旋翼通鑑|隱身黑鷹直升機項目——於抓捕本拉登行動三十年前啟動

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作者:丁尹 出品:旋翼飛行器

弁言

2011年5月某夜,沒有月光,山河昏暗。美軍最精銳的特種作戰部隊——海豹突擊隊——搭乘兩架(一說4架,其中了兩架執行突襲任務,兩架備用)經過特殊改造的MH-60黑鷹直升機前往奧薩馬·本·拉登的三層豪宅上空。兩架黑鷹直升機通過“貼地低空飛行”的方式進入巴基斯坦,竟然絲毫未被駐守在巴基斯坦邊境的部隊所發覺。之後,兩架黑鷹直升機憑藉著自身神乎奇蹟的隱身技術,並通過丘陵山地的掩護躲過了巴基斯坦軍方所部署的雷達監控網。

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​圖——美軍突擊隊乘坐黑鷹直升機的行進路徑

一個半小時之後,海豹特種作戰部隊的突擊士兵們抵達阿伯塔巴德上空,準備按照計劃進行鉗形攻堅行動。然而,當一架黑鷹直升機在上空徘徊時,由於當時氣溫過高,形成“高溫高壓”環境,本·拉登住宅的高大圍牆阻擋了旋翼下洗流的擴散,使得該黑鷹瀕臨“渦環狀態”,最後該機機身失控,尾槳不慎撞擊到高高圍牆上,最終機身撞入地面,一頭栽進圍牆邊的土地裡。

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圖——本·拉登的三層豪宅示意圖

這番事故最後成就了那張赫赫有名的“隱身直升機證據圖”(如下),不過該架直升機大部分都被突擊隊炸燬,只剩下圖中尾部這一截,其作用更多是用來證明:參與這次行動的確實是一架黑鷹直升機,而且是一架隱身黑鷹直升機。

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圖——參與抓捕本·拉登行動的隱身黑鷹直升機的尾部

儘管在抓捕本·拉登的行動結束之後,美軍海豹突擊隊員很快通過引爆直升機的方式摧毀了該機上的敏感設備,但是該機的一系列殘骸(包括尾部結構)都未被破壞。巴基斯坦第一時間將這些殘骸遮擋起來,並對整棟建築進行封鎖,但是仍有一些新聞機構通過某些手段獲得了相關照片。這些照片證明了幾個重要事實:

  • 這是一架經過改裝的黑鷹直升機;
  • 在固定翼飛機上實現的隱身技術如今也被實際應用到了直升機上,這可謂是隱身直升機的第一例實戰;
  • 即便大部分機體和機載設備都被炸燬,餘下的尾部結構和其專用於吸收雷達波長的特殊塗料(這是重點)也都相當珍貴。

這架隱身黑鷹直升機在短時間內吸引了全世界的目光,很多人都將該機拿來和美軍曾經投入巨資但卻最終取消的“科曼奇隱身直升機”項目作對比,甚至有些人直接否認這是一架黑鷹,而言之鑿鑿它是一架科曼奇直升機,不過“航空週刊”曾在第一時間指出從該機殘骸中判讀出來的直升機序號與一架2009年製造的MH-60直升機一致。事實上,儘管科曼奇確實是世界上隱身直升機的集大成者,但是黑鷹直升機隱身改進工作的構想和研究要比他更早,在美國陸軍研究和技術實驗室1978年的報告中,就概述瞭如何將黑鷹直升機變成隱身直升機的整體構想,儘管當時的工業製造技術還達不到報告中要求的水準,但是到了抓捕本·拉登行動的前幾年,一切都已成為可能了。

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可以說,隱身黑鷹直升機不是突然就冒出來的,在隱身技術革命方興未之時,美國陸軍就已經開始考慮如何將一架黑鷹直升機變成隱身黑鷹了,這期間所經歷的從理論到實際,從不可能到可能的漫長征途,有太多值得我們學習的地方,本文就將介紹美國陸軍這一傑出的構想,與諸君共賞


黑鷹直升機的隱身構想

西科斯基公司為美國陸軍研究和技術實驗室編寫的1978年的報告標題是“低雷達散射截面(LRCS)機身配置的結構概念和空氣動力學分析”。這題目聽起來就像是一篇無聊透頂、乏味至極且又普普通通的學術派研究,但是事實上,在這份長達139頁的報告中,西科斯基公司非常詳細地介紹了它們如何將其新型UH-60黑鷹直升機打造成一架隱身直升機。

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這份報告中提出了三種不同的配置方案,每種配置都針對基礎版本的UH-60黑鷹直升機進行了不同程度的修改,並根據直升機的重量、性能、雷達截面、成本、生存能力、風險和可維護性進行了不同設計的評估。對每種配置,該報告還進行了兩種衍生型號的研究,其中一種使用傳統的材料製造,另一種而使用先進的複合材料製造。

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所有的隱身技術本身都是來自美國陸軍的應用技術實驗室的,西科斯基同時表示,該報告所進行的研究工作仍然還只是“有限目的的研究”,因此對於尾槳的改造工作暫不涉及。

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三種配置介紹

報告表示總共開發了三項低雷達界面機身配置,第一種略微修改了基準黑鷹配置的鼻頭部分;第二種配置時沿著截頭三稜柱的邊線修改了機身的外形;第三種配置是將機身側面改成擴展的傾斜平面。至於尾部結構、安定面以及主旋翼的整流罩則都保持與基礎的UH-60A型黑鷹直升機一致。

# 配置一

該配置改變了機艙中部前方的機身外形,但內部結構改變不大,對於這種配置,機身總長度略有增加。

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# 配置二

該配置機身的橫截面基本上是梯形的,其側面向內傾斜30°並由平坦的外部結構構成。這種配置的機身底部較寬,機身頂部較窄。對於這種配置,機身長度和高度都略有增大。

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# 配置三

該配置的機身橫截面側面基本就是平直的,其側面向內傾斜50°並從駕駛艙開始保持線性增寬。

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採用傳統材料和先進複合材料的區別

報告後續對每種配置採用傳統材料和先進複合材料的區別進行了介紹和評估。其關注的重點就是使用不同材料在成本、風險和性能方面的差異。儘管在當時,人們對於複合材料在安全性和耐久性方面存在不同程度的擔憂,但是該報告得出的結論卻表明採用石墨板和其他非傳統的複合材料在實現該機的低可探測性方面(也就是隱身能力)是很有必要的。

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圖——應用先進材料之後的配置二

隱身化對性能所產生的影響

這一部分可以說是全文中最有意思的部分了,這部分論述了採用隱身配置之後會對基礎版本的UH-60A黑鷹直升機的性能產生什麼樣的影響。可以說,這一部分的內容幾乎已經預言了33年之後的抓捕本·拉登行動中將會出現的墜機事件。報告中涉及的一系列數據我就不一一列舉了,結論就是:對UH-60A基礎版本的黑鷹直升機所進行的隱身化設計越精細,直升機的整體阻力就會越大,其總體性能,尤其是穩定性,就會越差。

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這大體上與當年突襲本·拉登的兩架直升機的描述是一致的,它們的飛行速度沒有常規的黑鷹直升機快,並且穩定性也不容樂觀,甚至為了保證其穩定性,該機上所配備的裝備和物資要以“盎司”來計算。突襲行動的後續消息也表明當時的隱身黑鷹直升機的反雷達偵測設備和塗裝增大了直升機重量,使它們比常規直升機更難以操縱,飛行員的壓力也很大。

訓練和實戰的差異

目前尚不能確認的是美國特種作戰部隊那些未經過隱身改裝的MH-47G和MH-60M特種作戰直升機會不會如同那架墜落的隱身黑鷹一樣出現那類事故。據稱,其實早在突襲行動之前,美軍已經搭建過模擬的本·拉登住宅,並進行過突襲的演練,但是有所不同的是,在演練中,本·拉登住宅的圍牆採用了高高的鐵絲網而不是混凝土。

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圖——美國特種作戰部隊的MH-47G直升機

黑鷹直升機旋翼的強大下洗流能夠穿過鐵絲網,卻無法穿透混凝土高牆,受到阻滯的下洗流將會捲起形成渦流,反饋到旋翼周圍,一旦向上的反饋渦流速度接近旋翼入流的速度,那麼旋翼將瀕臨渦環狀態,直升機將失去控制。

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圖——直升機渦環狀態

還有一點值得注意的是,本文所述的報告中針對性改裝的黑鷹直升機仍然是傳統的4葉、無整流罩尾槳佈局。但是從隱身黑鷹墜毀的圖片就可以看出,隱身黑鷹的尾槳不僅僅加裝了整流罩,而且槳葉片數也改成了5片複合材料槳葉。這些改動可能進一步提升了該機的隱形性能,但這也意味著它的性能也受到了進一步的影響。

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隱身黑鷹想必常規黑鷹還配備了更大、更寬的、流線型的尾部安定面,它通過前掠式設計也能降低該機的雷達反射信號。而美國陸軍1978年的研究報告也提到了一副更大的尾部安定面對於保持隱身配置的飛行穩定性是非常有必要的,因此看到隱身黑鷹上配備了這種特殊的設計也從某個方面驗證了該報告確實在隱身黑鷹的發展中起到了重要的作用。


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時間回到1978年,儘管低可偵測性飛行器的研究已經有些時日,但是隱身技術的發展尚且還處於起步階段。在隱身黑鷹研究報告發布的前一年,臭鼬工廠的“Have Blue”驗證機完成了首飛,該機最終誕生了F-117 夜鷹。再往前追溯,4年之前,也就是1974年,美國對於隱身戰鬥機的想法也才剛剛成形。如今很難想象隱身黑鷹直升機的研究和發展竟然是如此超前,甚至於當時黑鷹直升機的Alpha型號——UH-60A——還未正式入役。

所以說無論美國如今的隱身直升機技術已經發展到多高的程度咱們都大可不必太驚訝,畢竟他們早在41年以前就已經開始了這一項技術的研究。不積跬步無以至千里,量的積累始終是質變的前奏曲,願與諸君共勉。

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