直—20性能猜析

工作，‘十一五’左右根据国民经济的需要可能会上”，“我们要填补8～10吨机的空白”。这说明，当时直-20直升机虽然还没有正式开始型号研制，但已经大致确定了设计思路，而从现在的试飞照片来看，与当初的模型相差并不太多，甚至当时已经确立了该机的机体构型和基本布局，其模型出现在珠海航展上，说明预研工作已经启动。

直-20的正式立项，是在2010年左右，因为这之后中航集团直升机设计所副所长黄传跃博士在接受记者采访时表示，中国正在研制一款10吨级别的通用运输直升机，正式说明了直-20项目的存在和进展。而2013年12月23日，直-20就已经首飞，我国在短短3年内就完成了一架10吨级先进直升机的研制工作，一方面说明其预研工作进展顺利，另一方面也说明我国直升机的科研生产已经达到世界先进水平。

扁平机身

从网上流传的照片来看，直-20与“黑鹰”直升机的总体布局类似，均采用双发、单旋翼带尾桨结构，后三点式起落架，不设尾门/尾跳板，其大小尺寸也基本处于同一级别。另外，在机体设计上，两机均采用了扁平机身设计。

“黑鹰”直升机当初采用扁平机身设计是为了能够装进C-130运输机，以便实施中远程的快速转场和部署。实际上，后来我国引进“黑鹰”后，也曾专门为其改装过一款“黑鹰”载机，即在运-8中型运输机的基础上，修改后机身顶棚和货舱大门改装而成的运-8A，并成功进行了运输“黑鹰”直升机进藏的试验。这说明我国很早就有使用运输机运送直升机远程机动的战术考虑和要求，并有这方面的成功经验。

因此，直-20的扁平机身设计显然也是考虑到了空运的要求，而且很可能是比照运8的货舱尺寸来限定外形的，因为我国未来主力大型运输机运-20的货舱明显宽大很多，如果只考虑它的装载要求，那直-20完全可以设计的高大一些，这样内部的乘坐环境也会好一些。而现在直-20仍采用扁平设计，估计是为了能装进运-8而做出的考量。此外，机身外形低矮，也有助于减小雷达反射面积和降低地面人员目视发现的概率，以及舰载时军舰上的机库安排。

直-20的机体结构设计应该采用了与“黑鹰”相当的桁梁式结构，即在机体的上下方分别设置大型纵梁，以满足发动机安装、承载货物和抗坠毁的要求，纵梁之间用桁条连接，并敷设蒙皮。这种结构要求的机体重量较大，但优点也是实实在在的，其强度好，不易发生结构性损毁，对动力系统和乘员的保护能力强。而我国引进生产的直-9采用的是蜂窝夹层复合结构，虽然重量轻，但在受到损伤时修补困难，而且强度余量小，曾经出现过露天停放时被大雪压垮机头的严重事故。在建造材料方面，由于“黑鹰”的设计年代较早，因此主要采用的是轻合金材料，复合材料采用量非常少。直-20则不同，复合材料目前在我国航空领域的应用已经十分普及，3D打印技术制造的钛合金部件也已经开始在军机上应用，所以采用先进制造技术的直-20将在飞机重量、机体寿命和机身强度方面优于“黑鹰”。

货舱加长

直-20的机身前部为驾驶舱，舱内并排布置正副驾驶员座椅，并将驾驶舱风挡由“黑鹰”的三片式改为两片式，改善了驾驶员的视野。驾驶舱后面是货舱，两侧舱壁从前到后安装了两对大块方形舷窗和一对圆形观察窗，货舱中部两侧各有一扇较大的滑动舱门，便于人员迅速登机和离机。而根据照片对比分析，直-20的货舱长度较“黑鹰”有所加长，因此导致在货舱尾部到尾斜梁的过渡部分不够圆滑，鼓包比较明显。

直-20这种加长货舱的设计应该是来自于中国运用“黑鹰”直升机的经验，国内的“黑鹰”直升机可以通过外接挂架吊挂副油箱以增加航程，但在青藏高原的救援工作中发现，这种外挂式的副油箱阻力较大，导致直升机的气动外形改变比较显著，使得直升机的飞行性能和操纵性能都显著恶化，为此不得不自行开发了内置式的副油箱，其结果是原本已经较小的货舱空间被进一步压缩，挤占了救援物资的空间，降低了救援效率。现在直-20通过延长货舱设计，不但使得平时机内搭载人员和低密度货物的数量得以提高，在必要时加装机内副油箱之后，也不至于对货舱空间造成显著影响。但是，较长的机体也会导致直-20的阻力比“黑鹰”要大一些，货舱尾部过渡线性较差也会造成紊流区扩大，使得直升机前飞时的方向稳定性下降，所以从照片上可以看出，直-20在高大的垂尾下方，还设置了一个尾鳍，其目的就是为了提高方向稳定性。

另外，直-20并没有像米-171或NH-90直升机一样设置尾门/尾跳板，也是有其考虑的，对于10吨级的直升机来讲，能够承载轻型车辆的尾门/尾跳板重量相对较大，而且货舱尾部与尾斜梁之间的线型过渡更差，对于直升机的性能影响比较大，而且目前国内已经有较大数量的米-17/米171、直-8等设有尾门/尾跳板的13吨级直升机，因此在10吨级的直-20上采取了不设置尾门/尾跳板的设计。

五叶旋翼

与“黑鹰”直升机的四叶主旋翼不同，直-20使用的是五叶主旋翼。五叶主旋翼的结构虽然要比四叶主旋翼复杂一些，但是优点却不少。由于五是质数，这使得发动机工作、直升机飞行时，机体各运动部件的自振频率与旋翼自振频率发生谐振的可能性大为减小，因此该机运行时的噪音和振动将低于“黑鹰”直升机，不仅可以提高乘员搭载的舒适性，而且有利于提高运动部件的工作寿命。目前已经开始在陆航服役的直-10型武装直升机采用的就是5片桨叶式旋翼，可见这一技术在我国直升机领域趋于完善并投入实际应用。

主旋翼系统的桨毂为钛合金机加件，桨叶通过球面弹性轴承与桨毂相连，由弹性轴承提供桨叶的挥舞、摆振和变距自由度，这种旋翼方式避免了以前采用挥舞铰、摆振铰和变距铰的全铰接式桨毂的构造复杂、重量大、维护检修的工作量大以及疲劳寿命低等缺点。5个桨毂支臂前端为一叉耳，用两个螺栓与桨叶相连，桨毂支臂与桨毂中央件之间装有液压减摆器，在桨毂支臂上还装有桨叶变距摇臂，与变距拉杆相连。只是目前还不清楚直-20直升机桨叶自动折叠会采用液压动力还是先进的电动力折叠。但直-20旋翼的主桨毂也应该和“黑鹰”一样安装有双线减摆器，来抑制和衰减振动，而且五叶主旋翼的单个旋翼负载也比“黑鹰”直升机的四叶旋翼的要轻，这使得直-20的旋翼寿命可以更长。

至于旋翼材料，由于我国早在引进直-9系列直升机时，就掌握了先进的复合材料旋翼制造技术，所以直-20的主旋翼应该也是采用了复合材料结构，可以满足重量轻、寿命长、免维护的要求。特别值得注意的是，直-20的主旋翼也采用了先进的后掠式桨尖，这可以说是现代先进直升机的标志。由于直升机旋翼直径大、转速高，其桨尖的线速度也高，在高速前飞的时候，前行桨叶的桨尖速度很容易超过音速，传统的平头式桨尖就像平直翼一般，在超音速情况下会产生极大的激波阻力，并有可能导致桨尖失速，而后掠式桨尖就像后掠翼一般，可以减小激波阻力，使得旋翼仍然维持正常工作状态，降低飞行阻力。由于直-20直升机的吨位要比直-10大，所以其主旋翼应该是参照了直-10主旋翼放大设计的，而不是简单的直接挪用。

全动平尾

从照片上来看，直-20采用了与“黑鹰”相似的大型全动式平尾，这种平尾使得直升机在任何速度下都具有良好的纵向稳定性，当直升机起飞和低速飞行时，平尾采用较大的攻角，可以几乎完全消除主旋翼下洗气流对尾翼的干扰，避免产生纵向不稳定和尾翼振动，而当直升机高速平飞时，平尾可以转为较小的攻角，以适应前飞时迎面气流的流动方向，并对直升机进行纵向配平，确保纵向稳定性。而且这还证实了直-20采用了电传操纵系统，因为全动式平尾的攻角与直升机的总距、飞行速度、俯仰角速度等多个飞行参数复杂相关，是不能用传统的机电式控制系统来进行控制的。

后三点式起落架

与之前的其他国产运输直升机不同，直-20没有采用前三点式起落架，而是采用了与“黑鹰”、WZ-10相似的不可收放后三点式起落架，这也说明了直-20为战术运输用途进行了专门的优化设计。固定后三点式布局非常适合在无准备场地、坡地和崎岖地形执行任务，同时其安全性也是最好的。通常带尾桨的直升机在下降过程中，由于主旋翼相对靠前，其尾部一般呈下倾状态，与平飞时正好相反。固定后三点式起落架的尾轮对尾部有很好的保护作用，特别是在以单发动机工作进行应急着陆时，机头的上扬会比较明显，首先触地的尾轮可以保证尾桨不至于打到地面。

另外，后三点式起落架的安装位置可以避开货舱和油箱，抗坠毁性能较好，在跌落时不至于因为起落架戳穿机体主要部分而导致二次损伤。同时，后三点式起落架在粗暴着陆时，尾轮会首先触地而消除直升机的一部分惯性，然后带有吸能装置的前置主起落架在触地时吸收掉大部分的跌落能量，从而确保乘员的存活率。当初“黑鹰”直升机在研制过程中发生的一次意外坠落事故用事实证明了固定后三点式起落架设计的巨大优势，当时因为突风影响，机头上扬角度达29°，机尾起落架直接撞到了地面上，随后整架直升机跌落。然而令人惊讶的是，这次事故只导致了尾轮损坏和平尾后缘轻微变形，直升机机身没有任何损坏，修整之后，第二天就恢复了飞行，如果是前三点式的起落架，当时的旋翼可能就会在坠落时击中尾斜梁，造成大面积的损伤。

这种布置方式还会使得货舱/乘员舱的地板高度降的很低，可以一步跨上跨下，便于货物装卸，也便于在机降或回收突击队员时的人员上下。而像米-171或直-8等直升机的地板高度就高多了，上下飞机还需要借助登机梯。

玻璃座舱

鉴于我国研制的直-8、直-10和直-19等直升机的座舱均采用了玻璃座舱和综合航电设计，因此推断直-20也将实现全玻璃驾驶舱，取消传统的机械仪表，其航电系统应该为1553B数据总线型模块式结构，将允许采用武器“外挂物管理系统”，以便可以像UH-60直升机那样，根据任务需求加挂外挂油箱或者是外挂武器系统。内部显示将如直-8直升机一样采用多台相同的大屏幕高清晰度主动矩阵液晶显示器，让每名驾驶员都能非常容易的从安装在对面仪表台的显示器上看到直升机的各种信息。在正常情况下，这些多功能显示器将显示飞行参数、导航和数字地图、动力系统信息和报警信号，如果是军用型还有战术信息显示，保证直升机在恶劣气候条件下的全天候飞行。直-20直升机的航电系统将达到NH-90、S-92以及“黑鹰”直升机最新改进型的水平。

十字尾桨

从首飞的01架原型机照片看，该机的尾桨并没有采用航展模型上的剪刀式尾桨，而是采用了与“黑鹰”相似的“十字交叉梁”无轴承尾桨。这种“十字交叉梁”无轴承尾桨是一个创新的设计，体现了先进复合材料的成功应用，不仅大大减轻了尾桨重量，而且降低了复杂性，减少了维护工作量。在这种结构的尾桨中，其相对的桨叶共用一根大梁，四片桨叶的两根大梁以90°角交叉叠合，共同组成尾桨结构。这种设计使得每片桨叶的离心载荷都被同一根大梁上相对的桨叶所抵消，极大的减轻了尾桨桨毂的载荷，同时，利用先进复合材料的扭转特性，取消了变距轴承，依靠桨叶本身弹性扭转来实现变距。

尾桨的安装角度也不像直-8或直-9那样采用垂直安装，而是有一个向上斜置的角度。这种布置让尾桨在产生拉力以平衡主旋翼扭矩的同时，还产生一个向上的分力，使得直升机的总升力提高。以“黑鹰”直升机的斜置尾桨为例，该机在悬停状态时可以产生180千克力的升力，从而使该机的旋翼直径比无尾桨升力的设计减小了约0.6米，这是非常可观的贡献，如果没有尾桨升力的作用，较大的旋翼尺寸就会引发导致直升机总体性能下降的连锁反应。

不过，目前露面的只是第一架原型机，后续机型是否仍会采用“十字”型尾桨还未可知，有消息称还未露面的02架原型机就采用了非十字交叉的剪刀式尾桨，因为这种设计可以减少每对靠近的桨叶尖端涡流的气动耦合，从而具备更高的效率和较小的噪声。

涡轴-9发动机

直20的两台发动机采用前输出设计，发动机安装在机身两侧肩部，间距较大，在遭受攻击时可以避免两台发动机同时受损，提高了动力系统的生存力。该机的发动机型号很有可能采用了涡轴-9型涡轮轴发动机，这是我国自行研制的新一代直升机发动机，目前已经装备于国产的武直-10直升机上。据资料称武直-10上装备的涡轴-9发动机单发功率为957千瓦，对比S-70C“黑鹰”直升机采用的单台起飞功率987千瓦、额定功率1210千瓦的T700GE-700发动机，以及UH-60L采用的单台起飞功率1239千瓦、额定功率约1400千瓦的T700-GE-701c发动机，显然涡轴-9的功率是不利于驱动直20的。不过，有消息称其最新改进型号的功率可以达到约1300千瓦，再算上直-20因机身大量采用复合材料所带来的减重，因此这基本上足以满足直-20的动力需求。而从国外的直升机发动机发展来看，PT-6系列涡轴/涡桨发动机家族通过不断的改进，功率覆盖了455千瓦到1365千瓦的巨大范围，而T-700系列涡轴发动机的功率从1209千瓦增加到了1939千瓦。可以推断，在涡轴-9基本型发动机的基础上，要发展出一种输出功率1300千瓦的改进型号发动机，虽然存在一定困难，但也是有先例可循的。

这样一来，与“黑鹰”尺寸近似，而空重可能还要轻一些的直-20，获得与UH-60L同一级别的发动机，因此其飞行性能也很可能与UH-60L接近，比如最大速度可能接近300千米/小时，作战半径接近400千米左右，实用升限约6000米，最大起飞重量大干10吨等。相比直-9，起飞重量增加数吨的直-20在运载兵员机动的时候，可以具有较大的储备功率，从而能够在各种恶劣环境下保持足够的飞行性能，而在运输物资的时候，较大的有效载重使得其适用范围也显著扩大，不但可以搭载绝大部分轻型装备，还可以通过外挂方式来吊运轻型火炮，其作战范围和作战效能与“黑鹰”相近。

结语

从目前的初步分析来看，直-20直升机将是一种不亚于“黑鹰”的先进中型通用直升机，在我国的应用前景十分广泛，不但陆军需要大量的10吨级通用直升机，而且经过改进之后，可以发展出舰载反潜型直升机，其作战效能将显著优于目前我军使用的直-9系列直升机。另外，在民用领域，直-20在救助救援、人员运输等场合，也有着广泛的发展前景。直-20的出现，填补了我国直升机发展序列中10吨级直升机的空白，可以推断的是，在完成试飞、定型之后，直-20必然会迅速投入量产，成为我国直升机装备的主力机型。

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