北约再推下一代直升机联合研发,如何避免重蹈NH90覆辙?
来源:中国航空新闻网 发布时间:2022-04-19 09:53:41

2月底,据媒体报道,由多个欧洲国家联合推动的NGRC(下一代直升机项目)预计将今年晚些时候签署一份协议,以使该项目从意向阶段推进到概念阶段。

2030年开始,北约大多数直升机将陆续开始退役,这成为了新一代直升机研发的契机和动力。

NGRC:下一代高速直升机

根据报道,在该协议签署完成后,NGRC项目将正式开始招标,向航空工业界企业发布6至8项研究计划,以此形成初步的设计审查,并提出首选的设计解决方案。

这一阶段预计将持续到2025年,如果顺利的话,各参与国希望项目的研发生产进度,能实现在2035年达到初始运行许可。

目前NGRC项目还处于意向阶段,因此该机可能采用的较具体设计特征、关键性能指标等,都还处于不确定状态。

目前比较明确的性能要求是:

NGRC需要比传统直升机飞得更快,巡航速度要达到333-407千米/时。

此外需要至少4吨的载荷能力,1650千米的航程,最大起飞重量要达到17吨。

单价不应高于4200万美元,每小时飞行成本不应高于12087美元。

NGRC的全部参与国家均为北约成员国,项目的初始参与国包括法国、德国、希腊、意大利、英国;之后荷兰、西班牙、美国作为观察员国家加入该项目,荷兰随后进一步成为了该项目的正式成员。

从国家能力上来说,法国、英国都是老牌的直升机研发强国,技术能力很强,工程经验丰富;如果能实现理想的高效协同分工合作,研制一款先进直升机并不算太难。

然而正如过往的很多欧洲多国联合研发项目一样,多国之间相互掣肘内耗、管理混乱带来的人为困难,已经远远超过了纯粹的工程技术困难和风险,成为决定项目成败的最主要因素。NGRC是否能成功,目前看关键依然取决于此。

多国联合研发的前车之鉴

从历史上看,欧洲曾经有一个和NGRC相似程度极高的项目,那就是1984年开始推动研发的NH90中型直升机。甚至可以说,NH90项目上出现过的问题,如果背后的原因没有得到根本性解决,那么一定还会在NGRC上重现。

此前,北约多国联合研发的直升机NH90由于可靠性和维护性问题,妥善率远不及预期,而维护成本远超预期,特别是气候环境较为恶劣的澳洲,该机的每小时飞行成本已经上升到了高达5万美元。这迫使澳洲重新采购黑鹰直升机替换NH90。

NH90的研发参与国和NGRC差不多,最初也是法国、德国、意大利、英国、荷兰。但由于存在设计思想上的分歧,英国在1987年宣布退出,项目随后由剩余四国联合完成研制。

仅从技术应用和性能指标上来说,NH90是一种相当先进的直升机——比如它是全世界第一种量产的全电传直升机,在贴地飞行时能实现自动保持姿态等先进功能。但是,实际交付澳大利亚等国后的使用经验则证实,该机的可靠性和可维护性相当糟糕,存在大量设计和装配的缺陷。

NH90的机舱地板和机尾舱门坡道非常脆弱而且缺乏保护,完全不适合粗暴使用。

譬如,在NH90上有一个非常明显的低级设计问题,可以反映出全机的研发管理水平问题,那就是碳纤维复合材料制成的机舱地板和机尾舱门坡道:

这种设计一方面完全违背了材料本身的特性,另一方面又没有对应的有效保护措施作为弥补,最终导致了损坏问题频发。

碳纤维复合材料的优点是重量非常轻,并能在结构完整无损的情况下提供很高的强度。因此,从20世纪70年代开始,它大量取代铝合金被应用在飞行器结构设计上,以有效减重。NH90直升机使用它来做地板和尾舱门坡道的目的,毫无疑问就是为了减重。

机舱地板和尾舱门坡道的材料设计,是NH90追求全复合材料机身的附带结果。全复材机身带来了15%的减重性能优势。

但另一方面,碳纤维复合材料也有着极大的弱点,那就是不能耐受冲击。即使是在低能量冲击下,碳纤维复合材料也很容易出现树脂基体的开裂和不同纤维层之间的剥离分层,从而导致整体结构的强度急剧降低。

但直升机的机舱地板和尾舱门坡道,恰恰是全机遭受冲击最频繁的地方。全副武装的士兵在快速进入和离开机舱时,鞋底的粗暴踩踏和随身武器装备的粗暴砸落的现象,都是必然会大量出现并且贯穿于整个机身使用周期的。特别是由于鞋底沟纹中嵌入小石子等因素,尖锐物的冲击更是难以避免。

在最频繁的使用场景中,把材料最脆弱的一面,缺乏有效保护、甚至是毫无保护地暴露在其最害怕遭遇的工况下;如果这都不算低级设计错误,那么也就没有什么设计缺陷能算低级错误了。

F-22为了减重,曾考虑机翼主承力结构采用复合材料制造,但最终由于复合材料耐冲击能力不佳,无法满足抗损伤能力要求,换成了钛合金。

NH90从1986年12月才开始批准初步设计,当时欧洲等国已经有非常丰富的碳纤维复合材料使用经验。

这种情况下,NH90的机舱地板和尾舱门坡道设计能够通过层层审核,只能说明其研发管理流程存在大量的混乱和失控现象;即使是对于显而易见的设计风险,都丧失了警惕性和严谨性。

从总体上评价的话,NH90项目在推进的过程中,维持和发展欧洲航空工业、带动关键材料设备产业、协调各国之间投资分工的利益矛盾的重要性和所占用的精力,大大超过了其在实用性考虑上的精力。以至于NH90最终成为了一个设计重心几乎完全放在堆砌先进技术,而对客户实际使用场景考虑严重不足的畸形型号。

在这种背景下,NH90上涉及动力系统、机身机构、机载设备等多方面的问题频发,也就不会让人感到意外了。

类似的问题如果不能从根源上得到解决,NGRC这个项目,将会难免重蹈NH90的覆辙。

标签: 复合材料 联合研发 的直升机

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