资源描述
A400M运输机
A400M运输机是空中客车军事公司(AMC)正在为8个欧洲国家(比利时、法国、德国、意大利、葡萄牙、西班牙、土耳其和英国)空军研制的远程战术运输机,用于在21世纪取代的日益老化的C-130和C-160运输机。
新老C-130同台,最新的C-130J(降落中)与老式的C-130差不多有了专门大的变化
进展过程
空中客车军事公司于1995年6月14日宣布成立,其业务是为欧洲各国空军开发和生产下一代军用运输机。早在20世纪80年代初,欧洲军方和航空工业界就开始研究用何种飞机替代差不多陈旧的C-160(装备法国、德
C-160
国和土耳其空军)和C-130(装备英国、法国、意大利、比利时和土耳其空军)
战术运输机的问题。通过多年对各空军提出的要求的研究,1991年6月17日欧洲5大飞机制造公司,即法国宇航公司、英国宇航公司、德国空中客车公司、意大利阿莱尼亚公司及西班牙航空制造公司联合成立了共担风险的欧洲以后大型飞机集团,负责开发、生产和销售一种运输能力和性能均高于C-130的装4台涡轮风扇发动机(后改为涡轮螺桨发动机)的大型运输机,并命名为A400M运输机。
A400M的可行性研究始于1993年10月,1995年5月完成,1996年开始预研制,定义了一套全面的规范。1998年进入全面研制和生产时期,1999年2月A400M方案正式提交。2000年7月在英国范保罗航展上,欧洲7国和土耳其联合发表声明,表示要采购225架A400M,其中比利时7架、法国50架、德国73架、意大利16架、卢森堡1架、西班牙27架、土耳其26架、英国25架。2001年6月在法国巴黎航展,8国正式签署采购备忘录,但采购数量减少为196架。2002年7月,除德国外,其余7国都已宣布正式启动A400M项目。
2003年5月27日,欧洲防备采购局(OCCAR)为七个FLA项目启动国与空客军用飞机公司在德国波恩正式签署180架A400M军用运输机的采购合同,单价8000万欧元(以当时汇率约价值8500万美元),总价值达200亿欧元,这是欧洲有史以来最大的军事订单之一。依照合同,各国采购数量为德国60架,法国50架,西班牙27架,英国25架,土耳其10架,比利时7架,卢森堡1架。这一合同的签署标志着从“以后国际军用运输机”(FIMA)一直到“以后大型飞机”(FLA),欧洲以后大型运输机在经历了长达21年的曲折坎坷之后,终于迎来了迟到的春天。
2005年1月初,A400M项目七个欧洲发起国的代表、政府官员和空客公司军机项目的高级主管们一起在空客德国公司的工厂举行庆祝仪式,见证了第一个下机身框架的加工,这标志着该项目开始进入要紧机身部件生产时期。该部件位于机身中段,长5.4米,从一块铝板加工出来。共有18个如此的隔框支撑地板和要紧机身结构。加工过程从一个两吨多重的原材料开始,最终完成的隔框重量只有25公斤。加工之后的废料将百分之百得到回收。
A400M的项目治理与过去军用运输机研发生产的治理模式不同,其研制与生产大量汲取过去在民用大型客机上各种成熟的实践体会。在A400M项目的研发生产治理中,最大的特点是首创性地采纳了“边设计边制造”和“首架即为量产型”的模式。而在2005年1月开始制造的首个下机身框架即是“先设计完成先制造”的首个部件,当时还有专门多其他部件的设计并未完成,只在具体设计完成后再连续投入生产。这充分表达了空客在CAO/CAM运算机辅助设计与制造的先进水平和精深的加工工艺水准。依照研制打算,A400M第一架飞机即是量产型,在首飞后18个月直截了当交付给客户,这在大型飞机的研制史上依旧首次。过去,世界各国在研制新机时往往差不多上先制造数架原型机作为测试之用,待完善之后才正式投产通过改进的量产型。如此尽管稳当,但不管是在研制成本依旧研发周期上都耗费颇多。空客公司依靠几十年来在民用大型客机方面所积淀的深厚功底,在A400M项目上大胆采纳不制造原型机,首架飞机即为生产型的模式,尽管风险专门高,但也为空客省出大量的研发成本和时刻。
按打算分工,法国玛特拉宇航公司将研制A400M的玻璃座舱和飞控系统,生产机冀的中心冀盒、机身的机头段和发动机短舱;英国宇航公司负责机冀的外翼盒,德国戴姆勒-克莱斯勒宇航公司负责中机身后段和垂直安定面;西班牙飞机公司承担总装。另外,意大利阿利塔莱娅公司负责后机身和货运系统,比利时弗莱贝尔集团生产机翼前缘和襟冀,土耳其宇航工业公司制造中机身前段和起落架舱、舱门和升降舵。
除了欧洲国家参与A400M项目,空客公司还积极争取欧洲以外的国家也加入到该项目中来。2005年4月,南非政府与空客签署加入A400M运输机研制与制造项目的意向书,成为首个A400M项目的非欧洲参与国。作为A400M项目合作伙伴,南非丹尼尔航空公司负责机身上部壳体和碳素复合材料机翼-机身整流蒙皮的制造,由南非制造的第一组机身上部壳体(机身顶部部分蒙皮)于2006年6月8日开始交付。南非空军打算采购8~14架,交付时刻为2010~2020年,价值8.37亿欧元。同年,马来西亚和智利也宣布购买A400M,分别签订4架和3架的采购合同。
设计特点
总体布局和结构 采纳上单翼,T型尾翼,与C-130/160相比,增大了
A400M,比C-130丰满多了
机舱地板面积,增加了商载和航程。外翼下方有4个武器挂架,垂尾翼尖装有预警保证措施短舱,增大了机头天线罩,增设了附加油箱。采纳先进设计和制造技术,更大程度地减少飞机修理成本、增大飞机的可用性和生存性。
起落架 液压可收放前三点式。前起落架为双轮,主起落架左右各有三对纵列机轮,主起落架向内收入整流罩内。在卸载庞大型物资时,主起落架机轮能够“下跪”,使机身倾斜,宜于卸载。可在未铺设跑道上起降。
动力装置 共装4台涡桨发动机,选用由英国罗罗公司、德国MTU公司和法国斯奈克玛公司为主的6家欧洲公司集团正在研制的TP400涡桨发
动机。该发动机是在“阵风”斗争机的M88涡扇发动机的基础上研制的,最大功率可达1~1.3万马力。
它的主动力系统采纳3轴TP400-D6涡轮发动机,是西方最大的涡轮螺旋桨发动机。这种发动机系统由4台涡轮螺旋桨发动机和8片桨叶的螺旋桨组成。 A400M“大力神”运输机因此将成为有史以来西方建筑的最大的涡轮螺旋桨飞机。它的动力系统具有换向能力,既能在满载荷情形下使飞机沿2%的斜坡后退,又能在作战前线或天灾地区的简单小型机场上灵活使用。它通过在燃油系统中添入阻燃防爆的惰性气体的途径来提高飞机的生存能力。它拥有高悬浮起落装置,能够在短距离内完成起飞和降落。它以0.68倍音速的速度巡航最大航程可达8000公里,比美国的C-130J“大力神”运输机高出3倍。
座舱 双人制驾驶舱,但需要时,可另配备第三个机组人员的工作台,
充分引入商用标准设计的座舱先进且舒服
装卸长的工作台位于货舱内。机舱内可运载士兵或GTK/VBM装甲运输车;
可载“超美洲豹”直升机或两台“虎”直升机;可载9个货盘,或2个ISO集装箱。
系统 与空客飞机相似的飞行操纵系统。A400M运输机采纳四余度数字式电传飞控系统,使其在整个飞行包线内具有反应迅速、操纵灵活的特点。在作战空域中进行紧张的机动飞行时,电传飞控系统可防止飞机超出最大承诺飞行速度、过载极限或失速迎角,从而减轻了驾驶员的工作负担,实现“无担忧操纵”,即使在危险区域作3048米/钟的大角度急剧机动下降
先进的飞行姿势操纵系统使A400M具有一流的低空操纵性,足以胜任低空重载空投
时也能够操纵得更加安全。为了操纵研制成本,该机所采纳的电传飞控系统在空客公司民用A系列客机的基础上移植开发而来。另外,A400M运输机还配置了一套先进的自动飞行系统(AFS),与飞机的导航和操纵系统相连接。该系统的核心是两台飞行治理导引和包线运算机(FMGEC),这两台运算机接收来自所有导航传感器、飞行和发动机操纵系统以及专门的军事任务治理运算机(M-MMC)的信息,能依照输入的任务参数自动规划出最佳飞行航线等引导信息,并在巡航飞行、重型物资空投、超低空飞行和超低空空投等对飞行姿势操纵有专门高要求时提供高度精确操纵的自动驾驶功能。
机载设备 高频、超高频/甚高频电台,卫星通信设备,语音治理系统,具有地势测绘功能的AN/APN-241气象雷达。惯性制导平台,伏尔、DME、塔康,ILS/MLS/GPS接收机,雷达高度表,近地告警系统,可选装地势参照导航系统。5部彩色多功能显示器和2部平显,2套多功能操纵/显示单元。保密战术无线电,可选装MIDS数据链路。模块化防备辅助子系统,可选组件包括:中央运算机、雷达告警接收机、导弹靠近告警接收机、激光告警接收机、箔条/曳光弹发射器、红外干扰机、以及拖曳式雷达诱饵等。
技术数据
外形尺寸
机长 42.00m
机高 14.50m
翼展 41.40m
机翼面积 221.50m2
螺旋桨直径 5.18m
主轮距 6.20m
前后轮距 13.60m 内部尺寸
货舱
长度(含装卸跳板) 22.65m
长度(不含装卸跳板) 17.25m
高度 3.85m
地板宽度 4.00m
容积(含装卸跳板) 347.0m3
容积(不含装卸跳板) 265.0m3
重量及载荷
使用空重 66500kg
最大商载(正常) 25000kg
最大商载(超载) 32000kg
最大起飞重量 130000kg
最大着陆重量 114000kg
最大零燃油重量 103500kg
性能数据(估量值)
最大巡航马赫数 0.72
标准巡航马赫数 0.68
空投速度 241~370km/h
起飞场长(最大起飞重量) 1250m
着陆场长(25000kg商载) 550m
航程(25000kg商载,执行战术任务) 4500km
航程(32000kg商载,执行战略任务) 5037km
空载转场航程 9445km
技术解析
为了满足欧洲各国对A400M军用运输机提出的一系列要求,设计人员不仅对总体布局、货舱结构和装卸系统等方面进行了精心设计,前瞻性地采纳“宽体化”设计,增加了货舱容积和装载效能,并改善了结构牢固性、任务适应性和短距起落性能,还采纳了空客民用客机的电传操纵系统和驾驶舱设计。
总体布局 A400M采纳悬臂式上单冀和T形尾翼式的常规气动布局,机冀采纳超临界翼型设计,后掠角为18°机翼下装有4台功率达11000轴马力的TP400-D6涡轮螺旋桨发动机,这是西方目前功率最大的涡轮螺旋桨发动机。每侧机翼的两副螺旋桨旋转方向相反,既能够抵消螺旋桨转动产生的扭矩,又改善了螺旋桨滑流对机翼升力分布的阻碍,增加了机翼升力系数。凭借优秀的气动设计和功率强大的发动机,A400M的巡航速度高达0.68~0.72马赫,与装用涡扇发动机的大型运输机相比也不遑多让。为了适应在野战机场起降,A400M采纳承载力强的多轮式前三点起落架。前起落架为并列双轮,主起落架为串列式6轮,左右共12个轮子,宽达6.2米的主轮距和低压轮胎有利于飞机在前沿野战简易跑道上起降和转向。
货舱 军用运输机的最要紧用途确实是执行空运任务,投送运载各种军事装备和人员。从那个意义上来说,军用运输机确实是围绕着货舱来进行设计的。为满足欧洲各国针对可装运大型武器装备这一“重点要求”,A400M的机身/货舱结构设计与C-130、安-12等传统的战术运输机有专门大不同。过去受材料和设计制造水平所限,军用运输机的机身/货舱横截面形状一样多以圆形为主,尽管在设计和制造工艺上难度较低,但货舱内空间的利用率不高,专门是在装载大尺寸物资时货舱的两侧白费空间专门多。稍后面世的一些大型运输机为了提高运送兵员的效能,进行机身/货舱结构设计时在圆型机身横截面的基础上作以改良,派生出双泡形。如此就可设计成双层货舱地板,或是能够加装一层地板隔为双层舱。如伊尔-76的货舱尺寸是20米×3.45米×3.4米(长×宽×高),单层货舱时可运载145名全副武装的士兵,或125名伞兵。当加装双层舱板后可运载225名全副武装的士兵,上层乘载80人,下层乘载145人。而以运载大型装备为要紧任务目的的C-5A“银河”战略运输机和安-124战略运输机,针对重型装备装载问题在设计上作了进一步“变通”,机身横截面设计成上面窄下面宽、底部扁平的“梨型”,如此能够降低货舱地板高度、增加货舱宽度,以便于大尺寸重型装备的装卸。从最初的圆型到后来的双泡型和梨型,尽管各国的设计师不断进行设计优化,但始终差不多上基于对圆型机身横截面进行改良,货舱空间利用率不高的问题仍未能得到全然解决。
货舱尺寸按地板宽度要求设计以后,机身截面面积有较大的白费,在阻力上需要付出可观的代价,重量上余外尺寸部分尽管是死重,然而在当时的条件下比针对应力集中的加强依旧相对能够同意。而A400M的货舱横截面形状与以往的各种战术运输机不同,其机身结构通过运算机仿真模拟分析后,设计为顶部圆型,两侧微弧而圆角过渡到平直底边的横截面形状,货舱则为四角修圆的近似方型横截面形状。如此可在最小机身尺寸/结构重量的前提下,尽可能地加宽和加高货舱横截面尺寸,以获得最大的货舱空间利用率和大型装备装载能力。采纳较方横截面形状设计的另一大好处,确实是因为机身底部扁平,因此货舱地板离地高度能够大幅度降低。在装卸小件散货时,放平尾部大货舱门兼货桥,就正好能够与运送物资的卡车对接,直截了当利用货桥和货舱地板上的传送带、滚棒和机内吊运装置更快速的完成装卸。而在装卸大型车辆时,因为货舱地板离地高度低,再加上主起落架具有“下蹲”功能,能够进一步降低货舱地板高度,因此货桥放下后的坡度就专门小,这关于大件物资的装卸专门有利。
尽管将机身设计成近似于方型横截面形状能在货舱空间利用率上获得最大化的益处,然而其也存在一个严峻的问题―机身应力都集中在底部两侧的角上,这在结构强度设计上是个专门大的难题。空客设计师们针对这一难题,在机身载荷较大的部位采纳高强度钛合金来设计加工零部件,并利用运算机仿真模拟分析,对两个角修圆以减轻应力集中,针对应力传递方向优化设计加强结构。通过优化设计的A400M具有不低于30000小时的服役寿命,在装载37吨物资时过载限制为2.25g,在装载31.5吨物资时过载可达2.5g,并有专门高的结构损害容限。
A400M的货舱长度为23.2米(含货桥),货舱高度为3.85米,货舱地板宽度为4米,货舱容积达356立方米,比C-130J的货舱容积还要高出两倍。A400M的“宽体化”货舱甚至比C-141运输机的货舱宽度和高度还要大得多,同时机翼的中央翼盒躲开了货舱,从机身上部穿过,可不能占用货舱内部高度。为便于大型装备的装卸和空投,A400M的尾部明显上翘,并采纳两扇货舱门,前货舱门放下后作为装卸货桥。货桥长5.4米、宽4米,可在货桥上堆放6吨重的物资,后货舱门向内向上打开。在侧舷突出部的后端装有两个液压操纵的支撑设备,以防止装运重型物资时飞机“后翻”。除机尾的大货舱门外,A400M机身上另有四个门,每侧两个。前机身两个门左边是机组乘员登机门,右边是应急出口,机翼后的两个侧门可用于空降伞兵。在驾驶舱和货舱的顶部还布置了3个应急出口,并可作为通往机翼上翼面的检修通道。
“宽体化”的货舱设计使A400M的装载能力专门杰出,依照不同的任务需要,货舱内部只需要一人就能在专门短时刻内就完成改装,安排最佳的物资装运固定方案。在运载大型装备时,货舱内能够前后串列安放2架“阿帕奇”或1架“超美洲豹”直升机,装运装甲车辆等装备时能够装运1门M109A6自行榴弹炮或装运3辆M113装甲输送车;运送兵员时可乘载120名全副武装的士兵或伞兵,现在座椅为四排纵向排列,靠货舱壁的两排座椅通过绞链安装在舱壁上同时能够折叠收起来,中间的两排座椅可完全拆除;装运集装箱时可运载9个2.235×2.743米的标准集装箱,或以货盘在中间、人员靠舱壁乘坐的布局混合装运9个货盘和57名兵员。在执行战场抢救任务时,该机可同时运送66副担架和10名医务人员。此外,机上还留了一块地点作为专门医务处理用的幕帘区,可作为机上临时手术间。在货舱内,除设有一个固定的洗手池外,还设有两个固定的遮挡式小便池,可谓是“人性化”方面考虑得专门周到。
在A400M货舱地板上布置有系留环、导轨和滚棒系统等机内自装卸设备,这些设备一直延伸到尾门货桥上,在不需要时能够把滚棒/系留环系统隐藏在货舱地板下,并可选装用于3.175米宽民用标准货盘的滚棒/系留环系统;在货舱的前端,飞机中线地板下的位置配有一台重型绞盘,用于牵引重型物资的装载。专门值得一提的是,在A400M机身后部装有一台最大起吊重量为5吨的起重机,其滑轨一直延伸到尾货舱外机尾处,能够直截了当从地面或从各种高度的卡车内吊装所有军用货盘和散装物资,货运员利用一个手持式遥控装置即可操纵这台重机。目前,只有A400M才具备这种不依靠外部保证机械设备既可装运货舱外物资的能力。
为了提高装运效能,A400M配备一有“自主式货舱操作系统”。该系统具有专门高的自动化程度,能够精确测量出飞机在装卸载荷时所引起的重心变化,在地面装卸时期就自动运算并在货运职员作站的显示器上标出最佳装载位置。“自主式货舱操作系统”与货舱内装卸系统相结合,在完全无机场保证设备的前提下只由一名货运员就能高效完成所有物资的装卸,而无须地面人员协助。在世界各国所有型号的运输机中,只有A400M和美国C-17才配备有这种高度自动化的货舱载荷治理系统。
机翼/尾翼 在A400M运输机上,复合材料占结构重量的比例达35%~40%,专门是机翼,碳纤维复合材料占机翼结构重量比例高达85%,开创了使用复合材料为要紧材料制造大型运输机机翼的先例。采纳碳纤维制造的机翼,重量是同等强度铝合金机冀的75%至80%,同时可不能产生金属疲劳,先进复合材料的广泛应用关于减轻结构重量相当有利。在A400M的复合材料设计和制造中,广泛采纳了运算机辅助设计软件,如土耳其航空航天工业公司就使用美国维斯特吉公司的Fiber SIM软件来进行设计。土耳其航空肮天工业公司作为空客A400M项日的签约合作方,在CATIAV 5CAD模拟环境中利用该软件为A400M运输机设计了副翼及扰流片等气动操纵面。
A400M的机翼除前缘、前后缘支承结构及铰链采纳铝合金外,其气动舵面、机冀蒙皮、桁条以及中央翼盒与外城盒接头的某些部件也均为复合材料。但为了确保强度安全,A400M机翼与机身的接头采纳钛合金制造并用螺栓以双钩环固定,以保证在断裂时有双余度保险。该机冀蒙皮与加强筋组成一体固定在碳纤维复合材料翼梁上,翼肋仍采纳铝合金制造。因为其要紧受压应力,现在用复合材料与用铝合金并无大的不同。除机翼外,A400M的尾部货舱门、起落架舱门、整流罩以及螺旋桨也采纳高强度复合材料来制造。目前,空客公司正在进行一项更为“大胆”的重要打算―研制全碳纤维复合材料机翼,并已制造出6.2米的翼盒验证件。
为了获得0.72马赫高速巡航飞行时的气动性能并兼顾好低速性能和操纵性,A400M的机翼并没有采纳以往战术运输机常用的平直机翼,而是设计了为适合高亚音速飞行的超临界翼形后掠机冀,机翼后掠15°,并有4°下反角。在A400M机翼的内部布置有7个油箱,总共可容纳640000升燃油;在每侧机翼上有一块外侧副翼、四块用于滚转操纵和减速的扰流片和两个双缝襟翼,这些气动舵面也均为复合材料制造。在外翼下方设有4个武器挂架,可用于挂装电子对抗吊舱或其他装备。
除大容量的机冀油箱外,A400M也能够通过固定在机头上方的受油管来进行空中加油。依照飞行任务的性质不同,这根受油管能够专门方便地拆下或重新安装。值得一提的是,A400M飞行速度从最小的240公里/时到0.72马赫的最大巡航速度,所覆盖的飞行速度范畴专门大,因此改装为空中加油机后既能够为直升机进行空中加油,又能够为斗争机进行空中加油。目前除该机和安-70外,其他任何一种运输机改装为加油机后都做不到这一点。与C-130、伊尔-76等运输机改装成加油机就必须回厂大改不同,A400M只需要利用简单的外场工具,在两个小时内就能够把两个软管加油吊舱装配到机翼的多功能连接点上,并在货舱内装上一套中轴线货盘固定式软管加油装置。为了加大供油量,还能够在货舱内加装一个容量为13吨的附加油箱。
A400M运输机尾翼为高置丁型尾翼布局。由于A400M的发动机采纳翼下吊挂安装,后机身的气流受到螺旋桨或其他结构的干扰,假如尾翼采纳常规布局则无法满足对平尾结构气动效率的要求。而采纳T型尾翼,水平尾翼处于机翼气流波动范畴之外,高平尾在飞行状态时受机翼下洗流的阻碍最小,动压缺失也最小,垂尾展弦比和根梢比也比较小,大大改善了水平尾翼的气动效率。另外,因为水平尾翼高置于垂直尾翼梢部,既可起到垂直尾翼端板的作用,减少垂直尾翼面积,又因为垂直尾翼的后掠可使水平尾翼获得较长的力臂,降低平尾面积。如此既降低了阻力,又减轻了结构重量,还能减少在地面装卸大型物资和装甲车辆时平尾被碰伤,或螺旋桨刮起的地面异物对水平尾翼造成损坏的可能性。
与常规布局相比,高置丁型尾翼结构设计有其明显优势,然而其力臂较长,因此要求垂尾结构具有较大的扭转刚度。为了保证足够的结构刚度,A400M的T型尾翼设计为加强结构,并大量采纳复合材料,碳纤维复合材料占结构重量比例高达97%~98%。垂尾要紧由一个三粱主盒段、一个可拆卸的前缘、后缘隔板和一块方向舵组成,垂直尾翼的根部与后机身上一个机械加工的平直翼面连接。除了垂尾前缘和铰链,所有这些结构部件要紧由复合材料制造。垂尾前缘是金属/复合材料的复合型部件,可改善抗冲击和防腐蚀性能,在垂尾翼尖装有预警保证措施短舱。方向舵是带铝合金铰链连接肋的碳纤维加强型结构,由两台液压伺服作动筒和一台电动马达驱动。A400M的垂尾面积较大,有着专门不错的航向稳固性。水平尾翼为铝合金中央结构翼盒和两个复合材料的外侧盒段结构,中央盒段为水平尾翼与垂直安定面的连接提供安装固定结构。水平尾翼两侧各有一块升降舵,其主结构也采纳了碳纤维复合材料。
发动机 在A400M发动机选型的最初时期,有多家发动机厂商向空客军用飞机公司送交标书,其中有斯奈克玛、MTU和菲亚特联合研制的以M88-2发动机为基础进展而来的M138涡轮螺旋桨发动机;BMW和罗尔斯·罗伊斯以BR-715为基础进展而来的涡桨发动机;加拿大普拉特·惠特尼公司以PW800涡扇发动机为基础进展而来的PW180涡轮螺旋桨发动机。
从发动机需要的数量来看,仅由发起国订购的180架A400M就需要750多台发动机,按空客公司的市场分析,其销售量远不止于此,实际上发动机的总需求量要大得多,那个大订单谁看着都眼馋。面对来自全球最闻名的发动机厂商之——普拉特·惠特尼的竞争压力,2000年9月,斯奈克玛、罗尔斯·罗伊斯、MTU和菲亚特四家公司签署了合作协议,充分利用各自参加竞争的发动机方案和现有技术,共同出资组建欧洲国际涡轮螺桨发动机股份(EPI),推出为A400M运输机新设计的TP400-D6涡轮螺旋桨发动机方案。斯奈克玛公司总裁兼总席执行官琼-保罗·贝查特公布发表声明,说这将是欧洲的发动机用于欧洲自己的飞机,他们专门难相信和同意A400M会装用非欧洲的发动机。普拉特,惠特尼也不甘示弱地表示,假如空客选用PW180的话,该发动机将以高度欧洲化的方式进行研制、生产和实施后勤保证,以示拿下这块“大蛋糕”的决心。2003年5月,空客军用飞机公司最终选择下TP400-D6作为A400M的发动机,罗尔斯·罗伊斯公司负责最后的总装。
TP400-D6为三轴设计,其输出功率高达11000轴马力,是迄今为止西方国家制造的功率最大涡桨发动机。它以法国“阵风”斗争机的M88-2发动机核心机为基础,采纳BR700-TP方案的进气口、三级低压涡轮和减速齿轮箱,瑞达700涡扇发动机缩小比例的五级低压压气机、中压涡轮等单元组合而成,并增加了一个中压压气机。总体来看,凭借斯奈克玛、罗尔斯·罗伊斯、MTU和菲亚特这四家公司在航空涡轮发动机领域雄厚的实力,TP400-D6采纳现有发动机各单元体来进行优化组合的设计是一种可行性专门高的方案,而且比最初供候选的M138发动机方案有更大的功率提升潜力、更高的燃油效率和更好的可靠性。
该发动机采纳双通道全权限数字式发动机操纵系统(FADEC),具备专门完善的发动机操纵与动力治理功能,具有自动功率/自动油门、自动和手动的启动程序、自动再点火、内置式测试等各种状态监测与爱护功能,以确保发动机能在各种恶劣条件下都能安全稳固的运行。在发动机进气道中配有加热除冰装置,进气道通过优化设计后,在最大限度地减少了气流畸变和压力缺失的同时,还保留了良好的颗粒分隔能力,这关于A400M运输机在未铺砌或仅通过简单平坦铺砌的前沿野战机场上起降尤为重要。发动机排气管采纳热辐射抑制设计,将排出的热气与发动机吊舱的冷却空气混合,可减少红外辐射以提高战场生存概率。
A400M的设计巡航速度为0.68~0.72马赫,是西方国家飞行速度最快的大型涡轮螺旋桨飞机。要达到这么快的飞行速度,一个专门大的难题确实是螺旋桨转速过高导致桨尖速度过快而专门容易失速,并会产生专门严峻的喘振和噪音。设计人员通过运算机模拟、风洞试验和飞行平台验证,从五种配置方案中选取最优化的桨叶叶型和螺旋桨直径,采纳又薄又宽、前缘尖锐并带有后掠的大曲领先进三维后掠桨叶叶型。从剖面来看,这种叶型近似于典型的超音速机翼的剖面形状,其高亚音速性能专门杰出,即使是在接近0.8马赫的最大飞行速度时仍有良好的推进效率,而现在的振动和噪音污染也完全符合以严格著称的欧洲适航认证标准。另外,设计人员从空气动力学角度对桨毅、发动机短舱和机翼进行一体化设计,使阻力和噪声达到最小。
A400M运输机所采纳的FH386型螺旋桨由法国拉蒂埃·菲雅克公司负责制造,为单件金属毂心、8片碳纤维复合材料叶片结构,螺旋桨直径5.18米,巡航飞行时桨尖速度为198米/秒,起飞时桨尖速度为228.6米/秒。FH386型螺旋桨的桨叶由碳纤维梁和复合材料外壳结构组成,桨叶表面覆盖了一层聚亚氨脂膜敷层以防腐蚀。桨叶前缘装有电加热除冰装置,前缘外表面还有一个镍制防护罩,以爱护桨叶可不能因外来物的撞击而受伤,并起到防腐蚀作用。
专门值得一提的是,在过去各型涡轮螺旋桨飞机中,螺旋桨和发动机的操纵系统各自差不多上独立的;而A400M将螺旋桨的操纵系统也综合到全权限数字式发动机操纵系统中,这在世界航空史上也是首次。该操纵系统能自动操纵桨叶的运行状态,使螺旋桨始终保持在一个恒定、最佳的效率速度,并具有过速爱护、喘振监测和复原、螺旋桨自动变距和自动顺桨功能。尽管这种大胆的设计可将发动机与螺旋桨的性能匹配发挥到最佳,但因为发动机操纵系统软件包含了对螺旋桨的操纵,其复杂程度甚至比A380发动机操纵系统还要高出数倍。涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机在工作特性上有着专门大不同,由于螺旋桨直径较大,转速比发动机涡轮低,还要有变距、反桨等操纵功能,因此发动机操纵系统和螺旋桨操纵系统在操纵率上完全不同。要想将这两个特性完全不同的操纵系统综合为一个整体发挥出最佳效能,其难度可想而知。
因为技术难度过大,欧洲国际涡轮螺桨发动机公司没能按预定进度完成发动机操纵系统的编写,结果原本定于2007年3月份将TP400-D6发动机装在C-130K空中试车台上开始进行的飞行测试被推迟。这一下就打乱了空客公司的进度安排,致使A400M的首飞日期被拖至2008年9月份,首架交付日期也将比打算推迟6个月,总延迟时刻可能高达12个月。飞机延迟交付拖得越长,A400M项目的研发成本也随之涨得越高,将会给空客公司带来专门严峻的预算超支问题。这次延误迫使欧洲国际涡轮螺桨发动机公司高层治理人员改组,总经理何赛·马森被炒了鱿鱼,罗尔斯·罗伊斯公司防务分部负责军品及直升机的主管尼克·杜伦接任倒霉的何赛·马森留下来的职务。直到A400M正式下线的前16天,TP400- D6发动机才装上C-130K飞行试验台上进行了首次地面运转测试。
尽管发动机操纵系统拖了进度的后腿,但从性能角度来看,A400M采纳涡轮螺旋桨发动机依旧受益良多。涡轮螺旋桨飞机在起降性能上“天生”就具有一定的优势:因为螺旋桨的高速滑流流过机翼上表面而产生的切洗作用,低速时可增大机翼升力,不必像涡扇运输机那样要设计动力增升装置:而在着陆时,涡桨发动机所具有的“反桨”能力可缩短着陆滑跑距离,也不需要设计发动机反推装置。凭借PT400-D6发动机强劲的功率和先进的气动设计,A400M的巡航速度几乎和涡扇运输机一样快。与涡扇运输机相比,在相同载荷情形下A400M的起飞重量要轻15%,油耗节约20%,起飞着陆性能却更杰出。A400M在标准国际大气压+15℃和914米海拔高度的条件下,以最大起飞重量起飞时起飞场长小于一公里,最大着陆重量时着益蓄陆场长小于600米,至在最大起飞重量时可在2%的坡度上向后倒退。A400M运送30吨重量物资时任务半径可达2450公里,从巴黎起飞可达欧洲全境以及非洲北部然后再返航;运送20吨物资时任务半径可达3550公里,从巴黎起飞可达中东、俄罗斯腹地以及非洲中部;在飞机空载的情形下,任务半径甚至可达4900公里远,相当于从德国法兰克福直飞中国乌鲁木齐然后再返航;作空载转场飞行时,航程高达9445公里,从巴黎起飞几乎能够达到世界上任何地点。完成上述飞行任务后,机上还有5%的剩余燃油。
为了能适应全球各地所有条件复杂的机场,A400M运输机的起落架设计为承载能力极强的多轮小车式前三点起落架。前起落架为并列双轮,主起落架则采纳了三减震支柱小车式起落架,每个大行程摇臂式减震支柱布置并列双轮,左右共12个机轮。与之相比,就确实是C-17如此“大伙儿伙”的主起落架也仅仅采纳了双减震,由此可见设计人员关于A400M在恶劣条件场地上起降能力的重视。主起落架上的刹车机构用了多达12个碳-碳刹车盘,这种刹车机构能作差动作动,协助飞机进行地面转弯。通过发动机差动反桨和主起落架的差动刹车,A400M运输机可在30米宽的跑道上作180°转向,并在60×60米的停机坪上运动而可不能碰撞到其他飞机或障碍物。A400M宽达6.2米的主轮间距及低压轮胎,使得它能够直截了当在道面条件“恶劣”的前沿野战机场起降,甚至可在仅通过简单平坦的硬土地面上起降。
驾驶舱/航电系统 得益于空客公司在大型民用客机设计体会上多年来的深厚积淀,A400M的驾驶舱和航电系统大量引用了空客A系列客机的先进技术和“人性化”设计概念。A400M驾驶舱为双层、双人制驾驶模式,内部空间设计得专门宽敞,机组乘员即使穿戴上“三防”防护服在驾驶舱内也可不能感受拥挤。上层舱为驾驶员驾驶舱,下层舱设有货运员座位,两层舱之间有楼梯相连。宽敞的上层驾驶舱内必要时还能够增加一名机组乘员,负责复杂战术任务时特定任务的操作,并为第四名机组乘员预留了空间。A400M驾驶舱的风挡也作了专门设计优化,拥有目前军用运输机中最宽广的视野。驾驶员透过风挡能看到所有4个螺旋桨和两侧翼尖,在急剧下降过程中有专门杰出的向下和向前的视野,而且在地面机动过程中也大大提高了操作效率和安全性。空客公司是设计制造民航客机“出身”,关于如何才能使乘员在长途飞行时更舒服这方面颇有心得,在A400M的设计上充分表达了这点:除了在驾驶舱的后部设置有厨房设备和为长途飞行时驾驶员休息用的铺位外,空客的设计人员甚至还在下部舱内货运员位置的边上配置了两个男女性都适用的商用标准厕所,真可谓考虑得无微不至。
A400M的“玻璃”式驾驶舱设有六个全彩液晶大屏幕显示器,每个驾驶员座位的前上方各装有一个可向上折叠收起的平视显示器(HUO)。与一样军用运输机不同的是,平显是A400M的主飞行显示器,可显示飞行姿势、航向、航迹和高度等信息,并在着陆、空投、超低空飞行和空中加油等需要驾驶员高度集中精力时显示着陆引导标示、空投引导标示和威逼告警信息,可让驾驶员不必将视线移至他处就可对差不多的飞行状态信息一目了然。六个尺寸相同的全彩液晶大屏幕显示器设置在外表板上,各显示器的功能可互换。最外侧是主飞行显示器(PFD),显示的信息除与平显相同外,还显示自动驾驶仪系统的工作模态和一些辅助信息;稍内侧是导航和战术显示器(NTD);中间左侧的显示器为发动机状态和告警显示器(EWD),要紧向驾驶员显示发动机的运行参数和提示告警;中间右侧的是系统显示器,显示常规系统以及诸如自卫、货舱和空中加油等军用系统的相关提示信息。在中央操纵台上设有两套大尺寸全彩色多功能操纵和显示装置(MCDU),并在操纵台后可为第三名机组乘员选装第三套相同的多功能操纵和显示装置。驾驶员通过该装置来猎取或修改自动飞行任务治理系统信息。座舱内还为驾驶员配备了能够增强夜间观看能力的先进驾驶员头盔,另外还配有机载摄像机,机组乘员可选择在任何一台显示器上查看机载摄像机的视频信息。专门值得一提的是,为幸免驾驶员观看外表板的视界受到阻碍,A400并没有采纳过去大型运输机通常采纳的驾驶盘,而是引用已在A320A340系列民航客机上的“侧杆式”驾驶杆设计。如此的设计能够完全腾出驾驶员座席与外表板之间的空间,做到真正的无遮挡。目前,只有A400M这一种大型军用飞机采纳了“侧杆式”驾驶杆。
为了确保全天候执行任务,并在靠近作战地域进行空运和空投,A400M运输机采纳了比较完善的通信、导航等电子设备。导航系统包括集成在GPS系统中的惯性参考系统(ISR),综合了风切变和地势跟踪能力的气象雷达,无线导航装置包括外表着陆系统、甚高频全向信标(VOR)、测距仪(DME)、空中交通管制接收机(ATC)、自动定向仪(AOF)和战术空中导航系统(TAC安)。两台通信处理运算机与飞机的任务治理系统相联结,通过标准1553B和ARINC429数据总线来交换数据。数据传输能够通过加密的HF或V/HF波段实现,也可选装卫星通信设备。
A400M运输机采纳四余度数字式电传飞控系统,使其在整个飞行包线内具有反应迅速、操纵灵活的特点。在作战空域中进行紧张的机动飞行时,电传飞控系统可防止飞机超出最大承诺飞行速度、过载极限或失速迎角,从而减轻了驾驶员的工作负担,实现“无担忧操纵”,即使在危险区域作3048米/钟的大角度急剧机动下降时也能够操纵得更加安全。为了操纵研制成本,该机所采纳的电传飞控系统在空客公司民用A系列客机的基础上移植开发而来。另外,A400M运输机还配置了一套先进的自动飞行系统(AFS),与飞机的导航和操纵系统相连接。该系统的核心是两台飞行治理导引和包线运算机(FMGEC),这两台运算机接收来自所有导航传感器、飞行和发动机操纵系统以及专门的军事任务治理运算机(M-MMC)的信息,能依照输入的任务参数自动规划出最佳飞行航线等引导信息,并在巡航飞行、重型物资空投、超低空飞行和超低空空投等对飞行姿势操纵有专门高要求时提供高度精确操纵的自动驾驶功能。
该发动机采纳双通道全权限数字式发动机操纵系统(FADEC),具备专门完善的发动机操纵与动力治理功能,具有自动功率/自动油门、自动和手动的启动程序、自动再点火、内置式测试等各种状态监测与爱护功能,以确保发动机能在各种恶劣条件下都能安全稳固的运行。在发动机进气道中配有加热除冰装置,进气道通过优化设计后,在最大限度地减少了气流畸变和压力缺失的同时,还保留了良好的颗粒分隔能力,这关于A400M运输机在未铺砌或仅通过简单平坦铺砌的前沿野战机场上起降尤为重要。发动机排气管采纳热辐射抑制设计,将排出的热气与发动机吊舱的冷却空气混合,可减少红外辐射以提高战场生存概率。
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