03从四川抗震救灾谈我国重型直升机的发展陈国华.docx
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03从四川抗震救灾谈我国重型直升机的发展陈国华
第二十四届(2008)全国直升机年会论文
从四川抗震救灾谈我国重型直升机的发展
陈国华
(中国直升机设计研究所)
摘要:
本文是根据近期国内重型直升机研讨会材料整理而成的。
从四川抗震救灾中直升机的作用和国内外直升机的现状出发,分析了我国直升机的差距;从直升机市场预测以及国外重型直升机现状出发,分析了重型直升机的市场需求;从国民经济建设和国防建设对重型直升机的需求出发,分析我国发展重型直升机的必要性,提出了中俄合作发展重型直升机设想建议。
一、从四川抗震救灾看直升机的作用
“汶川大地震”震动了半个亚洲,震惊了世界。
强烈的地震导致通往灾区的道路桥梁被毁、通信联系中断,救灾人员和物资无法及时准确到达重灾区,震中数万生命急待救援。
在与时间争夺生命的关键时刻,直升机凸显出独特优势,成功打造了“空中生命通道”。
在这次抗震救灾中,国内外22个型号130多架轻型、中型、大型和重型直升机参加抗震救灾,执行搜索、救护、运输、吊运、航拍、观察、联络、卫生防疫、灾情勘探与评估等任务,在灾区架起了拯救生命的空中桥梁,发挥了巨大的不可替代的作用,是直升机第一个将领导和救援人员送抵重灾区,第一个将食品、药品等救灾物资送到震中灾区群众手中,第一个从灾区运出伤员,特别是将重达13吨的大型工程设备吊运到唐家山堰塞湖排险现场,给世界留下了深刻的印象。
截止6月10日,各型直升机共出动了1800多架次,飞行5000多个小时,投送各类救灾物资720多吨,向灾区运送救灾人员近2000人,从灾区运出危重伤员2100多人,被灾区百姓誉为“吉祥鸟”。
直升机在四川抗震救灾中能有这样突出的表现,是由直升机的飞行特性所决定的。
直升机具有不依赖机场垂直起降、空中悬停和迴转、前后飞行和左右侧飞、超低空飞行能力等。
这些特点决定了直升机在民用和军用领域具有非常广泛的用途。
在国民经济领域,用于近海石油勘探、电力设施、工程建筑、农林牧渔业及交通运输等;在社会公共事业方面,用于公安执法、巡逻、大气观察、海洋监测、环保取样、消防救火、医疗救护、抢险救灾等;在应对突发事件方面,更具有不可替代的作用。
但这次抢险救灾也暴露出我国直升机的弱点。
一是直升机数量少;二是缺少20吨以上的重型直升机;三是国产直升机高温高原性能低。
二、国内外直升机现状
1、在役直升机现状
据2006“JanesHelicopterMarketsandSystems”统计,世界在役的直升机总数为53340多架。
其中民用直升机30060架,占56%,军用直升机23280架,占44%。
(1)世界民用直升机总量及其分布
世界民用直升机总量分布见图1,民用直升机数量居前10位的国家依次是美国(12429架)、俄罗斯(2959架)、加拿大(1800架)、澳大利亚(1200架)、英国(1106架)、法国(837架)、日本(801架)、德国(686架)、新西兰(646架)和意大利(629架),中国民用直升机为178架,列20位。
在这10个国家中,新西兰、澳大利亚、加拿大每百万人口拥有民用直升机的数量分别为158架、59架和54架,位居前列,美国、俄罗斯、日本每百万人口拥有的民用直升机数量分别为41架、20架、6架,全球平均水平为4.6架。
我国每百万人口拥有民用直升机数量仅为0.13架,是美国的0.3%、俄罗斯的0.6%、日本的2.6%、全球平均水平的2.8%。
图1世界民用直升机总量分布
(2)世界军用直升机总量及其分布
世界军用直升机总量及分布见图2,军用直升机数量居前八位的国家依次是美国(5672架)、俄罗斯(1971架)、德国(786架)、日本(770架)、乌克兰(739架)、意大利(737架)、法国(734架)、英国(700架)。
中国军用直升机数量为484架,位居印度(557架)、韩国(507架)之后,列12位。
在世界各国中,每万名军人拥有军用直升机数量居前六位的国家依次是美国(41.53架)、英国(32.95架)、意大利(29.41架)、日本(28.13架)、法国(24.9架)、德国(24.49架),我国每万名军人拥有直升机的数量仅为2.1架,是美国的5.06%、英国的6.38%、意大利的7.14%、日本的7.47%、法国的8.43%和德国的。
图2世界军用直升机总量分布
2、国内直升机的主要差距
我国直升机工业走过了50多年的发展历程,历经曲折、坎坷。
改革开放以后,国务院、中央军委批准了2000年前后我国直升机系列发展规划,直升机工业逐步走上了健康稳定的发展道路。
通过多个型号研制和国际合作的锻炼,基本形成了“预研攻关一代、研制发展一代、生产交付一代”的产品格局,其中2吨级的直11系列、4吨级的直9系列和13吨级的直8系列已批量生产交付343架,其中民用直升机(含准军用)24架,占7%;从目前国内在役使用情况来看,民用直升机为178架,军用直升机为484架,民用直升机所占比例为26.8%;在参与四川抗震救灾的直升机中,民用直升机为30架,所占比例为23%,与世界直升机强国相比,我们还存在较大差距,主要是:
(1)国内直升机数量少、机种不配套,进口直升机多,国产直升机少,民用直升机的差距尤为突出;
(2)国内现有机型起飞重量均未超过13吨,20吨以上重型直升机尚属空白;
(3)现有直升机的高原/高温性能低,不能满足国内各种使用环境的需求。
3、直升机市场预测
据国际权威机构预测,世界直升机将进入稳定发展期,市场前景广阔,在2006年到2015年之间,全球民用直升机需求量约为5200架,其中轻型单发直升机数量最多,占总数的57%,轻型双发、中型双发和重型直升机所占的比率分别为22%、18%和3%,民用直升机市场总价值约1039亿美元。
军用直升机市场方面,2006年到2015年期之间,全球军用直升机需求量约为5700架,在这些军用直升机中,主要用于运输和海岸巡逻的多发大型直升机约占44%,用于轻型攻击和战术运输的双发中型直升机占19%,用于武装侦察等的单发涡轴直升机和无人直升机占18%,军用直升机市场总价值881亿美元。
根据统计规律,在民用和军用直升机总量中,大型和重型直升机的数量约占25%,而相应的价值将占到60%。
因此,大型和重型直升机仍有较大的市场需求。
4、重型直升机现状
目前,国际上只有俄罗斯、美国两个国家生产重型直升机。
国外典型的现役重型直升机主要有俄罗斯的米-26、美国的CH-53系列和CH-47系列。
(1)米-26“光环”直升机
米-26“光环”直升机是由米里莫斯科直升机股份公司研制,为当今世界上最大的单旋翼直升机,1971年开始研制,1978年2月21日首飞。
发展有米-26、米-26A、米-26T、米-26M等11种型别。
共生产300架左右,出口到20多个国家。
该机采用单旋翼带尾桨构型,最大起飞重量56000千克,主要使命任务为兵员运送、医疗救护、电子对抗、大型设备运输、空中加油、客运、消防和地质探测等,其装载能力为:
最大有效载重27800千克,内载和外吊最大重量20000千克,可运载80名士兵或60名担架伤员和4~5名医护人员。
(2)波音114(CH-47)直升机
CH-47“支奴干”系列直升机是经典的现役重型运输直升机,1956年开始研制,1961年9月21日首飞,已服役40多年,已发展有CH-47A、CH-47B、CH-47C、CH-47D等16种型别。
现有18个国家和地区使用,美国共有746架,其中479架升级为CH-47D,计划服役至2030年。
该机采用纵列双旋翼布局,最大起飞重量24494千克,主要任务使命为后勤支援、搜索救援、特种作战运输等,其装载能力为:
最大有效载重12944千克,最大吊挂载重12700千克;可运载33-55名全副武装的士兵或24副担架和2名护士。
(3)S-80(CH-53E)直升机
S-80(CH-53E)系列直升机是美国西科斯基飞机公司研制的3发重型多用途直升机,为西方国家中尺寸和载重量最大的直升机,1971年开始研制,1974年3月1日首飞。
共发展有CH-53E“超种马”及出口型S-80E、MH-53E“海龙”及出口型S-80M等四种型别。
S-80(CH-53E)“超种马”直升机构型轮廓见图5。
该机交付总量为238架,其中美国海军和海军陆战队装备了219架CH-53E/MH-53E,日本海上自卫队装备11架S-80M,土耳其装备了8架S-80E。
该机最大起飞重量33340千克,主要任务使命为舰队垂直补给,损坏飞机的运送、扫雷、搜索救援等,其装载能力为:
最大外部有效载重16330千克;可运载55名全副武装的士兵或7个标准的1.02米×1.22米的货箱。
5、国外新一代重型直升机的发展计划
(1)欧洲新一代重型运输直升机的发展计划
根据欧洲新一代重型运输直升机(HTH)发展计划,欧洲直升机公司德国分公司正在进行一种重型运输直升机方案设计,可能会在2015~2020年左右正式生产,以替代CH-53等早期型号,用来运送士兵、轻型战车和自行火炮。
该机最大起飞重量40吨,舱内最大有效载重10吨,运载70名士兵,最大巡航速度达300公里/小时,航程为1200千米,通过空中加油可提高到5000千米,其构想方案见图3。
图3欧洲新一代重型运输直升机构想图
(2)美国新一代重型运输直升机的发展计划
2005年年初,美国陆军提出了发展下一代战区运输直升机计划,即联合重型直升机(JHL)方案,基本要求是运送携带“未来作战系统”(FCS)士兵及“斯崔克”轮式装甲车,具备20吨以上的有效载荷运输能力,悬停升限3000米,转场航程3900km,美国新一代重型运输直升机构想方案见图4。
图4美国新一代重型运输直升机两种构想图
(3)俄罗斯新一代重型直升机计划
俄罗斯根据米-26在其国内的使用情况,正计划发展一种利用率更高,起飞重量介于米-26(最大起飞重量56吨)与米-38(最大起飞重量16吨)之间的新型重型直升机(预计代号米-46),起飞重量也在40吨左右。
三、国内重型直升机需求分析
我国地域辽阔,地形地貌复杂,边境和海岸线漫长,岛屿众多,海拔3000米以上的山区和高原约占国土面积的25%,这些地理特点对大、重型直升机提出了迫切需求。
1、民用领域需求
随着我国国民经济持续、稳定、高速发展,人们工作和生活方式也随着改变,直升机潜在市场正在快速地向现实市场转化,在国民经济建设和公共事业方面民用直升机的作用逐渐显现,服务于各种公共事业。
(1)紧急救援和医疗救护的需求
医疗救护作为一项社会公共事业,在国外发达国家发展迅速,医疗救护型直升机已广泛应用于交通事故现场、火灾现场伤员紧急救护、城市危重病人医疗救护等。
医疗救护型直升机可以在第一时间到达地形复杂的救护现场进行医疗紧急救护,可以快速的将重伤人员运送到医院;医疗救护型直升机可以快速到达事故现场抢救伤员,而不受交通阻塞的影响。
直升机在医疗救护、紧急救援和打捞救生等各领域起着巨大的作用,其他地面紧急救援装备都无法与直升机相比。
(2)森林防火的需求
航空护林是森林防火的重要组成部分,是预防和扑救森林火灾的重要手段,是保护森林资源,维护生态安全,实现经济社会可持续发展,全面建设小康社会,实现山川秀美目标的社会公益事业。
我国森林覆盖面积为1.75亿公顷,平均每年毁于森林火灾的林木约为7万公顷。
利用直升机进行航空护林,不但可以及时发现火情,同时可以迅速机降或索降灭火人员,或直接洒水将火情消灭在初发阶段,将损失降低到最低。
(3)抢险救灾的需求
我国幅员辽阔,地理气候条件复杂,是世界上受自然灾害影响最为严重的国家之一,灾害种类多、发生频率高,严重威胁着人们的正常生活,我国最常发生的灾害有洪涝、干旱、地震、台风和泥石流等,常常造成我国国民经济的重大损失,因此,在应对各种自然灾害等突发事件中迫切需要重型直升机参与抢险救灾。
近年来,党中央、国务院高度重视抢险救灾等突发公共事件应对工作,不断加强应急体制、机制建设,已开始关注直升机在抢险救灾,运送救灾物资,抢救受灾人员等方面的巨大作用。
此次“汶川大地震”抗震救灾,动用了130多架直升机参与抗震救灾,直升机表现卓越,突显了直升机在抗震救灾中的独特优势,特别是重型直升机吊运大型机械设备令世人瞩目,更加深了人们对重型直升机在抢险救灾重要作用的认识。
(4)国家基础建设的需求
许多大型工程项目常常依靠重型直升机实行空中架设,吊装和现场运送超常物件才能得以顺利实施。
在国家建设二滩水电站的送变电线路时,设计了直升机架设方案,电力部、四川省政府向总参作战部,成都军区作战部申请了航线和空域,并获批准。
但由于国内没有可用的重型直升机实施此类工程作业,被迫动员大量民工,人拉肩扛,增加投资,延长工期,破坏森林,征占粮田,毁坏环境,还造成多起人身伤亡,才完成了该送变电线路的架设任务。
类似这样需要重型直升机工程还很多,在中国云南省西部澜沧江中上游要建设18-24座大型水电站项目,规模仅次于三峡水电站工程,由于云南省西部,崇山峻岭,河流纵横交错,施工难度很高,根据工程项目(一期)预算内资金,仅直接用于直升机运输的资金就超过了1亿元RMB,其他可用于航空架设的资金还有1亿多。
三峡水电站工程是举世瞩目的世界级特大型工程项目。
在工程的第一期竣工,发电机组的送变电工程中,就有6条送电线路,分别送往上海,北京,西安,广州,这6条线路准备全部使用重型直升机参与架设。
除了西部水电站及三峡工程外,还有西部铁路工程建设的直升机工程市场潜力很大,以青藏铁路工程为例,建设难度超过了现有技术水平,平均海拔5000米的无人地带,人工呼吸都难,更不要说进行施工作业,在没有路的情况下还要将施工的大型设备通过人力运往施工现场。
青藏铁路在施工时曾遇到地震,地震对施工的现场和进程造成了严重的破坏,直升机工程作业迫在眉睫,类似这些在技术上需要直升机架设支持的大型项目有很多,新疆沙漠的石油开发的运输,西气东输,西电东送,南水北调,国家海洋石油开发作业以及西部电信工程的后继建设等等。
由于西部基础建设的周期较长,这些西部基础设施建设工程也孕育了几十个亿的直升机货运工程市场。
国内现役直升机中轻型居多,缺乏类似米-26这种重型直升机,其最大载重可达20吨,相当于国产运-8的载重,两架米-26双机外吊更可达40吨,非常适合我国西部大开发的需求,对于提高我国现代化建设水平、提高建设工程效率、节约成本也十分有益。
(5)支线客货运的市场需求
除上述基础建设、抢险救灾方面的市场之外,重型运输直升机也可用作支线货物运输及支线客运工具,从而在航空运输方面占领一席之地,直升机作为通用航空重要机种,将发挥巨大作用。
2、军用领域需求
自上世纪90年代中后期以来,世界军队建设思想出现了新的变革。
快速反应部队在许多国家纷纷组建,随之对兵力投送装备提出了新的要求。
重型运输直升机不受地面条件限制、无须机场起降,运载能力大、且能装运重型武器装备,输送速度较快,因而越来越受国际军事强国的重视。
几乎与快速反应部队建设思想发展的同时,欧美海军军事战略思想也有了大的转变。
实行多年的“远海作战”战略逐渐转向“近海作战”、“由海向陆”。
新的海上作战形式需要时效强的低空运输平台。
而重型运输直升机可作直线飞行,载运突击部队实施垂直登陆。
它又能空中悬停,提供地空后勤援助。
在登陆作战等情况下,重型运输直升机的海上垂直补给将发挥十分重要的作用。
(1)机降
利用重型运输直升机机降地面部队和重型装备,是重型运输直升机的首要使命。
在海湾战争中,美军一次出动以CH-47、“黑鹰”等运输直升机为主的300多架直升机中,在武装直升机保护下实施纵深突击机降作战,很快将三个空中突击营的2000人、50辆军车和榴弹炮、大批燃料和弹药运到伊军纵深80千米的位置。
紧接着美军大批运输直升机连续空运12小时,向这一地区运送了数以千吨物资,开辟了一个面积150平方千米的前进基地。
同时另一部分直升机搭乘先头部队,采用蛙跳方式继续前进,像把尖刀直插伊拉克腹地幼发拉底河谷,切断了伊军29个陆军师、数十万大军的退路,使美军取得了超出预期的胜利。
(2)后勤支援运输
重型运输直升机可到达战场前沿甚至战斗区域,为战斗部队及时、准确地运送弹药、油料、粮食、被装等作战急需物资。
重型运输直升机可采用内装或外吊方式,将各种武器、弹药或其他作战物资,运送到作战地点。
如用于吊运榴弹炮,一架CH-47重型运输直升机可同时吊运155mm口径榴弹炮5门。
(3)海上垂直补给运输
舰载或岸基重型运输直升机可为海上执行各种任务的舰船提供后勤支援,运送它们所需的作战器材、物资和生活必需品。
在登陆作战,或海上交通线、港口被敌封锁等情况下,重型直升机的海上垂直补给将发挥重要作用。
(4)我国军用直升机体系发展的需求
目前,国内的直升机装备总情况的可概括为:
装备量少未能形成足够的战斗力,吨位级别有空缺未形成完整有效的“机动链”,国产化程度低未能形成坚实的技术后盾,具体分析如下:
a.装备量少未能形成足够的战斗力
未来战争的时效性与低消耗特征要求部队必须有足够多的重型运输直升机,在尽可能短的时间内运送尽可能多的兵力,以期在敌火力完成部署之前形成足够的战斗力;同时必须能够在尽可能短的时间完成战时物资的输送,以便在不能实现“速战速决”的既定目标时,及时做好后勤补给,保证部队战斗力的持续有效。
当前世界,军用直升机拥有量最大的国家为美国,在役的海、陆、空三军直升机总装备架数为5600多架,其中重型运输直升机占20%,战术通用直升机占50.5%,其他专用武装型直升机占29.5%。
由此可以看出,美军用于运输的直升机占总装备量的70.5%,正是如此大的比例,使得美国在诸多战争中,能够快速向前推进、尤其是在对伊战争中,足够多的重型运输直升机确保了美军蛙跳式前进过程中有足够的兵力、物资补充。
与此相比,我军的直升机装备显然要弱得多。
虽然已装备有各类型的直升机,包括直9、黑鹰、米8、米17系列等,但是从规模与体系上,与美国等军事强国还有很大的差距。
这与我国人多地广的人文与地理特征极不相符。
我国目前军用直升机拥有量为484架,每万名军人仅2架左右,形成的战斗力十分有限,必须大力补充。
b.吨位级别有空缺未形成完整有效的“机动链”
我国目前已拥有13吨级的直8系列,4吨级的直9系列,2吨级的直11系列等3个不同吨位的直升机平台,改型机种有20多个。
但是现有直升机虽然可完成各自的使命任务,但是实现相互之间的协同作战并快速获得兵员、弹药、油料的物资的补充十分困难,其原因主要是由于在各机种之间缺乏一个纽带——重型运输直升机。
这就造成了各专用武装直升机只能以后方阵地为原点,在自己的作战半径能力范围内活动,而其原点的推进只能依靠地面部队的推进,起降环节增加;同时,为保证有足够的燃油返航,留空时间被压缩,因此降低了作战效率,如图5所示,在当前的作战方式下,当专用武装直升机实施了对地攻击后,地面部队并不能够及时推进到已实施空中打击的地方;在所期望的作战方式下,由于有重型运输直升机作为机动力量,阵地推进速度明显大于地面推进,可与专用武装直升机的空中打击同步向前推进,即能够缩短专用武装直升机返航航程,增加其作战留空时间,加大其对敌打击程度,又能够有效扩大战果。
为实现所期望的作战方式,必须及时将至少一个排或一个连的兵力快速运输到专用武装直升机在空中打击中取得成果的地区,同时,运送足够的弹药与大型地面军械。
而目前所装备的中、轻型运输直升机难于胜任,因此,必须加快重型运输直升机的研制,形成完整的空中打击与地面同步推进的“机动链”。
图5作战方式转变设想图
c.国产化程度低未能形成坚实的技术后盾
我国目前军用直升机拥有量不足500架,其中国产直升机数量不到一半。
这使得直升机的使用、维护以及战斗力容易受到国际形势的制约,一旦国际形势风云变幻、外交事务风吹草动,就会对直升机战斗力保障产生影响与威胁。
比如,目前我国军队所装备的运输用直升机为黑鹰、米-8、米-17系列直升机,虽然经过多年使用,部队已经对其技术问题有所了解,但是依旧在很大程度上依靠国外的技术支持以及备件支持。
而随着中国国力的强大、“中国威胁论”的散布,世界各国、尤其是美、英、法等国对中国的军用技术加强了封锁,对销往中国的军用直升机备件供应与后续技术支持都采取了不积极的态度,使得中国所装备的直升机使用率低下,甚至在备件使用方面,陷入“拆东墙补西墙”窘境,这对于我国直升机的战斗力是一个极大的威胁,一旦发生战事,这种威胁就会直接关乎国家与民族的存亡。
综上所述,通过购买国外直升机只能解决短期急需,并不能解决长期发展需要,因此,我国必须尽快发展具有自主知识产权的、高效的重型运输直升机装备,以满足我国国民经济建设和国防建设的需要。
四、走中俄合作,发展我国重型直升机
近十年来,国家加大了直升机工业的投入,使直升机设计、试验、制造手段和能力明显提升,基本形成了产业化发展的工业体系,但直升机总体综合设计、旋翼、动力、传动等核心技术方面,完全自主研发的经验积累和技术储备不足,难以适应重型直升机研发需要,因此,走国际合作是一条快捷、有效的途径。
俄罗斯是世界直升机工业强国之一,其自主开发直升机的能力和产品的特点令世界瞩目,尤其是总体综合设计技术处于世界前列。
俄罗斯重型直升机的研制,起步早、机种多,拥有比较成熟的技术,如米6、米26、雅克24、卡22等。
我国与俄罗斯已发展为战略合作伙伴关系,建立了中俄总理定期会晤机制,并设立了中俄民用航空合作分委会渠道,为中俄直升机合作提供了良好的政治环境和高效、稳定的途径。
在二十世纪九十年代,我国与俄罗斯就谋型直升机总体方案进行过成功的合作,建立了良好的合作关系,为后续合作积累了经验,打下了坚实的基础。
因此,我们必须抓住目前直升机发展的有利时机,开展重型直升机中俄合作,联合开展市场分析、使用要求分析、技术方案论证等工作,进而全面开展重型直升机合作研制。
通过重型直升机合作,得到在国民经济建设、国防建设以及应对突发事件中具有重要作用的新型重型直升机产品,同时逐步解决总体综合优化设计、旋翼桨叶防/除冰、大功率涡轴发动机及传动系统设计等关键技术,进一步满足用户需求,增强产业实力,提高技术水平,缩小与世界先进水平的差距,加速我国直升机产业发展。
参考文献
[1]倪先平《直升机手册》
[2]文裕武、温清澄《现代直升机应用及发展》
[3]JanesHelicopterMarketsandSystemsISSUE24-2007
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