RAH-66“科曼奇”之死——美国陆军LHX项目30周年回顾

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机身
　　研究了许多概念设计后，波音-西科斯基团队选择了一种不寻常的机身设计。由于LHX需要低雷达反射面积。所以弹药只能内置，只在发射时才把武器挂架伸出。同样LHX也需要可收放起落架来保持隐身和维持高速。此外，陆军强调的可维护性需要在机身表面开许多维护口盖来简化维护工作。传统半硬壳结构机身在重量和灵活性方面非常低效，而且难以设计。于是团队最终以一个简单的箱形梁为内部主结构，外部蒙皮并不为主结构卸载。这样就能把舱门和维护口盖放置在最佳位置，同时满足改善雷达信号特征和便于维护内部设备的要求。
　　在项目初期，这种机身结构被人调侃为“机身中的机身”，意思就是这种设计太重了。而实际上，该结构正是波音-西科斯基设计中最大亮点之一。箱形梁行得通的关键是大量采用以复合材料为主的先进材料，才能降低生产成本和飞机重量。

RAH-66的机身复合材料箱形梁主结构

组装中的RAH-66原型机

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主旋翼系统
　　传统直升机在旋翼叶片上使用了挥舞铰、摆振铰和变距铰这三个金属轴承，需要油脂润滑，于是后来出现了润滑轴承来减少维护需求。20世纪60年代，无需润滑的弹性轴承取代了这些传统轴承，西科斯基在CH-53D上首次使用了弹性轴承，随后是“黑鹰”直升机。
　　技术进步导致了新一代主旋翼概念的出现，即无轴承主旋翼（BMR），使用一个简单的柔性梁取代传统的挥舞铰、摆振铰和变距铰。西科斯基公司在“黑鹰”尾桨上首次应用柔性梁旋翼，把两片碳纤维柔性梁分别与两片桨叶连接，然后夹在一起组成四桨叶尾桨。而“科曼奇”在主旋翼也采用了柔性梁设计。

RAH-66的无轴承主旋翼

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　　传统铰接旋翼有特定的铰外伸量，也就是挥舞铰外伸的距离占旋翼半径的百分比。铰外伸量会强烈影响旋翼的控制力和动态特性，一般在0~5%之间。无轴承旋翼也要有类似的等效外伸量参数，鉴于LHX的高机动性要求，所以需要设置一个非常高的等效外伸量，波音-西科斯基选择了10%来保证机动性。
　　“科曼奇”采用5片桨叶来降低单个桨叶承受的负荷和力矩，并改善旋翼声学特征，因此旋翼被称为“五叶柔性旋翼”。旋翼转速可变也有助于噪音控制，这是通过改变发动机转速来实现的。
　　旋翼直径11.89米，桨叶弦长38.1厘米，扭转-11.1˚，或是基于推力加权的-13.5˚。桨叶从内到外85%长度采用波音10%厚度的VR-12翼型，85~90%处是西科斯基9%厚度的SSC-A09翼型，最外侧8%是梯形后掠桨尖。桨叶外侧选用SSC-A09翼型是因为该翼型具有较高的最大升力系数和高阻力发散马赫数。

旋翼叶片外形

　　全复合材料主旋翼叶片采用经过验证的波音低风险生产技术设计，而且也被证明能耐受23毫米炮弹的射击。

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尾桨系统
　　鉴于现役轻型直升机在高空飞行时，在许多情况下会出现尾桨控制无力的情况，所以陆军要求LHX具有非常高的偏航控制能力。陆军还规定LHX能在23米/秒的侧风中进行180度转弯，这都要求团队设计出比现有直升机功率大幅增加的反扭矩/偏航控制系统。此外军队还要求反扭矩系统要“受到保护”以防发生意外，如士兵被尾桨打中，所以常规的开放式尾桨设计是不可接受的。
　　波音-西科斯基公司的解决方案是直径1.37米的涵道风扇，也就是四周被包围起来的涵道风扇。那时的涵道风扇并没有什么优点，噪音还比开放式尾桨大。设计师们通过简单分析发现，涵道风扇的噪声是过于靠近风扇的支撑杆共振导致的，支撑杆变成了啸叫的警报器。把风扇和支撑杆间距拉开后，噪音表现还是相当理想的。西科斯基公司制造了一个涵道风扇安装在S-76直升机上进行试飞，证实了这个理论以及涵道风扇的其他优点。

把风扇和支撑杆间距拉开后，涵道风扇的噪音表现还是相当理想的

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　　涵道风扇极高控制力使“科曼奇”创造了一个有趣的新机动。陆军要求LHX在中等速度下能快速调头对准目标，传统直升机需要侧转进入90度转弯-改出侧转-对准目标之一过程，而试飞显示“科曼奇”X在时速130公里以内只需简单旋转90度成侧飞状态就把机头对准了目标。这个动作被命名为“霹雳转弯”，并成为试飞员们的最爱。

RAH-66具有出色的侧飞能力，就这样横着飞就能保持机鼻指向目标

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线传飞控系统
　　为了提高生存力并夺取空中优势，陆军提出LHX要在所有任务中都能保持高机动性。于是波音-西科斯基公司在飞控系统控制律编程和旋翼系统设计选择上下了大功夫。
　　“科曼奇”的数字线传飞控系统（FCS）是当时最先进的旋翼飞控系统，能大大提高操纵品质并降低飞行员工作量。此外，线传飞控系统的可靠性和重量都显著优于冗余式机械系统，三重冗余电子布线结构提供了更大的灵活性，并降低了遭设计后的损伤概率。
　　“科曼奇”的飞控系统提供两个增强模式：保持姿态的速度响应（RCAH），为目视条件飞行提供非常灵敏的机动能力；以及保持速度的姿态响应，更适用于在夜间或低能见度情况下飞行。该系统整合了多项自动化功能，包括先进飞行引导和完全耦合自动驾驶，可实现自动悬停、跃升俯冲、并返回隐蔽。在项目后期还增加了以下功能：包线提示、综合火力和飞行控制。导航也是飞控系统不可或缺的一项功能，团队三套惯性/全球定位系统为基础开发了导航解决方案。

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发动机
　　美国政府开展了一个竞争项目为LHX平行发展先进技术发动机。霍尼韦尔和罗罗公司的LHTEC团队赢得了合同，为LHX提供T-800发动机。该发动机的最大应急功率为1399马力级，仅重143千克，规定的耗油率指标低至0.21千克/小时/轴马力。发动机具有全权限数字发动机控制系统（FADEC），与“科曼奇”飞控的控制系统相兼容。发动机只需一个简单的外场手动工具包就能维护。

LHTEC T800-LHT-801发动机

　　实际上“科曼奇”是三发直升机，除了驱动旋翼系统的两台LHTEC T-800外，还有一台威廉斯国际公司的WTS124二级动力单元（SPU），用于提供辅助动力来启动主发动机，在飞行中提供环境控制系统所需的引气，并驱动一个发电机和一个液压泵。

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红外抑制系统
　　“科曼奇”采用独特的发动机排气系统来减少红外信号特征，用管道把高温废气导向尾梁，与低温环境空气混合后再排出。该系统的红外信号只有陆军规定水平的一半，所以“科曼奇”无需装备红外干扰设备。

独特的发动机排气系统

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生化防护和变压吸附器
　　“科曼奇”在生化防护方面在座舱和航电舱采用了微加压技术，使这些舱室的压力总是稍大于环境气压，即使出现泄漏，也不会让外界空气进入。即使被炮弹击穿舱室后，该系统也能正常工作。
　　为了过滤掉有害的化学物质，“科曼奇”采用了新型的变压吸附器（PSA）。变压吸附的原理是在高压下气体倾向于被吸引到固体表面，被称为吸附，当压力减小时气体就被释放出来，被称为脱附。这是在航空器环境控制系统中首次采用变压吸附器。“科曼奇”的变压吸附器内有两个充满多孔物质的腔室，每个腔室内还有用于过滤有害化学物质的分子筛。加压空气从其中一个腔室通过时，有害气体会吸附，剩余的干净空气一部分输送给座舱和航电舱，一部分以较低压力通过第二个腔室，使之前吸附的有害气体脱附排出机外，并而达到清洁腔室、使之成为可用吸附器的目的。整个变压吸附过程持续循环往复，以供应稳定的洁净空气。

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传动系统
　　“科曼奇”的传动系统也使用了重大技术进步成果。设计直升机传动系统最终减速级总会面临巨大挑战，轻型直升机也不例外。由于“科曼奇”的旋翼转速相对较低（每分钟200至400转），所以最终级要承受非常高的扭矩，只使用一个简单的正齿轮或伞齿轮是不可能的，因为齿轮在啮合时会负荷过度。传统解决方案是行星齿轮，如五行星齿轮减速器，通过五个独立齿轮向旋翼传递高扭矩。而“科曼奇”采用了更简单的“拆分扭矩”概念设计，每台发动机都单独驱动最终级，最后用四个齿轮啮合最终环形齿轮传递旋翼的高扭矩，所以无需使用复杂的行星减速齿轮。这使齿轮数量减少了50%，轴承数量减少了40％，重量降低了12％。

RAH-66的“拆分扭矩”最终减速级

　　随着设计的推进，拆分扭矩概念的另一个好处很快就显现出来。由于传动系统中间轴是垂直的，转速也很适合驱动液压泵和发电机，于是设计师直接安装上了这些附件，取消了减速器。而且液压泵和发电机都安装在了十分方便维护的位置。