vulnerability）。

所謂敏感性，說白了就是指「種馬王」直升機受到敵方武器打擊的機率，越容易被敵方武器擊中，敏感性指數就越高；而脆弱性則是在敏感性之後，直白來說就就是「種馬王」直升機在所能夠忍受敵方武器打擊的耐受性，當然，脆弱性指數越高，說明該機的生存能力越差。

為了對這兩個關鍵的生存性能學科進行評估，來自美國海軍航空系統司令部、西科斯基公司、SURVICE工程公司、DOT&E以及美國國防分析研究所的專家組成了一支特別的「生存能力小組」。該小組同時也承擔了「種馬王」直升機的「實彈測試和評估」工作以及其彈傷風險降低測試工作，這些測試工作都是在位於加州的「中國湖試驗基地」中的武器生存能力實驗室、美國海軍空戰中心武器分部進行的。

圖 4 第一架被美國海軍陸戰隊接收的CH-53K直升機原型機（用於測試）

本文將著重介紹CH-53K「種馬王」重型直升機為提升生存能力而採取的一系列設計措施，上文提到的關於實彈測試和作戰風險規避（降低）等測試內容將會在另一篇專講相關測試的文章中再行介紹。下面，請看正文。

敏感性降低 – 威脅規避設計

對於飛行器來說，所謂敏感性（Susceptibility）就是其無法規避敵方打擊威脅的程度指數。所以說，在軍用飛行器的設計中，「敏感性降低」設計是一個重要因素。對於種馬王重型直升機來說，其「敏感性降低」設計主要包括一套集成的「飛行器生存性裝備」（ASE；Aircraft Survivability Equipment）套件，ASE套件能夠提供雷射、雷達和飛彈等威脅的環境態勢感知能力，並相應地採取 對抗措施。所以ASE套件從本質上提升了飛行員的威脅環境態勢感知能力，並在條件允許的情況下為飛行員提供地方武器威脅規避能力。

圖 5 ASE套件在種馬王直升機上的分布側視圖

從宏觀上來說，ASE套件包含有以下幾個主要部件：

-雷達告警接收裝置（RWR；Radar Warning Receiver）:AN/APR-39B(V)2/電子戰管理系統

圖 6 AN/APR-39數字雷達告警接收器已經被應用在「阿帕奇」直升機和「魚鷹」傾轉旋翼機上

-定向紅外對抗系統（DIRCM；Directional Infrared Countermeasures System） :AN/AAQ-24(V)

-飛彈告警系統（MWS；Missile Warning System），在該系統的升級版本中還集成了雷射探測系統

-反制投射系統（CMDS；Countermeasures Dispenser System）: AN/ALE-47

圖 7 BAE系統公司的ALE-47反制投射系統宣傳冊圖片

脆弱性降低 – 損傷容限設計

對於飛行器來說，所謂脆弱性（Vulnerability）就是其無法在受到攻擊之後耐受損傷的程度指數。在AVS文件中，一些主要的威脅已經被進行了詳細的歸類，其中包括彈擊損傷、火箭推進榴彈（RPG；Rocket-Propelled Grenades）和可攜式防空武器。在種馬王直升機上，為降低脆弱性和保護兵員所採取的設計措施主要包括：

-機身/結構：複合材料設計，並採用多餘度力流設計以及強化的結構單元來限制損傷裂紋的擴大；

圖 8 CH-53K直升機機身不同結構部件供貨來源

-動力系統：全新的GE38-1B型發動機，其性能得到了顯著提升，能夠確保單發獨立運作能力；

圖 9 「種馬王」直升機配備了3台GE38-1B型渦軸發動機

-人員防護：為飛行員和副飛行員專門打造了座椅防護裝甲和機翼裝甲，此外，也為乘員防護設計了艙門和艙壁裝甲；

-飛行控制系統：多餘度電傳操縱飛行控制系統，採用較高彈傷容限設計，並為主旋翼和尾槳的伺服驅動機構採用了干擾抵抗設計；

-燃油系統：「種馬王」直升機採用了吸入式供油系統，並配備有額外的輔助發動機供油系統，該系統僅在苛刻的飛行條件下增加供油壓力，燃油囊設計有自修復/抗墜毀能力，多餘度的燃油交叉供給系統，以及具有自修復能力的高彈傷容限座艙燃油輸運管道，還採用了燃油凈化系統和燃油自動惰化系統（OBIGGS）；

圖 10 OBIGGS燃油自動惰化系統被廣泛用於軍用運輸機的油箱防爆中

-傳動系統：CH-53K直升機主旋翼減速器採用了多餘度「乾式油底殼」（Dry Sump）潤滑系統，從而降低漏油的隱患，並且能夠確保「種馬王」直升機在耗盡所有潤滑油之後還能保持至少30分鐘的飛行能力。該機傳動系統的鋁製中間件和尾部齒輪箱也採用了輔助潤滑系統，同樣能夠確保在耗盡所有潤滑油之後還能有至少30分鐘的持續飛行能力。該機的尾槳傳動軸也採用了較大的直徑設計，從而確保其有較高的抗彈擊損傷容限，同時對應的彈性聯軸器也採用了較高的抗彈擊損傷容限設計。

圖 11 「種馬王」直升機尾槳特寫

-液壓系統：液壓系統採用了三重裕度設計，加上集成的液壓隔離系統，降低了該系統起火的風險，也能夠防止液體損耗。

-旋翼系統：種馬王直升機採用了複合材料槳葉和彈性軸承，一方面降低了旋翼系統的複雜性，減少了運動部件的數量。同時也採用了直徑較大的主旋翼變距操縱杆，從而來提升旋翼系統的抗彈擊損傷容限。

圖 12 CH-53K槳轂系統特寫

兵員防護設計：防護性與重量、靈活性之間的折中

和「彈擊脆弱性降低設計」類似，「種馬王」重型直升機的「兵員防護設計」也是從CH-53K項目的早期階段就已經啟動了，而在後續的設計過程中，項目團隊持續對其「兵員防護設計」進行疊代改進，從而確保這些設計在確保生存性能的同也滿足美國海軍陸戰隊提出的KPPs「關鍵性能指標」文件。而從系統部件來說，「兵員防護設計」主要涉及到了兩個主要子系統，一個就是駕駛艙系統，另一個就是客艙系統。

2007年4月份的時候，CH-53K項目團隊就已經完成了第一輪的「兵員防護設計」評估，當時主要採用的還是一套BRL-CAD三維模型和來自「彈傷脆弱性評估」的COVART（易損區域計算工具）數據，而當時的評估結果就認為「種馬王」直升機的初步兵員防護設計能夠滿足美國海軍陸戰隊KPPs文件的指標要求，甚至防護能力還顯著「超標」了。

客艙裝甲設計

對於重型運輸直升機而言，重量性能是相當重要的一個指標，所以在客艙裝甲的防護性設計中，CH-53K項目組首先關注的就是如何在重量對裝甲進行優化設計，使得這些裝甲在確保防護能力等級不減弱的情況下，還能顯著降低總體的重量占比。其實在飛行器的結構設計中，不同的區域其結構強度本來就有強弱之分，對於那些結構強度足夠高的地方，理論上是可以不再布置額外的裝甲的。

圖 13　「種馬王」直升機客艙裝甲配置示意圖

正是基於這個基礎理論，項目組認為客艙的防護裝甲並不需要覆蓋所有部位，而可以合理避開結構強度本來就很高的一些點，由此，客艙的防護裝甲設計就和「種馬王」直升機客艙的結構設計綁定在了一起，在設計師進行客艙結構設計改進和疊代的同時，客艙防護裝甲的設計也需要同步更新，以此來保證客艙整體的抗彈傷能力和重量性能。

駕駛艙裝甲設計

圖 14 CH-53K直升機座艙特寫

在裝甲設計方面，除了客艙裝甲設計之外，另一項重點當然就是駕駛艙裝甲設計了，而駕駛艙裝甲設計的重點就是飛行員座椅裝甲設計，對於CH-53K項目組的設計師來說，這項設計的重點就是對座椅的裝甲結構進行簡化設計，從而確保座椅裝甲設計能夠適配整體座艙防護設計要求。

圖 15　「種馬王」直升機的早期座椅防護裝甲設計方案

在早期的設計中，項目組為「種馬王」直升機的座椅設計了多種配置的防護裝甲設計方案，最後通過仿真試驗手段，初步甄選出了能夠為飛行員提供最佳防護效果的配置方案。改進前後方案的示意圖已經展示在本節中，除了防護布局的明顯變化之外，還可以看到改進後的的方案在防護的靈活性方面有了顯著的提升。

圖 16　「種馬王」直升機改進後的座椅防護裝甲設計方案

小結：生存力就是戰鬥力

圖 17 美國海軍陸戰隊現役的MV-22「魚鷹」傾轉旋翼機

CH-53K「種馬王」重型直升機是美國海軍陸戰隊寄予厚望的下一代重型運輸平台。儘管這幾年MV-22「魚鷹」傾轉旋翼機在美國海軍陸戰隊的表現有目共睹，其性能和可靠性也越發出色，但是，考慮一下——西科斯基在CH-53K項目上一度延期，美國海軍陸戰隊因此承受著來自美國國會的巨大財政壓力，即便在這種情況下，美國海軍陸戰隊仍然始終堅持採購「種馬王」直升機——從其態度就可以看出，像種馬王這個級別的重型直升機，在可預見的未來，仍然是兩棲作戰和陸戰部隊的重要裝備，不會被其他種類的航空器所取代。

而這種在戰場上扮演「關鍵先生」角色的飛行器，一旦被擊落，無論是對實際戰鬥力還是對士氣，都是嚴重的打擊，所以說，對於「種馬王」直升機而言，生存力就是戰鬥力，只要存活，就能為戰場源源不斷輸入有生力量、物資和補給，同時也給對手造成心理上的壓制力。

圖 18 圖示為米-26重型直升機的最新改進型號米-26T2V

這也是為什麼經濟狀況並不樂觀的俄羅斯仍然要保持米-26重型直升機運輸機隊，更是為什麼我們需要關注重型直升機。下一篇，我將著重介紹CH-53K在生存性能設計方面所進行的一些試驗測試工作，歡迎持續關注… …