历经波折终成正果——C-17“环球霸王”运输机发展回顾

万磁王

原作者：魏楞杰

提要
　　美国空军在20世纪70年代初，为了取代当时已即将达到使用寿命的C-141“星”式战略运输机，开始有了新型运输机的需求构想。1980年美国空军正式提出了重型运输机C-X的需求草案，并由麦道飞机公司获得研发制造合同，新机编号为C-17。在十余年漫长的研发过程中，C-17经历了不少风风雨雨，也差一点遭到被终结的命运。第一架原型机终于在1991年9月15日顺利升空，美国空军的远程战略运输能力，也从此迈入了新的里程碑。

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C-17的诞生
　　作为美国空军机动司令部（Air Mobility Command）的新一代战略运输机，C-17背后有个长篇故事。任何军机的发展都是既耗费时间又花大钱，C-17的发展是当时美国耗时最长的，从1981年赢得发展合同到1995年完成全部飞行测试共持续了14年。而发展经费方面，当时是美国第三花钱的军机，只输给E-3空中预警机和B-2隐形轰炸机。
　　C-17的发展可以追溯到1971年，当时美国空军机动司令部的运输主力是由洛克希德（Lockheed）设计制造、于1964年开始服役的265架C-141“星”式运输机（Starlifter）。这种飞机的原始设计寿命是30,000飞行小时，后来由于美国空军想增加运输容量而加长机身，当时分析显示机体疲劳寿命可达45000飞行小时，但由于繁重的训练任务和高频高速低空飞行任务，使机翼下蒙皮的损伤迅速累积，原设计服役寿命将会提前耗尽。加上机翼主梁和驾驶舱侧窗框缘有裂纹，C-141必须限制飞行，机动司令部的战略运输能力倍受考验。原制造厂洛克希德曾提出延寿和重开C-5B生产线计划，但二者都不符合五角大厦的想法。

2001年一架C-141在孟菲斯基地加注燃料时机翼折断，有9000加仑的燃油流进了附近的小溪，一名空军人员受伤。这起事故加速了C-141的退役进程

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　　1971年美国空军提出先进军用短距起降运输机（Advanced Military STOL Transport）的需求，要求能将大型货物直接运送到战地，在此需求下的产物就是波音（Boeing）的YC-14和麦道（McDonnell Douglas）的YC-15。二者都能装载150名士兵或36450千克货物，且能在570米长度内的跑道上起降。这二种飞机都使用了短场起降的技术，YC-14采用吹气（blown air）增升技术；YC-15则是使用外吹式双开缝襟翼（double-slotted）来增加升力。

采用上表面吹气增升技术的波音YC-14

采用外吹式双开缝襟翼的YC-15

两种技术的区别

　　波音的YC-14在1976年8月9日首飞，安装两台推力为23000千克的通用电气（General Electric）CF6-50D涡轮扇发动机。麦道的YC-15在1975年8月26日首飞，装载4台推力各为7200千克的普惠JT8D-17涡轮扇发动机。
　　不过由于C-130H的继续生产已能满足美国空军的需求，因此上述两种机型后来都没有实际生产，但后来当美国空军提出C-X的需求时，YC-15的经验显然对麦道公司有很大的帮助。

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发展历程
　　1980年2月，美国空军提出了C-X重型运输机的需求草案（Request For Proposal），10月份提出正式文件，新的运输机将担负起战略运输任务，先是支持C-5和C-141，最后则是取代C-141。需求中说明新的运输机必需和C-130一样具备短场起降能力，需要加强型起落架和高升力装置，使飞机满载时能在2400米长的跑道上起飞，在900米长的跑道上降落。满载航程至少为4400千米。机身内部须能容纳大型货物，如M1主战坦克。飞机须能在拥挤的停机坪随意进出，且能在满载外加五分之二燃油的情况下，在2°的斜坡上后退。
　　波音、洛克希德、麦道都提出了C-X的设计方案，波音的设计构型是三发运输机，洛克希德设计的外型则很类似C-141。

波音的方案仍采用上表面吹气襟翼技术，只是改成三发布局

洛克希德的方案看起来就是架缩小的C-5，在增升技术方面表现平平

麦道的方案沿用了外部吹气襟翼，与波音相比更接近传统布局，1981年8月28日美国空军宣布麦道获胜

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　　虽然洛克希德的佐治亚州工厂在制造运输机上有比较丰富的经验，不过在1981年8月28日，美国空军宣布最后决定时，雀屏中选的却是麦道。同年9月，落榜的洛克希德公司提议重新生产44架的C-5，不但交机时间快，也比C-17便宜，这个想法获得参议院武装部队委员会（Senate armed services comittee）主席的支持。
　　1982年，美国空军采购了50架重新生产的C-5B，和60架麦道的KC-10A加长型双用途加油/运输机，而长期性的运输机需求则由国会进行研究以安抚国会议员，他们每一位都是运输机的坚强拥护者——只要飞机是在他们的选区制造。为了安慰麦道，空军也拨出部分款项以提前开始C-X的设计工作，并赋予编号C-17。麦道在1983年为C-17取名为“全球霸王”（Globemaster），这个名字符合该公司一贯的命名方式，如C-54为Skymaster、C-118为Liftmaster、C-133为Cargomaster。

麦道在1983年为C-17取名为“全球霸王”（Globemaster），符合该公司一贯的命名方式

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　　1984年C-17完成基本设计，货舱加驾驶舱的全尺寸模型深获空军好评。1984年9月11日至20日，美国空军由一位现役运输机装载长，针对陆军和海军陆战队的使用需求进行货舱装载测试。测试装载的货物共有11种组合，典型的装载物有：1、两部装甲人员运输车、两部五吨大卡车加二吨半拖车、三辆吉普车，2、三架AH-1S“眼镜蛇”（Cobra）直升机、三架0H-58C“奇奥瓦”（Kiowa）直升机。
　　1985年12月，麦道获得总金额34亿美元的经费，C-17进入全尺寸发展（full scale development）阶段，以制造包括原型机在内的6架测试机。

在阿诺德工程发展中心测试的C-17风洞模型

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制造组装
　　1985年2月麦道开始制造C-17原型机，当时东西方仍处于冷战时期，国防经费宽裕，美国空军提出的需求是210架，其中48架拨给空警队和空军后备队。麦道从20世纪50年代的C-133之后就没有生产过军用运输机，相比之下，洛克希德公司就拥有丰富的经验，虽然麦道在设计工程上是航空工业中的翘楚，但负责制造C-17的加州长堤（Long Beach）工厂原本主要制造民航机，极端欠缺制造军机时整合各分系统承包商的管理经验。
　　在20世纪50年代时，美国的航空工业是全世界最具生产力的，不论是制造C-124、C-133或是其它飞机，全部的制造过程几乎都在同一个工厂内完成。而在制造C-17时，为了要对众多的国会议员示好，基本工作项目需要尽量分包到每个州，再也没有任何一家飞机制造商能自己独立制造整架飞机了。

在NASA风洞中测试的C-17模型

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　　1986年国会对运输机的需求评估有了结论：美军必需有每天运送3560万吨/公里的能力。而全美包括军事空运司令部（Military Airlift Command）的战略运输机、后续增购的C-5B和KC-10A、国家空中防卫队（Air National Guard）、空军后备部队（Air Force Reserve）、民用后备空运部队（Civil Reserve Air Fleet），只能运送2480万吨/公里，不足约30%的部分未来要靠C-17来补足。
　　虽然新型运输机的需求已有了定论，但国会的政治干扰仍然阴魂不散，由于当时航空公司营运欠佳，国会议员得协助他们处理老旧波音747，军队就成为最佳的资源回收中心。在里根主政的1981到1987年间，就打算让第105军用运输机联队（Military Airlift Wing）和纽约国家空警队使用二手747（军方编号C-19），但747既无法在战地降落，也无法运送大型货物，引起美国空军的反弹，最后第105联队接收了C-5A，而C-17的设计工作则继续缓慢持续中。
　　1987年9月20日C-17正式开工，1988年10月24日在一项典礼中，两节全长20.7米的组装定位轨道组合在一起，开始了C-17首次真正组装作业。
　　C-17的制造分包给23个主要承包商，包括：诺格（Northrop Grumman）、联合信号（Allied Signal）、马可尼（Marconi）、霍尼韦尔（Honeywell）、LTV航空工业公司...等。诺格公司负责制造C-17的发动机罩（nacelle）、副翼、垂尾、平尾、方向舵、升降舵、空中加油插座滑道（aerial-refueling receptacle slipway）。而LTV公司的塞拉分部（Sierra Division）则获得总金额1890万美元的合同，发展定位系统（station-keeping system），提供飞行员导航及方位的信息，让C-17能在任何能见度下进行18架飞机的编队飞行。
　　C-17的电传飞控系统由霍尼韦尔公司负责发展，但在发展的初期就因为延误，制造合同因此转给通用电气公司。不久之后，美国政府总审计局（General Accounting Office）在1989年8月的报告里指出：C-17若再因计划管理不良导致延误的话，对进度、造价都会有巨大影响。当时C-17计划已经花了375亿美元，是国防部最花钱的项目之一，当时的分析家说：每架C-17得花纳税人32600万美元，大约等于16架AV-8B“鹞”式（Harrier），或6架EA-6B“徘徊者”（Prowler）的价格。进入实际生产后，每架C-17的平均造价接近2亿美元，虽然没预期的那么贵，但却是一般大型军用运输机的3倍价格了。
　　C-17的造价昂贵，部分原因是五角大厦坚持C-17需要具备在战地附近未铺柏油跑道上起降的能力，若能去掉这一项，就可以省下不少的发展经费和时间。只要曾在战场上冒着敌方激烈炮火驾驶运输机起降的飞行员，都能明白这种飞行的危险性，而现在的武器射程远、弹着准，在战地附近起降的危险性高，没有人相信有谁会把一架这么贵的飞机部署在敌方炮火或飞弹的射程内，但这项需求却一直没有改变。

正在安装主起落架整流罩的C-17

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　　20世纪80年代中期，美国经济景气，国防部舍得花钱，就算借钱也要做出新飞机，即使美国政府未来负债因而雪上加霜也在所不惜。单单在1986年，麦道因为C-17就增加了4000名员工。
　　根据20世纪80年代中期所定的进度，C-17应该在1989年完成首次飞行，后来拖延到1990年8月，再延后到12月，最后则是1991年6月，国会对C-17庞大的发展经费和制造进度的一再拖延也颇有怨言。当时将制造工作转移给别的厂商相当容易，但C-17的价格和进度延误却没有引起太大的注意，相比之下，麦道在1991年初为美国海军所发展的A-12攻击机就没有这么幸运了，A-12的发展过程也和C-17一样又贵又久，最后落到被国防部取消的下场。
　　1988年4月，C-17的估计重量比设计目标重量增加了8.2%，因此无法满足合同中的一项性能需求：由于重量增加，C-17的航程由合同中规定的9100公里降低到小于8700公里。不过仍然满足合同中载运76吨的情况下，以830公里的巡航速度，不需空中加油直飞4400公里航程的规定。
　　1989年9月，麦道宣布将于年底前完成C-17机翼、前机身、中机身、后机身的组合，并于1990年2月进行首次的飞行，不过这张远期支票却跳票了。一直到1990年12月21日，才完成第一架原型机的组装，1991年9月15日，经过至少四次的延误后，第一架原型机进行了首次飞行，由长堤机场直飞爱德华兹空军基地。

1991年1月2日，第一架C-17 87-0025 T-1在麦道长滩工厂下线

1991年9月15日，T-1从长堤起飞开始了耗时2小时的首飞

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地面测试
　　第一架C-17（未装发动机）的原型机T1在加州长堤出厂，做为验证机身刚性的增压测试机体。第二架（T2）和第三架（T3）原型机则作为验证结构强度的静力试验（static test）机体，和室外执行2倍服役寿命、60000飞行小时的耐久性试验（durability test）机体。静力试验的目的在测试极限负载（ultimate load）下，也就是150%的设计限制负载（design limit load）时，机体是否具有足够的强度，另外飞行试验也必需在静力试验完成后才能开放飞到100%的负载。耐久性试验的目的在验证机体的经济寿命（economic life）是否大于服役寿命，并以试验结果来核对弥补分析的数据。
　　1992年10月1日，C-17静力试验发生重大问题，试验机体在施加128%的设计限制负载时，两侧机翼中梁的末端，大约在两台发动机挂架的中间处，发生屈曲（buckling）现象。当时的测试模拟情况是在载重26550千克、速度每小时510公里、高度9750米时遭遇每秒17米的垂直阵风（vertical gust）。这种情况实际飞行时虽然不太可能遇到，不过却是理论上C-17满载且进行空中加油时可能会碰到的状况。

C-17静力测试试验