AA82276761 2014-11-9 01:32
S-60與S-64/CH-54“塔赫”起重直升機
歷史
1955年伊戈爾·西科斯基第一次公開談論了他所設想的起重直升機，這種直升機裝載貨物不是裝進機艙而是吊掛在外部的。由於無需貨艙所以機身可以做成簡單的樑式結構，機身上方安裝傳動系統，前下方懸掛駕駛艙。西科斯基還在駕駛艙內安排了一個後向座位，在吊裝貨物時，該座位的飛行員就像吊車操作員那樣控制起重絞盤，並精確操縱直升機懸停在貨物上方。起重直升機運送的貨物不受貨艙尺寸的限制，並且由於飛機結構簡單，可以大大降低生產和運營成本。
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俄裔美國人伊戈爾·西科斯基
1958年1月聯合飛機公司發行的《蜂巢》內刊中刊載了一篇標題為《明天的飛行吊車》的文章，作者是弗蘭克·J·德萊亞爾。披露了西科斯基公司正在研製一種吊掛貨物、沒有貨艙的奇特直升機。文中還提到西科斯基的S-58直升機在最近成功完成了電線架設工程，在不到兩天的時間裡就在崎嶇陡峭的山區架設了63根電線桿，如果按傳統方法的話則需要65天。文章還提及了另外一些類似案例。
西科斯基設想的起重直升機具有三個重要優勢：
1、飛行員具有無阻礙的360度視界，可無障礙觀察整個吊裝和運輸過程。也就是說駕駛艙四周通透，內部可以佈置
兩個座位，一個朝前一個朝後。
2、起重系統不僅可使直升機在懸停中吊裝普通貨物、卡車或坦克之類的車輛，還能在直升機停在地面上時吊裝電線
桿、木材、管道這類的超長貨物。
3、與傳統直升機相比載重量更大，並且相同產量下的生產成本更低。
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上圖是《蜂巢》雜誌刊登的謝爾蓋·西科斯基（伊戈爾之子）手繪的飛行吊車想像圖。創作於1957年他與父親之間關於飛行吊車的一次討論後。插圖顯示了謝爾蓋稱之為“先進的S-60'吊車'”的概念，沿用了S-56的傳動系統和R-2800發動機，但根據西科斯基的設想改成了前三點式起落架以方便地面吊裝貨物
1956年西科斯基公司製造了一架全尺寸模型，並安裝了S-56的傳動系統進行評估。
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飛行吊車的全尺寸概念模型
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模型的重要作用之一是驗證駕駛艙旋轉座椅，該座椅在裝卸貨物時可以向後旋轉180度。在上面兩幅照片中西科斯基先進設計部首席設計師Ed·卡曾伯格和先進概念組負責人喬治·霍華德正在測試旋轉座椅。
S-60驗證機
隨後該概念被提交聯合飛機公司（現在的聯合技術公司）管理層審核，獲得了設計和製造一架驗證機的資金。設計工作啟動於1958年5月1日，1959年3月18日驗證機製造完畢，3月25日進行了首飛。
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外形奇特的S-60驗證機
驗證機採用了西科斯基S-56（海軍陸戰隊編號HR2S-1和陸軍H-37A）的發動機、旋翼、傳動系統，這些S-56的部件來自美國海軍航空局。
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S-56/CH-37A直升機
首飛後第10天該機在布拉格堡進行了演示，在前10天裡驗證機的總飛行時間是22小時45分。
接下來的三個月S-60為聯合飛機的股東、媒體、德國軍方代表團進行了演示，並前往維吉尼亞州匡蒂科海軍陸戰隊航空站、華盛頓特區舉辦的美國陸軍航空協會會議、海軍研究生學校、康乃狄克州斯特拉福德舉辦的美國直升機協會會議進行了演示。
7月S-60開始了載人平台測試。在一次初期測試中，西科斯基邀請另外三人與他一起坐在平台上進行試飛，這三人分別是項目工程師羅德·史密斯、項目經理C·M·“雪佛蘭”埃切維里亞、工程副總裁J·P·W·瓦斯特。載人平台上有4張背靠背鉚接的座椅，備有安全帶。在飛行中西科斯基甚至解開安全帶走到平台邊往下看！其他人沒敢這麼做。飛行員傑克·彼得森和吉姆·凱目睹了這一切並小心翼翼地駕駛。
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載人平台測試
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西科斯基和其他三名“志願者”
西科斯基公司對貨物吊裝技術也進行了研究。8月演示了可載客20人的客運吊艙，隨後到11月間進行了更多的軍用和政府設備的演示。
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S-60測試客運吊艙
11月S-60在布里奇波特機場把16架處於各種維修狀態的西科斯基H-34（S-58）吊運到布里奇波特的西科斯基南大街工廠，此時該機已經飛了165小時36分。
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S-60把西科斯基H-34（S-58）吊運到布里奇波特的西科斯基南大街工廠
為了發展吊裝技術和設備，西科斯基公司進行了大量的各種貨物的吊裝實驗，並研究了夜間作業問題。在幾次試飛中，S-60做到了在60秒內降落並釋放第一組貨物，然後飛躍到第二組貨物處吊裝並起飛。這種能力超過了其他所有的直升機，甚至在許多情況下超過了地面卡車。
在進行載人平台或吊艙的測試中，西科斯基公司發現可以很簡單地實現無振動運輸，使用簡單的蹦極繩就完全隔離了振動。這被認為意義重大，因為僅用非常簡單的手段就大大增加了乘客的舒適性。在後續的研究可設計中，西科斯基公司製造出了一套吊裝系統，使用液壓機構同時完成吊裝和隔振功能。
S-60在1961年進行了更多的演示。並進一步發展貨物吊裝技術、拖曳掃雷系統、絞車系統。試飛一直持續到1961年，到1961年4月1日——首飛後的兩年里共飛了335小時。
S-60的性能基本與S-56一致，外部吊裝貨物的大小和體積對該機的速度和航程影響很大。單點吊裝時貨物在某些情況下會搖擺不定，但因為後向座位上的飛行員能時時觀察貨物的動態，所以只需把速度保持在限定範圍之內就安全了。或者也可通過調整吊纜長度來達到同樣目的。在多點吊裝時就沒有這些麻煩了。
因為S-60比S-56輕了454千克，所以可以多吊454千克的貨物。該機可執行當時任何直升機都不能完成的掃雷任務，無需安裝特殊套件能直接拖曳掃雷器。西科斯基公司還設想了一種載客40人的吊艙，能使S-60的載客能力超過S-56。
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1960年S-60在巴拿馬城演示拖曳掃雷器
1961年1月西科斯基飛機公司和NASA簽訂了一個實驗項目的合同。西科斯基公司對S-60的操縱系統進行了修改，可以在1/2~2倍範圍內調整操縱靈敏度，用於評估操縱靈敏度對直升機完成低速精確機動的影響。在1961年4月3日交付NASA之前的一次檢查飛行中，S-60的操縱敏感度被調至正常值的兩倍，結果直升機失控後墜毀在西科斯基機場。飛行員受傷，但直升機嚴重受損已不值得維修。
到此時S-60已經為驗證飛行吊車概念飛了335個小時。
S-60的成功導致西科斯基公司開始研製S-64“空中吊車”，後者安裝了渦軸發動機並且更適於生產。
S-60的殘骸現被保存在康乃狄克州斯特拉福特的康乃狄克航空航天博物館，正在修復中。
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2012年正在修復中的S-60
S-60的構型特點
S-60的主要特點就是採用了樑式機身，所有貨物都吊裝在外部。座艙中有一個面朝後的座位，使飛行員可全程監視裝貨和卸貨的過程。只要在重量允許範圍，S-60就可以吊裝任何外形和尺寸的貨物。因為掛鉤不受旋翼下洗和靜電的影響，S-60在吊裝大多數貨物時可先降落或懸停在貨物上方。S-60還具有吊裝貨物滑跑，和吊裝貨物進行緊急降落的能力。由於滑跑起飛時的地面效應，增加了潛在的有效載荷。最重要的是，該機裝卸貨所需的時間大大少於傳統直升機。
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S-60吊裝燃料卡車
在設計駕駛艙時，飛行員的視界被認為是最重要的。為了提高連接、分離和運輸貨物時的效率和速度，飛行員必需要直接看到整個過程，而不是依靠對講機或地勤傳來的二手信息。為了達到該目的，S-60的駕駛艙被安排在前機身下方，兩名飛行員都配備了操縱系統，左側的座椅能轉向後方。在項目早期人們發現後方的周期操縱桿、方向踏板以及飛行員的腿部會遮擋飛行員視線，無法看到低於座艙地板6米的貨物。為此西科斯基公司設計了一個安裝在扶手上的三軸有限操縱桿，在飛行員轉向後方時提供俯仰、滾轉和偏航控制。這樣就取消了後置的周期操縱桿和方向踏板，保證了飛行員的視界。副駕駛仍繼續使用傳統的操縱系統。
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最初後向座椅配備有傳統的周期操縱桿和方向踏板
安裝在機身兩側發動機艙下方的主起落架配備了大直徑機輪，可在未經平整的地面降落和滑行。起落架在裝貨時還可下降15厘米，在其他方面S-56的一致，該機還沿用了S-56的短翼和支撐結構。
S-60沿用了S-56的發動機、傳動系統、旋翼、尾槳。增加了一套自穩設備，用於監控直升機的俯仰、滾轉和偏航運動上提供高度和範圍控制。正副駕駛都配備有基本的飛行和控制儀表，在後向座位安裝了轉速、MAP、高度表。
總體佈局
這張早期的三面圖顯示了S-60的雙輪主起落架，但在製造時還是改為大直徑單輪。
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任務系統
機身底部縱向佈置有10個硬點，可在飛行員的監控下實現快速、安全吊裝任何貨物。在試飛過程中，西科斯基公司還在機身兩側和機翼上增加了硬點。
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機身硬點
為了吊裝過大或過於笨重貨物，或要把貨物釋放在無法降落的地點，就需要使用機身底部的一個承重5443千克附帶30米鋼纜的絞車了。絞車安裝在傳動系統下方的重心位置，吊裝貨物時不會對飛行特性產生任何不利影響。絞車還可以進行拖曳操作，可提供13600千克的牽引力。
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機身絞盤和掛鉤
座艙底部安裝了兩盞著陸燈，一盞聚光一盞泛光，可提供同樣出色的360度夜間可視角度。座艙內還有兩張臨時座椅，用於在長途飛行時搭載輪換機組。
性能參數
設計總重量 14152kg
最大起飛重量 15649kg
空重 8896kg
載重 5806kg
載油量 1812kg
發動機 (2) R2800-54
發動機單台功率 正常輸出1900馬力，最大輸出2100馬力
旋翼直徑 21.95m
葉片數量 5
旋翼弦長 59.94cm
旋翼轉速 185 RPM
長度，包括旋翼 26.80m
高度，包括尾槳 6.60m
離地淨高，機身距地面 2.34m
最大速度，海平面 209km/h
正常巡航速度 185km/h
無風航程 426km
懸停升限 2073m
載荷/航程 3674kg/40km
S-64“空中吊車”/CH-54“塔赫”
受到S-60“飛行吊車”實驗成功的鼓舞，西科斯基公司被批准研製一架生產型原型機，這就是S-64“空中吊車”。該機比S-60的性能更為強勁，安裝渦軸發動機而不是S-60的活塞發動機。S-64的主要任務是重型貨物運輸，外部貨物吊裝系統可以快速、安全、高效地周轉貨物。該機的任務後來擴展到掛載人員吊艙進行部隊運輸。
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西科斯基手持S-64的模型
項目啟動後第13個月的1962年5月9日，S-64原型機就首飛了。僅兩個月後該機就飛到喬治亞州本寧堡進行美國陸軍評估，到此時所有一切都是公司投資的
美國陸軍花1300萬美元購買了6架S-64進行評估，該機獲得了CH-54A“塔赫”的軍用編號。其中4架被派往越南進行實戰評估。德國政府也買了兩架用於評估。接下來陸軍訂購了生產型，而德國沒有選擇“空中吊車”，訂購了傳統的CH-53A直升機。
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美國陸軍的CH-54A“塔赫”測試機，其中一架安裝有整體人員吊艙
該機最初的西科斯基編號是S-64A，隨著生產的進行，進行了幾項改動和性能提升，其中包括了寬弦旋翼，西科斯基編號改為S-64E，但軍用編號還是CH -54A。在進行了一年的生產後，“空中吊車”進一步進化到CH-54B/S-64F構型。
構型特點
與之前的S-60一樣，S-64“空中吊車”的最大特點也是沒有機艙，只有一個簡單的樑式機身用來吊裝外部貨物。該機安裝兩台普惠JFTD-12渦軸發動機和全新的傳動系統。直徑21.95米的旋翼發展自S-56/S-60，但改為6葉式，同時增大弦長以增加槳葉面積。該機採用前三點式起落架，與S-60相反，因為這種起落架的地面機動性更好，這也是S-60在試飛中取得的經驗教訓之一。為了在大迎角降落中保護尾部，該機在尾梁末端安裝了尾撬。座艙佈置在機身下方，增加了第三名面朝後的飛行員座椅，他負責裝卸貨物。座艙可容納5名乘員——正副飛行員、後向飛行員、兩名機械師。因為該機被設計要長時間在偏遠地區作業，所以額外搭載兩名機械師是必須的。該機的另一個有趣特點就是發動機和減速箱部分沒有整流罩，因為該機的速度不快，有沒有整流罩完全不重要，同時還能簡化維護、降低成本、減重。
變速箱向左側傾斜3度，而不是垂直安裝，以確保直升機掛載貨物懸停時保持水平，結果CH-54在巡航飛行和機鼻朝下平飛時座艙是右傾的。
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任務系統
與S-60不同，S-64沒有安裝旋轉座椅，而是增加了固定的後向座椅。S-60的經驗表明需要一個單獨的後向飛行員。S-64的後向座椅首次在直升機上應用線傳操縱系統，該系統有兩種模式，一種是飛行員通過增穩系統伺服系統操縱直升機，但權限較低。另一種通過自動駕駛儀伺服系統操縱，能全權控制，並且能使正副飛行員的操縱桿做同步運動，這樣其他飛行員也知道後座的飛行動作。在緊急情況下前座還能越過伺服系統直接操縱，因為他們的操縱桿是通過彈簧和磁閘連接到伺服器上的。
該機機身下安裝了一個9072千克吊運能力的絞車，可進行單點吊運。絞車具有補償系統，直升機懸停時可自動收放吊纜以使貨物保持恆定的離地高度。此外CH-54機身下方還有4個吊運能力2268千克的小型絞車，可以靈活地吊運貨物。為了方便在地面裝卸貨物，該機的起落架可以縮短。
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簡直是萬能的S-64
西科斯基公司還為CH-54設計了多種貨物/人員吊艙，可以使用吊艙運輸貨物、人員、進行醫療後送。
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安裝人員運輸吊艙的CH-54A
性能參數
憑藉旋翼的非線性14度扭轉，S-64F具有當時西科斯基旋翼的最高懸停效率——0.73，而CH-53的懸停效率是0.69。但因旋翼高扭轉在高速下造成的高應力，使S-64F的最大速度被限制在204千米/時。美國陸軍接收這一點，因為該機的任務是吊裝貨物，慢一點也無所謂。
憑藉簡單的機身結構，“空中吊車”的空重和總重比低至0.42（S-64F）。不裝貨時直升機的性能驚人。“空中吊車”打破了數項高度和爬升紀錄。S-64F的最大平飛高度達11010米。
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CH-54A在越南執行的最著名的任務就是投擲重達6810千克的BLU-82“滾地球”燃料空氣炸彈，在叢林中開闢直升機著陸場
生產歷史
1965年7月30日該機獲得FAA型號合格證，1969年開始生產CH-54B。
西科斯基公司為美國陸軍生產了54架CH-54A和35架CH-54B，為商業用戶生產了12架S-64E/F（其中兩架被退貨，翻新後重新出售）。
968~1976年間西科斯基公司向商業用戶出售或出租了10架“空中吊車”。俄勒岡州梅福德的埃里克森空中吊車公司購買了其中的7架，該公司使用S-64進行伐木、消防和建築作業。到80年代，森林消防成為埃里克森的主營業務。
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埃里克森空中吊車公司的S-64在進行滅火作業
1992年西科斯基公司同意向埃里克森出售“空中吊車”的型號合格證，向後者移交了吊裝10噸的S-64E和吊裝12.5噸的S-64F在全世界的製造和支持權利。埃里克森購買了一批美國陸軍退役的CH-54A/B進行翻新，到2000年還保有18架。埃里克森還在國際上銷售“空中吊車”，其中一些至今仍在服役。
1995年CH-54從美國陸軍退役。
發展型號
1968年西科斯基公司向美國陸軍提交了更大型的S-64B方案，該機採用直徑24.08米的旋翼和三台發動機，以及全新的傳動系統。該機的發動機可在通用電氣T-64-GE-16和萊康明T-55-l-11間進行選擇。載重17.9噸，總重22680千克，超載起飛重量29347千克，空重12097千克。吊裝貨物時最大速度185千米/時，空載時最大速度241千米/時。這個方案沒被軍方採納，但三發佈局和新旋翼成為CH-53E的基礎。
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S-64B想像圖
起重直升機的基本概念被陸軍融入到重型空運直升機（HLH）中。西科斯基公司和波音-伏托爾參加了項目招標，1973年波音-伏托爾的縱列雙旋翼直升機XCH-62獲勝。波音的直升機具有兩幅28.04米的縱列旋翼，總重53524千克。該項目進入了研發階段，但因研製困難而在1974年被終結，沒有投產。
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XCH-62