▲隸屬於美國海軍陸戰隊的CH-53重型直升機

美國海軍陸戰隊的選擇——第一架CH-53A的誕生

1961年1月份，新年伊始，美國國防部開始籌劃「三軍通用突擊運輸項目」（TSATP；Tri-Service Assault Transport Program），該項目的目的正是打造一種中型的垂直起降型（VTOL；Vertical Take Off and Landing）飛行器。而最早推動該項目前進的原因就是美國海軍陸戰隊在役的西科斯基S-56型（海軍陸戰隊型號為：HR2S-1）通用運輸直升機其負載能力已經趕不上其作業要求，所以海軍陸戰隊希望儘快為S-56尋求接任者，由此，TSATP項目應運而生。

經過多方競爭，該項目的最終勝利果實被LTV公司（Ling Tempco Vought）的XC-142A垂直起降試驗機摘取了，XC-142A是一種傾轉機翼構型的新型飛行器，其速度和航程等性能參數遠勝於直升機，負載能力也能滿足美國海軍陸戰隊的要求，可是該機的可傾轉機翼上安裝了4副直徑遠小於常規直升機的小尺寸旋翼，這就導致了該機旋翼的槳盤載荷（旋翼拉力與旋翼面積的比值，與旋翼下洗流成反比關係）很大，從而致使其在起降階段會產生強烈的下洗流，美國海軍陸戰隊認為這種超強的下洗流不僅會導致該機難以執行艦載起降作業，甚至會影響到其兩棲突擊的效率，所以這一方案雖然在TSATP項目中取得了勝利，卻沒能過海軍陸戰隊的關卡。多方考慮之後，美國海軍陸戰隊決定自己來尋求可堪接任S-56的重型直升機。

▲XC-142A傾轉機翼飛行器於1964年9月份完成了首飛

1962年3月7日，美國海軍武器局（BuWeps；Bureau of Naval Weapons）正式提出了他們所期望的下一代艦載重型直升機的技術指標要求。其中最主要的幾點要求如下所述：

• 這種艦載直升機的有效載荷需要達到8000磅（約3630公斤）
• 攜帶8000磅有效載荷的情況下作戰半徑要達到100海里（約185公里）；
• 攜帶8000磅有效載荷的情況下，飛行速度要達到150節（約278千米/時）

新一代艦載重型直升機的主要任務是艦到岸的貨物運輸、失事飛行器的緊急救援、人員運輸以及醫療後送等。

方案徵詢書發布之後，美國海軍武器收到了3份提案：

① 伏托爾公司建議採用CH-47A支奴干衍生型號HC-1B的方案；

② 卡曼公司基於英國的費爾雷Rotodyne旋翼機方案提出了一個可用的改進方案；

③ 西科斯基則是提出了S-65型直升機來作為S-56型直升機的繼任者

1962年7月份，在綜合考慮了技術成熟度、生產製造能力和成本等多方面因素之後，美國海軍武器局最後還是選擇了西科斯基的S-65型直升機方案。

▲一架海上種馬直升機從美國海軍基地機場起飛

不過，這時候問題又來了，儘管西科斯基公司的方案入選了，但是美國海軍陸戰隊所能申請到的經費預算並不足以支撐其整個項目規劃，因此雙方的合同遲遲未能簽署下來。西科斯基公司權衡利弊之後，認為拿下這單對於該公司日後的發展大有裨益，於是他們開始和美國海軍武器局反覆磋商調整規劃的細節，並指出西科斯基公司能夠接收將第一部分研發預算，而美國海軍武器局只需要把原先希望首批打造的4架原型機改成2架原型機，那麼第一份合同就能簽署下來。

▲一架海上種馬直升機正在接受空中加油

西科斯基的誠意和合理的建議打動了美國海軍武器局的負責人，1962年9月24日，雙方簽署了第一份合同，美國海軍將向西科斯基提供996.56萬美元的首批經費，西科斯基將用這些經費製造一架S-65模型、一架用於靜力測試的機身和兩架YCH-53A原型直升機。一切由此走上正軌，西科斯基公司的第一架YCH-53A海上種馬直升機於1964年10月14日正式完成了首飛。1965年年初，一架美國海軍陸戰隊的CH-53A在起飛重量15.9噸的情況下，實現了170節（約315千米/時）的高速飛行，一舉打破了當時在役直升機的飛行速度紀錄。

▲1964年10月14日，正在進行首次飛行測試的YCH-53A海上種馬直升機

旋翼的革命——CH-53的設計特點

CH-53A直升機的最大特點就要數「鈦金屬的大規模應用」這一點了，要知道，在當時的直升機製造業中，鈦金屬仍然屬於某種「異金屬」，少量應用的都算罕見，更別說像海上種馬直升機這樣大規模應用了。

▲H-53型直升機上率先大量應用鈦金屬

海上種馬直升機的機身當然還是採用了鋁合金框結構，表面覆蓋有鋁製蒙皮以及複合材料製造的可拆卸面板。該型直升機的尾部還有一個獨特的被形象稱為「大象耳朵」（Elephant Ears）的設計，其本質上是一種額外的邊條翼結構，該結構存在的原因是海上種馬直升機陡峭的尾部艙門斜坡道使得該機在高速飛行過程中會因為氣流分離而形成較大的壓差阻力，「大象耳朵」邊條翼的布置緩解了這一問題，從而使得該機有著較高的前飛速度。

▲海上種馬直升機降低機身阻力的重要設計「大象耳朵」

安定面：海上種馬直升機的水平尾翼安定面位於尾槳塔架的右側，平尾面積大概在2.28平方米，其與塔架之間的夾角為10°，其迎角為0°。

▲一組訓練中的海上種馬直升機尾部特寫

主旋翼槳轂：CH-53A設計有兩片槳葉，通過全鉸接式連接到主旋翼槳轂上，旋翼槳盤的直徑為72英尺，整套旋翼系統通過一套2級液壓不可逆伺服控制系統實現操縱，該系統採用油潤滑。

▲CH-53A的油潤滑主旋翼槳轂

彈性軸承：在海上種馬直升機發展和改進的過程中，槳轂改進方面最值得一提的就是彈性軸承的誕生。當時美國軍方希望改善海上種馬直升機的主旋翼槳轂的維修成本，並提高其可靠性來適應強度較高的海上和遠征任務。為此美國政府開始資助西科斯基公司改進旋翼槳轂的設計，為了解決海上種馬直升機長久以來一直存在的漏油隱患，所有的需要通過油潤滑的改進方案都被否決了，這也就促成了彈性軸承的誕生。

西科斯基開創性地設計出彈性軸承槳轂之後，經過了大量的台架和旋轉試驗，最後在1972年正式應用到海上種馬直升機上，並完成了首次飛行測試。之後在CH-53D型海上種馬直升機機隊的升級維護過程中，直接將所有的油潤滑槳轂改裝成了低維護需求的彈性槳轂。本質上，彈性槳轂是一種錐形球面軸承，通過自身的彈性來實現變距、揮舞、擺振等槳葉運動。彈性軸承是一種金屬和橡膠的層壓結構，所以無需任何潤滑措施。

▲CH-53D型海上種馬直升機的彈性槳轂設計

主旋翼槳葉（鋁製大梁）：早期的海上種馬直升機旋翼槳葉採用了全金屬槳葉設計，其主要材質為鋁合金，除了槳根部位的鈦制套管。槳葉的大梁是由空心擠壓鋁合金製成，其中充滿了加壓的惰性氣體（氮氣；這種技術被西科斯基稱為「槳葉檢查系統/Blade Inspection System」），只需要通過監測填充氣體的壓強，就能判斷與蜂窩填充物、鋁製槽腔結構相連接的大梁是否有裂紋。一旦翼梁壓強讀數異常，駕駛艙的告警系統就會立刻向機組人員發出警告。之後，美國政府對H-53機隊進行了進一步的改進，為其配備了「機上槳葉檢查系統」（IBIS；Inflight Blade Inspection System），該系統採用放射性鍶90來監測槳葉翼梁中的壓強變化，傳感器組件會接受這种放射性信號，然後將其傳遞給信號處理器。信號處理器分析之後，如果發現異常，則會啟動駕駛艙的警示燈系統。

改進的主旋翼槳葉（鈦制大梁）：1970年5月份，西科斯基公司自力更生（也就是沒有外部資金的情況下）啟動了CH-53D直升機升力和性能提升的預研項目，該項目的重點就是採用一種以鈦合金大梁為根本的主旋翼槳葉系統，這種槳葉被稱為改進型旋翼槳葉（IRB；Improved Rotor Blade）。之所以採用鈦合金作為主旋翼槳葉的大梁，還是因為這種金屬其強度大的同時重量還輕。為了在生產這種長達33英尺的鈦合金大梁的時候合理控制成本，西科斯基公司還專門發展了新的生產製造工藝。大梁本質上是由又長又窄的鈦板構成的。這些板材是通過一台40英尺長，2000噸重的液壓機經過4步處理冷壓成圓形，然後通過等離子弧焊將開縫閉合。鈦制根部附件通過慣性附著在大梁的末端。整個組件最後被放進加熱模具中，最終蠕變形成最終的橢圓形狀。Nomex蜂窩槽腔粘結到大梁後側，整個組件被包裹在玻璃纖維環氧樹脂中製造成完整的槳葉。

相比於早期海上種馬直升機的槳葉，改進的槳葉有著更大的弦長，改進的SC1095翼型和更高的——到達16°——的負扭轉，使得該機的總重能夠從36693磅增加到了42000磅。1971年9月29日，裝備有改進型槳葉的CH-53D型海上種馬直升機完成了首次試飛工作。而這種改進型的槳葉最終也被用在了大名鼎鼎的黑鷹直升機上，並促成了黑鷹直升機的成功。

▲安裝在CH-53D型海上種馬直升機上的改進型旋翼槳葉

尾槳槳轂：海上種馬直升機採用了4槳葉尾槳構型設計，直徑16英尺，全金屬半鉸接式。尾槳槳距的變化也是通過兩級液壓伺服系統來實現的。

▲CH-53A/D型海上種馬的尾槳

巡航導航指示器：海上種馬直升機的儀錶盤上安裝了巡航導航指示器，飛行員和副手各自都有一台相應的指示器，該指示器通過直接展示主旋翼槳葉的失速程度來協助飛行員操縱直升機在最佳性能下飛行。其監測的原理就是在主旋翼尾側橫向的伺服活塞裝置上加裝了一個傳感器，用來監測自動傾斜器固定盤上的振動載荷。這種振動載荷會受到主旋翼轉速、直升機總重、海拔高度、溫度、載荷係數、空速和重心位置等因素的影響。因此這種振動載荷的大小可以昭示旋翼失速邊界的到來，同樣也能在飛行過程中實時展示主旋翼的「失速程度」。該指標以百分比的形式顯示，範圍從0%~100%，海上種馬正常飛行情況下，該表的顯示讀數應當在0%~30%之間，30%~70%是機動動作的容許範圍，但不能長期工作在該範圍內，如果錶盤讀數超過70%的話，飛行員就得立刻採取措施降低飛行速度。此外，按照設計，假如一台指示表損壞的話，另一台指示表的讀數就會翻倍。

CH-53的動力傳動系統

海上種馬直升機的傳動系統主要由兩台前部減速器、一台主減速器、一台附件減速器、一台中間減速器和尾部減速器組成。

前部減速器：前部減速器將發動機輸出軸旋轉了135°，通過高速錐齒輪將發動機的轉速從13600 RPM降低到6023 RPM，以配備主減速器的輸入軸。

主減速器：主減速器與兩台前部減速器相連接，為主旋翼、尾旋翼和附件減速器提供動力輸出。主減速器的錐齒輪和兩級行星齒輪組將輸入軸的轉速進一步降低，傳遞給主旋翼的轉速僅為185 RPM，傳遞給尾傳動軸的轉速則是3011 RPM。主減速器還驅動著主減速器油冷卻器（轉速7070RPM）、主減速器油泵、隨動裝置、1號發電機、主旋翼測速發電機和一級液壓泵。

▲CH-53A型海上種馬直升機的主減速器

附件減速器：附件減速器驅動2號發電機、二級伺服液壓泵、絞車液壓泵和附件減速器油泵。附件減速器在主旋翼轉動時候由主減速器驅動，在主旋翼停轉的時候由輔助動力系統（APP；Auxiliary Power Plant）驅動。

▲CH-53A/D型種馬直升機的傳動系統示意圖

發動機：CH-53A上安裝了兩台通用電氣T-64GE-6型渦軸發動機，其出軸功率為2130千瓦，在之後的幾個衍生型號中則採用了更強大的T-64型渦軸發動機，最終版本的CH-53D則採用了出軸功率2927千瓦的T64-GE-413型發動機。

▲通用電氣的T-64型渦軸發動機

發動機空氣粒子分離系統：海上種馬直升機的發動機空氣粒子分離系統（EAPS；Engine Air Particle Separators）也是值得一提的一個設計要素。根據美軍在越南戰爭中的經驗，為了延長發動機在惡劣環境中的使用壽命，大多數海上種馬直升機都安裝了這套系統。發動機空氣粒子分離系統的設計目的是從發動機進氣口中去除大顆粒的水分、沙子、灰塵和其他懸浮粒子。每個EAPS單元都包含有759根STRATA管，當空氣從進氣口通過STRATA管的時候，會進入一種氣旋運動，這種旋轉作用會使得空氣中的大顆粒物質朝向管壁移動，然後就進入到廢氣管道中。而經過處理的清潔空氣則會繼續進入發動機，廢氣管鼓風機則會把廢棄的粒子排出管道。EAPS系統是鉸接到發動機進氣口上的，以方便旋開來進行內部系統的維修。在EAPS系統被堵塞、且飛行速度大於60節的情況下，旁通門則會自動打開。

▲CH-53海上種馬直升機的空氣粒子分離系統

輔助動力系統：輔助動力系統是海上種馬直升機獨立在兩台主發動機之外的動力單元，採用了一台Solar T-62T-27燃氣渦輪發動機，安裝在直升機頂部前側，能夠為附件減速器提供動力、為直升機液壓系統和發電機提供動力。輔助動力系統重83磅，額定功率100軸馬力。其渦輪轉速為61248 RPM，通過減速齒輪系統降低為8380 RPM。該系統是經有蓄能器液壓啟動的。

▲CH-53海上種馬直升機的T-62T-27型輔助動力系統

CH-53A的交付使用意味著西科斯基種馬系列重型直升機正式登上歷史舞台，從CH-53A/D海上種馬到CH-53E超級種馬到如今的CH-53K超級種馬，該型直升機的每一次大升級都等於迎來了一次全面的革新，說是打造一架新機都不為過。而種馬系列直升機在直升機研發和生產製造方面，尤其是傳動系統、旋翼系統和槳葉製造技術等方面取得的成功更是奠定了西科斯基公司直升機發展的堅實步伐，可以說，如果沒有CH-53A/D在旋翼技術上的突破，都不會有UH-60黑鷹直升機的成功！

​▲2019年1月16日，一架美國海軍陸戰隊的CH-53E超級種馬直升機在執行吊運任務

當然，那又是另一個故事了，一個同樣有意思的故事，歡迎持續關注... ...