西科斯基的空中吊车——S-60与S-64/CH-54“塔赫”起重直升机

万磁王

作者：Armstrong

历史

　　1955年伊戈尔·西科斯基第一次公开谈论了他所设想的起重直升机，这种直升机装载货物不是装进机舱而是吊挂在外部的。由于无需货舱所以机身可以做成简单的梁式结构，机身上方安装传动系统，前下方悬挂驾驶舱。西科斯基还在驾驶舱内安排了一个后向座位，在吊装货物时，该座位的飞行员就像吊车操作员那样控制起重绞盘，并精确操纵直升机悬停在货物上方。起重直升机运送的货物不受货舱尺寸的限制，并且由于飞机结构简单，可以大大降低生产和运营成本。

俄裔美国人伊戈尔·西科斯基

　　1958年1月联合飞机公司发行的《蜂巢》内刊中刊载了一篇标题为《明天的飞行吊车》的文章，作者是弗兰克·J·德莱亚尔。披露了西科斯基公司正在研制一种吊挂货物、没有货舱的奇特直升机。文中还提到西科斯基的S-58直升机在最近成功完成了电线架设工程，在不到两天的时间里就在崎岖陡峭的山区架设了63根电线杆，如果按传统方法的话则需要65天。文章还提及了另外一些类似案例。

　　西科斯基设想的起重直升机具有三个重要优势：

　　1、飞行员具有无阻碍的360度视界，可无障碍观察整个吊装和运输过程。也就是说驾驶舱四周通透，内部可以布置两个座位，一个超前一个朝后。

　　2、起重系统不仅可使直升机在悬停中吊装普通货物、卡车或坦克之类的车辆，还能在直升机停在地面上时吊装电线杆、木材、管道这类的超长货物。

　　3、与传统直升机相比载重量更大，并且相同产量下的生产成本更低。

上图是《蜂巢》杂志刊登的谢尔盖·西科斯基（伊戈尔之子）手绘的飞行吊车想象图。创作于1957年他与父亲之间关于飞行吊车的一次讨论后。插图显示了谢尔盖称之为“先进的S-60‘吊车’”的概念，沿用了S-56的传动系统和R-2800发动机，但根据西科斯基的设想改成了前三点式起落架以方便地面吊装货物

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　　1956年西科斯基公司制造了一架全尺寸模型，并安装了S-56的传动系统进行评估。

飞行吊车的全尺寸概念模型

　　模型的重要作用之一是验证驾驶舱旋转座椅，该座椅在装卸货物时可以向后旋转180度。在上面两幅照片中西科斯基先进设计部首席设计师Ed·卡曾伯格和先进概念组负责人乔治·霍华德正在测试旋转座椅。

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S-60验证机

　　随后该概念被提交联合飞机公司（现在的联合技术公司）管理层审核，获得了设计和制造一架验证机的资金。设计工作启动于1958年5月1日，1959年3月18日验证机制造完毕，3月25日进行了首飞。

外形奇特的S-60验证机

　　验证机采用了西科斯基S-56（海军陆战队编号HR2S-1和陆军H-37A）的发动机、旋翼、传动系统，这些S-56的部件来自美国海军航空局。

S-56/CH-37A直升机

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　　首飞后第10天该机在布拉格堡进行了演示，在前10天里验证机的总飞行时间是22小时45分。

　　接下来的三个月S-60为联合飞机的股东、媒体、德国军方代表团进行了演示，并前往弗吉尼亚州匡蒂科海军陆战队航空站、华盛顿特区举办的美国陆军航空协会会议、海军研究生学校、康涅狄格州斯特拉福德举办的美国直升机协会会议进行了演示。

　　7月S-60开始了载人平台测试。在一次初期测试中，西科斯基邀请另外三人与他一起坐在平台上进行试飞，这三人分别是项目工程师罗德·史密斯、项目经理C·M·“雪佛兰”埃切维里亚、工程副总裁J·P·W·瓦斯特。载人平台上有4张背靠背铆接的座椅，备有安全带。在飞行中西科斯基甚至解开安全带走到平台边往下看！其他人没敢这么做。飞行员杰克·彼得森和吉姆·凯目睹了这一切并小心翼翼地驾驶。

载人平台测试

西科斯基和其他三名“志愿者”

　　西科斯基公司对货物吊装技术也进行了研究。8月演示了可载客20人的客运吊舱，随后到11月间进行了更多的军用和政府设备的演示。

S-60演示客运吊舱

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　　11月S-60在布里奇波特机场把16架处于各种维修状态的西科斯基H-34（S-58）吊运到布里奇波特的西科斯基南大街工厂，此时该机已经飞了165小时36分。

S-60把西科斯基H-34（S-58）吊运到布里奇波特的西科斯基南大街工厂

　　为了发展吊装技术和设备，西科斯基公司进行了大量的各种货物的吊装实验，并研究了夜间作业问题。在几次试飞中，S-60做到了在60秒内降落并释放第一组货物，然后飞跃到第二组货物处吊装并起飞。这种能力超过了其他所有的直升机，甚至在许多情况下超过了地面卡车。

　　在进行载人平台或吊舱的测试中，西科斯基公司发现可以很简单地实现无振动运输，使用简单的蹦极绳就完全隔离了振动。这被认为意义重大，因为仅用非常简单的手段就大大增加了乘客的舒适性。在后续的研究可设计中，西科斯基公司制造出了一套吊装系统，使用液压机构同时完成吊装和隔振功能。

　　S-60在1961年进行了更多的演示。并进一步发展货物吊装技术、拖曳扫雷系统、绞车系统。试飞一直持续到1961年，到1961年4月1日——首飞后的两年里共飞了335小时。

　　S-60的性能基本与S-56一致，外部吊装货物的大小和体积对该机的速度和航程影响很大。单点吊装时货物在某些情况下会摇摆不定，但因为后向座位上的飞行员能时时观察货物的动态，所以只需把速度保持在限定范围之内就安全了。或者也可通过调整吊缆长度来达到同样目的。在多点吊装时就没有这些麻烦了。

　　因为S-60比S-56轻了454千克，所以可以多吊454千克的货物。该机可执行当时任何直升机都不能完成的扫雷任务，无需安装特殊套件能直接拖曳扫雷器。西科斯基公司还设想了一种载客40人的吊舱，能使S-60的载客能力超过S-56。

1960年S-60在巴拿马城演示拖曳扫雷器

　　1961年1月西科斯基飞机公司和NASA签订了一个实验项目的合同。西科斯基公司对S-60的操纵系统进行了修改，可以在1/2~2倍范围内调整操纵灵敏度，用于评估操纵灵敏度对直升机完成低速精确机动的影响。在1961年4月3日交付NASA之前的一次检查飞行中，S-60的操纵敏感度被调至正常值的两倍，结果直升机失控后坠毁在西科斯基机场。飞行员受伤，但直升机严重受损已不值得维修。

　　到此时S-60已经为验证飞行吊车概念飞了335个小时。

　　S-60的成功导致西科斯基公司开始研制S-64“空中吊车”，后者安装了涡轴发动机并且更适于生产。

　　S-60的残骸现被保存在康涅狄格州斯特拉福特的康涅狄格航空航天博物馆，正在修复中。

2012年正在修复中的S-60

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S-60的构型特点

　　S-60的主要特点就是采用了梁式机身，所有货物都吊装在外部。座舱中有一个面朝后的座位，使飞行员可全程监视装货和卸货的过程。只要在重量允许范围，S-60就可以吊装任何外形和尺寸的货物。因为挂钩不受旋翼下洗和静电的影响，S-60在吊装大多数货物时可先降落或悬停在货物上方。S-60还具有吊装货物滑跑，和吊装货物进行紧急降落的能力。由于滑跑起飞时的地面效应，增加了潜在的有效载荷。最重要的是，该机装卸货所需的时间大大少于传统直升机。

S-60吊装燃料卡车

　　在设计驾驶舱时，飞行员的视界被认为是最重要的。为了提高连接、分离和运输货物时的效率和速度，飞行员必需要直接看到整个过程，而不是依靠对讲机或地勤传来的二手信息。为了达到该目的，S-60的驾驶舱被安排在前机身下方，两名飞行员都配备了操纵系统，左侧的座椅能转向后方。在项目早期人们发现后方的周期操纵杆、方向踏板以及飞行员的腿部会遮挡飞行员视线，无法看到低于座舱地板6米的货物。为此西科斯基公司设计了一个安装在扶手上的三轴有限操纵杆，在飞行员转向后方时提供俯仰、滚转和偏航控制。这样就取消了后置的周期操纵杆和方向踏板，保证了飞行员的视界。副驾驶仍继续使用传统的操纵系统。

最初后向座椅配备有传统的周期操纵杆和方向踏板

　　安装在机身两侧发动机舱下方的主起落架配备了大直径机轮，可在未经平整的地面降落和滑行。起落架在装货时还可下降15厘米，在其他方面S-56的一致，该机还沿用了S-56的短翼和支撑结构。

　　S-60沿用了S-56的发动机、传动系统、旋翼、尾桨。增加了一套自稳设备，用于监控直升机的俯仰、滚转和偏航运动上提供高度和范围控制。正副驾驶都配备有基本的飞行和控制仪表，在后向座位安装了转速、MAP、高度表。

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总体布局

　　这张早期的三面图显示了S-60的双轮主起落架，但在制造时还是改为大直径单轮。

任务系统

　　机身底部纵向布置有10个硬点，可在飞行员的监控下实现快速、安全吊装任何货物。在试飞过程中，西科斯基公司还在机身两侧和机翼上增加了硬点。

机身硬点

　　为了吊装过大或过于笨重货物，或要把货物释放在无法降落的地点，就需要使用机身底部的一个承重5443千克附带30米钢缆的绞车了。绞车安装在传动系统下方的重心位置，吊装货物时不会对飞行特性产生任何不利影响。绞车还可以进行拖曳操作，可提供13600千克的牵引力。

机身绞盘和挂钩

　　座舱底部安装了两盏着陆灯，一盏聚光一盏泛光，可提供同样出色的360度夜间可视角度。座舱内还有两张临时座椅，用于在长途飞行时搭载轮换机组。

性能参数

设计总重量	14152kg
最大起飞重量	15649kg
空重	8896kg
载重	5806kg
载油量	1812kg
发动机	(2) R2800-54
发动机单台功率	正常输出1900马力，最大输出2100马力
旋翼直径	21.95m
叶片数量	5
旋翼弦长	59.94cm
旋翼转速	185 RPM
长度，包括旋翼	26.80m
高度，包括尾桨	6.60m
离地净高，机身距地面	2.34m
最大速度，海平面	209km/h
正常巡航速度	185km/h
无风航程	426km
悬停升限	2073m
载荷/航程	3674kg/40km

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S-64“空中吊车”/CH-54“塔赫”

　　受到S-60“飞行吊车”实验成功的鼓舞，西科斯基公司被批准研制一架生产型原型机，这就是S-64“空中吊车”。该机比S-60的性能更为强劲，安装涡轴发动机而不是S-60的活塞发动机。S-64的主要任务是重型货物运输，外部货物吊装系统可以快速、安全、高效地周转货物。该机的任务后来扩展到挂载人员吊舱进行部队运输。

西科斯基手持S-64的模型

　　项目启动后第13个月的1962年5月9日，S-64原型机就首飞了。仅两个月后该机就飞到佐治亚州本宁堡进行美国陆军评估，到此时所有一切都是公司投资的。

　　美国陆军花1300万美元购买了6架S-64进行评估，该机获得了CH-54A“塔赫”的军用编号。其中4架被派往越南进行实战评估。德国政府也买了两架用于评估。接下来陆军订购了生产型，而德国没有选择“空中吊车”，订购了传统的CH-53A直升机。

美国陆军的CH-54A“塔赫”测试机，其中一架安装有整体人员吊舱

　　该机最初的西科斯基编号是S-64A，随着生产的进行，进行了几项改动和性能提升，其中包括了宽弦旋翼，西科斯基编号改为S-64E，但军用编号还是CH-54A。在进行了一年的生产后，“空中吊车”进一步进化到CH-54B/S-64F构型。

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构型特点

　　与之前的S-60一样，S-64“空中吊车”的最大特点也是没有机舱，只有一个简单的梁式机身用来吊装外部货物。该机安装两台普惠JFTD-12涡轴发动机和全新的传动系统。直径21.95米的旋翼发展自S-56/S-60，但改为6叶式，同时增大弦长以增加桨叶面积。该机采用前三点式起落架，与S-60相反，因为这种起落架的地面机动性更好，这也是S-60在试飞中取得的经验教训之一。为了在大迎角降落中保护尾部，该机在尾梁末端安装了尾撬。座舱布置在机身下方，增加了第三名面朝后的飞行员座椅，他负责装卸货物。座舱可容纳5名乘员——正副飞行员、后向飞行员、两名机械师。因为该机被设计要长时间在偏远地区作业，所以额外搭载两名机械师是必须的。该机的另一个有趣特点就是发动机和减速箱部分没有整流罩，因为该机的速度不快，有没有整流罩完全不重要，同时还能简化维护、降低成本、减重。

　　变速箱向左侧倾斜3度，而不是垂直安装，以确保直升机挂载货物悬停时保持水平，结果CH-54在巡航飞行和机鼻朝下平飞时座舱是右倾的。

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任务系统

　　与S-60不同，S-64没有安装旋转座椅，而是增加了固定的后向座椅。S-60的经验表明需要一个单独的后向飞行员。S-64的后向座椅首次在直升机上应用线传操纵系统，该系统有两种模式，一种是飞行员通过增稳系统伺服系统操纵直升机，但权限较低。另一种通过自动驾驶仪伺服系统操纵，能全权控制，并且能使正副飞行员的操纵杆做同步运动，这样其他飞行员也知道后座的飞行动作。在紧急情况下前座还能越过伺服系统直接操纵，因为他们的操纵杆是通过弹簧和磁闸连接到伺服器上的。

　　该机机身下安装了一个9072千克吊运能力的绞车，可进行单点吊运。绞车具有补偿系统，直升机悬停时可自动收放吊缆以使货物保持恒定的离地高度。此外CH-54机身下方还有4个吊运能力2268千克的小型绞车，可以灵活地吊运货物。为了方便在地面装卸货物，该机的起落架可以缩短。

简直是万能的S-64

　　西科斯基公司还为CH-54设计了多种货物/人员吊舱，可以使用吊舱运输货物、人员、进行医疗后送。

安装人员运输吊舱的CH-54A