快好知 kuaihz

空客Airbus A400M

经过近十年的研发和生产,空中客车公司终于在30日向法国空军交付了首架A400M军用运输机。空客在西班牙的塞维利亚举行了隆重的交付仪式。

A400M军用运输机是欧洲最大的军事合作项目,由法国、德国、英国、西班牙、比利时、卢森堡和土耳其这7个欧洲国家共同参与,项目于2003年启动,投资已经超过200亿欧元。受到资金和金融危机的影响,空客公司在拖延了四年后,终于在9月30日向法国交付首架飞机。交付仪式是在飞机的最后组装地――西班牙的塞维利亚举行的。

法国国防部长勒德里昂、西班牙国防部长、空客公司总裁恩德斯以及西班牙王储等欧洲政要均出席了当天的交付仪式。空客公司在现场通过指纹识别系统,确认法国国防部长的指纹后,完成交付仪式,现场奏响法国国歌。这架军用运输飞机将停靠在法国奥尔良的空军基地。

法国外长勒德里昂表示,法国空军能拥有首架超高性能的军事运输机,令人骄傲,它是法国军队急需的,它是科技的杰作,也是欧洲的杰作。他认为,飞机的成功交付证明了欧洲防务政治意愿努力的成功。他指出,这架飞机将能真正满足法国军事行动需求,它的性能完全达到200亿欧元的投资水平。

空客生产的A400M军用运输机是一种多功能远程军用运输机,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,而它的螺旋桨直径超过五米;最大载重量37吨时,可以连续飞行3300公里,可以停靠在没有任何修整的土地上,比如说沙漠;它不仅可以远距离运送军事装备和军事人员,还可以在飞行时为两架飞机或两架直升机供给燃料,可以在海拔12000米高空投下伞兵。

空客总裁表示,A400M军用运输机的超现代性能将是这个市场上的一枝独秀。空客军事公司已经有来自欧洲和马来西亚的共174个订单,其中法国预订了50架,德国53架等。在交付首架飞机给法国后,法国和土耳其将随后收获飞机。

据悉,空客公司计划在今后30年出口400架这样的军用运输机,并把海湾地区和亚太地区作为重要的目标。他们认为,法国和英国军队在世界享有声誉,如果他们满意,将有利于今后的推广。

机身编号EC-402、昵称“灰熊2号”(Grizzly2)的A400M二号原型机

空中客车A400M是一款四涡轮旋桨发动机飞机,由空中客车所设计,用以满足欧洲国家对军用运输机的需求,它兼顾了战略与战术运输机的性能与成本。自计划正式执行以来,计有南非,智利及马来西亚等三个欧洲以外的国家订购。该机于2009年12月11日在西班牙西南部城市塞维利亚首次试飞。

该项目是欧洲最大的军事合作项目,法国、德国、英国、西班牙等7个欧洲国家投入了近200亿欧元的研发资金,原计划取代老旧的C-130以及C-160运输机,然而研发过程困难重重,未能按照原定的计划交付并且飞机造价高昂,空中客车公司一度考虑要取消这个计划。到2009年时,这个项目超支50亿欧元,2003年估计每架飞机的价格为8000万美元而2009年时已经变成至少1.2至1.3亿美元。从原先计划的2009年开始交付用户一拖再拖,直到2013年8月1日法国空军才接收了第一架A400M。

早在1982年,法国宇航(Aérospatiale)、英国宇航(BAe)、德国梅塞施密特-伯尔科-布洛姆(Messerschmitt-B?lkow-Blohm, MBB)与美国洛克希德(Lockheed)就组成联合工作小组,准备研制用于替换C-130、VC-10以及C-160军用运输机的新型运输机,这种新型飞机被称作“未来国际军用运输机”(Future International Military Airlifter, FIMA)。

从一开始联合工作小组就对FIMA的性能指标产生了一定分歧,英法两国希望研制载重29.5吨,能在915米跑道上起飞的较大涡轮风扇运输机。德国希望研制能将20吨货物运送至2000公里外的小型涡轮螺旋桨运输机,而美国则希望研制能在460米野战跑道上起飞的短距离战术运输机。1987年意大利以及西班牙也加入了这个计划,而欧美双方对FIMA的分歧也越来大。虽然曾经计划发展轻型与重型两种不同规格的飞机以满足不同的需要,两年后洛克希德公司还是选择退出。部分原因是因为美国已经拥有多种战略运输机,并且正在研制具有战略运输机运输能力而又能在野战跑道上起降的C-17,相比之下美国更需要一种替代C-130更加接近战场的战术运输机

原始的5家欧洲公司组成了欧洲未来大型军用运输机合作体(EUROPean Future Large Aircraft Group, Europflag)继续原先制造运输机的计划,原来的未来国际军用运输机也因此变成了未来大型军用运输机(Future Large Aircraft)。FLA的技术指标包括:能在915米长的简易跑道上起降、载重25吨、航程4600公里以及货舱容积要比C-130增大60%。最初计划在2005年实现首飞,每年生产33架甚至44架飞机。

1993年7国政府签订了一份备忘录,正式开始了这个项目,后来意大利政府中途退出。负责研发工作的包括英国宇航公司、欧洲航空防务与太空公司(EADS)、比利时的索纳卡公司(SONACA S.A.)[9]以及土耳其宇航工业公司(土耳其语:Türk Havac?l?k ve Uzay Sanayii A.?., TUSA?),最后的总装则在西班牙塞维利亚的空中客车军事公司(Airbus Military)完成。

以巴黎为起飞点,A400M所能抵达的航程示意图。其中红圈为酬载30吨负载时的可及航程范围,绿圈则为20吨负载时的状况。

技术

A400M拥有许多先进的技术,根据空中客车的说法,它可以完成以前需要三架飞机才能完成的任务。例如,在飞机内部就配备有绞盘和小型的起重机可以方便货物的装卸工作。除了后舱门外,机尾侧面还开设了两个舱门,这可以增加伞兵跳伞的效率。除了可以接受空中加油外,A400M还有内置的加油管路可以为其它飞机实施空中加油。同时A400M能适应包括砂砾、石子在内的多种跑道,它可靠性也很高,每12年的维修周期停飞维修的时间只需要84天。

A400M还运用了大量碳纤维复合材料,按结构重量计算达到了35%-40%。这些复合材料是由英国的GKN公司提供的,这也是空中客车公司首次在机翼、尾翼与操纵面上大规模使用复合材料。机翼的梁架与蒙皮都使用了复合材料,而且施工工艺也运用了许多自动化技术与计算机软件辅助,举例来说最短的一段梁架人工铺设需要180小时,而采用自动化技术后只需要90分钟。A400M的货舱舱门、起落架舱门、起落架整流罩以及起落架刹车等部件也使用了复合材料,4扇起落架舱门由于使用了复合材料每扇减轻了90千克的重量。

空中客车公司在A400M上运用了许多从包括A380在内的民用飞机中发展来的技术,A400M的飞行员座舱就非常类似空中客车的民航飞机。座舱内共有2名成员,另外还给第3名操作员提供了座位以便执行特殊任务。该飞机使用空中客车民用飞机公司研发的电传操纵系统,操纵杆也同某些空中客车的民航飞机一样位于侧面而不是飞行员两腿中间。座舱内使用了同A380相同的8块6×8英寸LCD显示屏只不过布置方式有所变化,同时A400M也装备了军用级GPS定位系统、雷达告警装置、导弹告警装置、激光告警装置以及干扰弹发射器等设施,它的机翼下也可加挂额外的电子战设施。

货舱

同大多数运输机不同,A400M的货舱截面是近乎方形的。方形货舱的好处包括增大了有效容积、降低了地板与地面之间的距离,不过相应的代价是结构强度将会有所损失。A400M货舱长度17.71米,将舱门也算在内货舱长23.2米、地板宽度4米,高为3.85米,总体积达到了340立方米,超出C-130J型两倍。不仅如此,A400M的高度和宽度甚至超过了载重量更大的C-141以及伊尔-76。按照空中客车的说法,它的货舱可以装得下两架AH-64武装直升机或一架NH-90直升机,如果将螺旋桨等部件拆掉甚至还可以装得下CH-47。2012年,空中客车在A400M运输机上成功进行了装载一架NH-90以及EC725直升机的实验。[17]在搭载一门M-109自行榴弹炮的情况下,它可以运输26名士兵并在倾斜的舱门上放置两个集装箱。A400M的货舱内部自带一台载重5吨的起重机和一台牵引力32吨的绞盘,货舱以及舱门的地板上也布置了各种导轨、滚棒以方便运输。

它的舱门分为上下两扇,上面的舱门向内收起,而下面的舱门向外放下可以构成一个装运货物的斜坡。舱门还可以放低角度方便货物运输,为防止飞机装卸重型货物时倾斜,飞机两侧尾部装有液压支撑设备。除了这些硬件系统外,A400M还有自动计算货物重心的软件系统,在野战条件下只需要一名装卸长就可以完成装卸工作。在运送士兵时,最多116名士兵分成4排坐在货舱内。外侧两排背靠货舱壁,中间两排背靠背而坐。在投放伞兵时,A400M可以在110节至300节的速度范围内执行任务,伞兵可从舱尾的舱门或是飞机两侧的两个小舱门跳下。除了空投人员,A400M还可空投总重25吨的货物。飞机上自带了8副担架,最多时可以搭载66副北约标准担架并容纳25名陪同的医护人员。

空中加油

A400M在机头位置装有一根可拆卸的受油管,它的7个机翼油箱内总共可装50,500千克的燃油。而且的机翼下自带两个加油管,经过2个小时的改装A400M就可以成为一架可同时为两架飞机加油的空中加油机。机翼下的输油管道每分钟可以输送1500升燃油,飞机中央的加油管路则可以每分钟输送2250升燃油。而且根据空中客车的说法,A400M的工作范围非常广泛,既可以为低速的直升机加油,也可以为诸如F-18那样高速飞行的战斗机或者是C-130那样的大型飞机加油。

基本信息

乘员: 3或4人 (2名驾驶员, 第3名操作员以及一名1装卸长)

载客量: 116名全副武装的士兵或伞兵

最多66副担架外加25名医护人员

挂载重量: 37,000 kg(37,000 kg)货物

长度: 45.1 m(148 ft)

翼展: 42.4 m(139 ft 1 in)

高度: 14.7 m(48 ft 3 in)

翼面积: ()

空重: 76,500 kg(168,654 lb)

最大起飞重量: 141,000 kg(310,852 lb)

战术起飞距离: 980 m(3,215 ft)

发动机: 4×TP400-D6 桨扇发动机,每个 8,250 kW(11,060 hp)

性能

最高速度: 780km/h (485 mph)

巡航速度: 555km/h()

转场距离: 8,710 km(5,412 mi; 4,703 nmi)

按最大燃料: 3,298 km()

实用升限: 11,300 m(37,073 ft)

上世纪50年代服役的“大力神”运输机逐渐不适合现代战争要求,世界战术运输机市场存在巨大缺口,空客A400M看准时机,应运而生。A400M项目是迄今为止欧洲最大的军事合作项目,A400M军机是一种多功能远程军用运输机,最大载重量37吨,最大航程8700公里。

基本参数:载量:37吨,或116人 长:43.8米 宽:42.4米 高:14.6米 空机重量:70吨 起飞最大重量:141吨 最大降落重量:114吨 最高时速:560公里每小时 起飞需要距离:940米 降落需要距离:625米 最高能飞:11300米 空机最大飞行范围:9300千米。

载重20吨最大飞行范围:6950千米 载重30吨最大飞行范围:4800千米 载重37吨最大飞行范围:3300千米

A400M运输机的有效载荷包括运送军用直升机、装甲车、重型工程机械和集装箱。A400M可以通过降落伞投放伞兵部队和军事装备。它可同时运载九个标准军用集装箱(2.23 X2.74米)和120名全副武装的作战人员。执行战场救伤任务时,该机可同时运送66副担架和10名医务人员。

A400M的货舱内部可以根据执行任务的不同来进行改装,由此可以执行空投、人道救援、货运等不同使命。在货舱顶部设有起重装置,最大起重负荷达5吨,可以方便地进行货物的移动和摆放。

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,前瞻性地采用“宽体化”设计,增加了货舱容积和装载效能,并改善了结构坚固性、任务适应性和短距起落性能,还采用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采用悬臂式上单冀和T形尾翼式的常规气动布局,机冀采用超临界翼型设计,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,既可以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影响,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采用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主要用途就是执行空运任务,投送运载各种军事装备和人员。从这个意义上来说,军用运输机就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很大不同。过去受材料和设计制造水平所限,军用运输机的机身/货舱横截面形状一般多以圆形为主,虽然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,特别是在装载大尺寸货物时货舱的两侧浪费空间很多。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。这样就可设计成双层货舱地板,或是可以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主要任务目的的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”,这样可以降低货舱地板高度、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,虽然各国的设计师不断进行设计优化,但始终都是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根本解决。 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浪费,在阻力上需要付出可观的代价,重量上多余尺寸部分虽然是死重,但是在当时的条件下比针对应力集中的加强还是相对可以接受。而A400M的货舱横截面形状与以往的各种战术运输机不同,其机身结构经过计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。这样可在最小机身尺寸/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。采用较方横截面形状设计的另一大好处,就是因为机身底部扁平,所以货舱地板离地高度可以大幅度降低。在装卸小件散货时,放平尾部大货舱门兼货桥,就正好可以与运送物资的卡车对接,直接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,可以进一步降低货舱地板高度,所以货桥放下后的坡度就很小,这对于大件货物的装卸特别有利。

虽然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,但是其也存在一个严重的问题―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很大的难题。空客设计师们针对这一难题,在机身载荷较大的部位采用高强度钛合金来设计加工零部件,并利用计算机仿真模拟分析,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。经过优化设计的A400M具有不低于30000小时的服役寿命,在装载37吨货物时过载限制为2.25g,在装载31.5吨货物时过载可达2.5g,并有很高的结构损伤容限。

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运输机货舱宽度和高度还要大得多,并且机翼的中央翼盒避开了货舱,从机身上部穿过,不会占用货舱内部高度。为便于大型装备的装卸和空投,A400M的尾部明显上翘,并采用两扇货舱门,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吨重的货物,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,以防止装运重型货物时飞机“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的装载能力非常出色,根据不同的任务需要,货舱内部只需要一人就能在很短时间内就完成改装,安排最佳的货物装运固定方案。在运载大型装备时,货舱内可以前后串列安放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可以装运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,此时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并且可以折叠收起来,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。在执行战场救护任务时,该机可同时运送66副担架和10名医务人员。此外,机上还留了一块地方作为特殊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蔽式小便池,可谓是“人性化”方面考虑得非常周到。

A400M的货舱比C-130更加短粗,可用空间大幅提高,容积几乎是C-130的2倍在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,在不需要时可以把滚棒/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。

特别值得一提的是,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,能够直接从地面或从各种高度的卡车上吊装所有军用货盘和散装货物,货运员利用一个手持式遥控装置即可操纵这台重机。只有A400M才具备这种不依靠外部保障机械设备既可装运货舱外货物的能力。

为了提高装运效能,A400M配备一有“自主式货舱操作系统”。该系统具有很高的自动化程度,可以精确测量出飞机在装卸载荷时所引起的重心变化,在地面装卸阶段就自动计算并在货运员工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,在完全无机场保障设备的前提下只由一名货运员就能高效完成所有货物的装卸,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管理系统。

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%,特别是机翼,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主要材料制造大型运输机机翼的先例。采用碳纤维制造的机翼,重量是同等强度铝合金机冀的75%至80%,并且不会产生金属疲劳,先进复合材料的广泛应用对于减轻结构重量相当有利。在A400M的复合材料设计和制造中,广泛采用了计算机辅助设计软件,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控制面。

A400M的机翼除前缘、前后缘支承结构及铰链采用铝合金外,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用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,翼肋仍采用铝合金制造。因为其主要受压应力,此时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用高强度复合材料来制造。空客公司正在进行一项更为“大胆”的重要计划―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的机翼并没有采用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也可以通过固定在机头上方的受油管来进行空中加油。根据飞行任务的性质不同,这根受油管可以很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围很大,因此改装为空中加油机后既可以为直升机进行空中加油,又可以为战斗机进行空中加油。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,在两个小时内就可以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,还可以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的发动机采用翼下吊挂安装,后机身的气流受到螺旋桨或其他结构的干扰,如果尾翼采用常规布局则无法满足对平尾结构气动效率的要求。而采用T型尾翼,水平尾翼处于机翼气流波动范围之外,高平尾在飞行状态时受机翼下洗流的影响最小,动压损失也最小,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。这样既降低了阻力,又减轻了结构重量,还能减少在地面装卸大型货物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,但是其力臂较长,所以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,并大量采用复合材料,碳纤维复合材料占结构重量比例高达97%~98%。垂尾主要由一个三粱主盒段、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,所有这些结构部件主要由复合材料制造。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障措施短舱。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,有着非常不错的航向稳定性。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,其主结构也采用了碳纤维复合材料。

A400M拥有号称西方最大的涡桨发动机。发动机在A400M发动机选型的最初阶段,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发动机为基础发展而来的M138涡轮螺旋桨发动机;BMW和罗尔斯·罗伊斯以BR-715为基础发展而来的涡桨发动机;加拿大普拉特·惠特尼公司以PW800涡扇发动机为基础发展而来的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,这个大订单谁看着都眼馋。面对来自全球最著名的发动机厂商之——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有限公司(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·贝查特公开发表声明,说这将是欧洲的发动机用于欧洲自己的飞机,他们很难相信和接受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,如果空客选用PW180的话,该发动机将以高度欧洲化的方式进行研制、生产和实施后勤保障,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。

采用罗尔斯·罗伊斯先进的三轴结构也使技术风险大大增加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”战斗机的M88-2发动机核心机为基础,采用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采用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很高的方案,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。

该发动机采用双通道全权限数字式发动机控制系统(FADEC),具备非常完善的发动机控制与动力管理功能,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保护功能,以确保发动机能在各种恶劣条件下都能安全稳定的运行。在发动机进气道中配有加热除冰装置,进气道经过优化设计后,在最大限度地减少了气流畸变和压力损失的同时,还保留了良好的颗粒分隔能力,这对于A400M运输机在未铺砌或仅经过简单平整铺砌的前沿野战机场上起降尤为重要。发动机排气管采用热辐射抑制设计,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,一个很大的难题就是螺旋桨转速过高导致桨尖速度过快而很容易失速,并会产生很严重的喘振和噪音。设计人员通过计算机模拟、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,采用又薄又宽、前缘尖锐并带有后掠的大曲率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,其高亚音速性能非常出色,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,而此时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运输机所采用的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,以保护桨叶不会因外来物的撞击而受伤,并起到防腐蚀作用。 特别值得一提的是,在过去各型涡轮螺旋桨飞机中,螺旋桨和发动机的控制系统各自都是独立的;而A400M将螺旋桨的控制系统也综合到全权限数字式发动机控制系统中,这在世界航空史上也是首次。该控制系统能自动控制桨叶的运行状态,使螺旋桨始终保持在一个恒定、最佳的效率速度,并具有过速保护、喘振监测和恢复、螺旋桨自动变距和自动顺桨功能。虽然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,但因为发动机控制系统软件包含了对螺旋桨的控制,其复杂程度甚至比A380发动机控制系统还要高出数倍。涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机在工作特性上有着很大不同,由于螺旋桨直径较大,转速比发动机涡轮低,还要有变距、反桨等控制功能,因此发动机控制系统和螺旋桨控制系统在控制率上完全不同。要想将这两个特性完全不同的控制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控制系统的编写,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计划推迟6个月,总延迟时间可能高达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很严重的预算超支问题。这次延误迫使欧洲国际涡轮螺桨发动机公司高层管理人员改组,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。

虽然发动机控制系统拖了进度的后腿,但从性能角度来看,A400M采用涡轮螺旋桨发动机还是受益良多。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,在相同载荷情况下A400M的起飞重量要轻15%,油耗节省20%,起飞着陆性能却更出色。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吨重量货物时任务半径可达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吨货物时任务半径可达3550公里,从巴黎起飞可达中东、俄罗斯腹地以及非洲中部;在飞机空载的情况下,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,从巴黎起飞几乎可以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,主起落架则采用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,就算是C-17这样“大家伙”的主起落架也仅仅采用了双减震,由此可见设计人员对于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不会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,使得它可以直接在道面条件“恶劣”的前沿野战机场起降,甚至可在仅经过简单平整的硬土地面上起降。

驾驶舱/航电系统得益于空客公司在大型民用客机设计经验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,内部空间设计得非常宽敞,机组乘员即使穿戴上“三防”防护服在驾驶舱内也不会感觉拥挤。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可以增加一名机组乘员,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特别设计优化,拥有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非常出色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”,对于如何才能使乘员在长途飞行时更舒适这方面颇有心得,在A400M的设计上充分体现了这点: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。

充分引入商用标准设计的座舱先进且舒适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)。与一般军用运输机不同的是,平显是A400M的主飞行显示器,可显示飞行姿态、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、空投引导标示和威胁告警信息,可让驾驶员不必将视线移至他处就可对基本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仪表板上,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),主要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控制和显示装置(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控制和显示装置。驾驶员通过该装置来获取或修改自动飞行任务管理系统信息。座舱内还为驾驶员配备了能够增强夜间观察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。特别值得一提的是,为避免驾驶员观察仪表板的视界受到影响,A400并没有采用过去大型运输机通常采用的驾驶盘,而是引用已在A320A340系列民航客机上的“侧杆式”驾驶杆设计。这样的设计可以彻底腾出驾驶员座席与仪表板之间的空间,做到真正的无遮挡。只有A400M这一种大型军用飞机采用了“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运输机采用了比较完善的通信、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),综合了风切变和地形跟踪能力的气象雷达,无线导航装置包括仪表着陆系统、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)。两台通信处理计算机与飞机的任务管理系统相联结,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运输机采用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允许飞行速度、过载极限或失速迎角,从而减轻了驾驶员的工作负担,实现“无忧虑操纵”,即使在危险区域作3048米/钟的大角度急剧机动下降时也可以控制得更加安全。为了控制研制成本,该机所采用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),与飞机的导航和控制系统相连接。该系统的核心是两台飞行管理导引和包线计算机(FMGEC),这两台计算机接收来自所有导航传感器、飞行和发动机控制系统以及专门的军事任务管理计算机(M-MMC)的信息,能根据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、重型货物空投、超低空飞行和超低空空投等对飞行姿态控制有很高要求时提供高度精确控制的自动驾驶功能。

先进的飞行姿态控制系统使A400M具有一流的低空操纵性,足以胜任低空重载空投军用运输机进行重型装备空投和大量货物的连续空投时,都存在因为货物在机舱内快速移动导致重心变化过大而产生的剧烈震荡扰动问题,如果不能通过控制来使震荡收敛,飞机就会失控。连续空投虽然重心变化不如重物空投那么剧烈,但是整个过程持续较长的时间,这种长时间的连续扰动如果不能及时予以抑制,也会造成飞机失控。而超低空空投时,运输机的飞行速度接近失速速度,再加上仅有几米的贴地飞行高度,稍一失控就会坠机,所以对飞行姿态稳定控制的要求就更高。要想提高货物空投性能,除了大型飞机本身的惯性能够承受较大的瞬时扰动外,更重要的就是靠先进飞控系统的自动增稳作用。凭借先进的数字式电传飞控系统和自动飞行系统,A400M具有相当出色的空投性能,最大单件空投重量达18吨,能连投25件重1吨的货物并能在4.5米高度贴地飞行时连续空投总重为6.35吨的散货。除C-17和更大的运输机外,在所有军用运输机中A400M的空投性能仅次于安-70,而超低空空投性能没有任何一种军用运输机能与之相比。

生存性与可维护性为了具备更好的生存能力,A400M运输机的关键系统和设备都采用了余度设计和隔离措施。机上留有安装各种防御设备的空间,每个国家可以根据各自需要进行选择。机载防御设备包括雷达告警器、导弹发射告警器、箔条/曳光弹散布器等,机冀下的多个外挂点可以用于安装电子对抗吊舱,进一步提高综合防御能力。此外,考虑到低空高速飞行条件下可能受到的地面威胁,A400M装备有地面防撞告警系统,并可安装专用装甲和防弹风挡玻璃来保护驾驶员,同时采用减少发动机红外辐射装置和在油箱中添入阻燃防爆的隋性气体来提高生存性能。

A400M除了具备优异的飞行性能和安全性之外,另一个很重要的优势就是具有非常低的全寿命使用成本和良好的维护性。对于A400M运输机而言,最大的挑战是无维护使用周期特性——即保证在为期15天的部署时间里,只需要机组人员对其进行最简单的保养而不需要进行维修。另外A400M只需携带随机零备件及工具,不需任何其他支援设备便可具备150天的“部署能力”或最短为500飞行小时的“定期维护间隔”。在12年的服役期内,计划性维修造成的停飞期不超过84天。

空客公司通过把先进的民机设计概念、标准和研制经验移植入研发过程,最大限度地提高A400M的可靠性和可维护性。A400M的机载综合监测和故障诊断系统(AIMDS)就是从A380客机上引用而来,这套系统能对飞机上每个监测设备进行中央控制,并用简单的英文描述系统故障监测信息,可完成发动机、辅助动力装置和其他飞机系统性能数据的采集、记录和说明,还可以选择记录飞机结构载荷,甚至包括过载、强行着陆和总的循环累计数,使得用户能跟踪飞机疲劳方面的真实使用情况。此外,地勤人员可以使用便携式多功能查询终端(PMAT)通过飞机内、外的接连点查询机载综合监测和故障诊断系统。便携式多功能查询终端能更深层次地对故障进行查询,然后将有关信息收人到电子文档中。便携式终端所查询到的信息数据可下载到A400M地面保障站的计算机里,以便于机群管理。A400M在执行任务之前,甚至可利用机载综合监测和故障诊断系统分析机上各系统、设备的状态趋势数据,预测出在未来的无维护使用周期(长达15天)内可能会出现的故障,提前将“故障隐患”消除掉。而且,即便是在使用周期内出现了一些故障,该机也可以“带故障”安全飞行,而将排故工作“推延”至该周期后再进行。

欧洲A400M运输机在制造过程中广泛使用了合成材料(英国GKN宇航公司负责为A400M制造复杂的炭合成翼梁),其有效载荷大大超过现有的美制C-160和C-130大型运输机。该机拥有高悬浮起落装置,可以在短距离内完成起飞和降落;在执行空投和战术飞行过程中,该机拥有很好的低速运行稳定性;该机还具备远距离高速巡航的能力,可以执行长距离机动运输任务。欧洲A400M运输机可以进行空中加油,完成长距续航;同时在两小时内,该机可改装作为空中加油机使用。

驾驶员座舱

A400M的驾驶员座舱具有全景夜视能力,可容纳两名机组成员,必要时可以多承载一人,负责特定任务操作。该机装备的电线控制系统(Fly-by-Wire),由空中客车民用机公司进行研发。两具边置操纵系统将为驾驶员提供飞行过程中无限多的视野空间。

节流阀装置位于主驾驶员和副驾驶员之间。 A400M的合成航空电子设备模块源自空中客车公司的A380客机,由泰利斯公司和迪尔宇航公司进行改进和研发。其中包括:9孔6 x 6英寸座舱控制和显示装置,以及配备有液晶显示屏、拥有增强的先进驾驶员头盔。

电子对抗装置

A400M防卫设备包括雷达报警器、导弹发射报警器和诱饵发射装置。此外还有成员装甲防护装置、防弹玻璃窗、引擎耗尽红外减失技术、燃油系统中惰性气体燃爆和点火延迟技术等等。机翼上备有结构加固点便于安装电子战设备。

货运系统

运输机的有效载荷包括运送军用直升机、装甲车、重型工程机械和集装箱。A400M可以通过降落伞投放伞兵部队和军事装备。它可同时运载九个标准军用集装箱(2.23 X2.74米)和120名全副武装的作战人员。执行战场救伤任务时,该机可同时运送66副担架和10名医务人员。 A400M的货舱内部可以根据执行任务的不同来进行改装,由此可以执行空投、人道救援、货运等不同使命。在货舱顶部设有起重装置,最大起重负荷达5吨,可以方便地进行货物的移动和摆放。

导航系统

A400M的导航系统包括惯性制导系统(IRB)、全球定位系统(GPS)和气象雷达。无线电航控组件中包含:导航着陆系统、特高频单向无线寻的装置(VOR)、无线测距仪(DME)、航空控制仪(ATC)和自动寻的仪(ADF)和战术航空组件。

引擎

2003年5月,空中客车军用机公司选择了三轴TP400-D6涡轮发动机作为A400M运输机的发动机,并由EPI组织负责建造。EPI联盟成员包括英国的劳斯莱斯公司(Rolls-Royce),西班牙的ITP公司、德国的MTU公司和法国的Snecma公司。劳斯莱斯公司负责最后的总装。A400M将装备四个发动机,每个发动机的最大输出功率达11,000轴马力。EPI公司宣称A400M运输机将成为有史以来西方建造的最大型涡轮螺旋浆飞机

本站资源来自互联网,仅供学习,如有侵权,请通知删除,敬请谅解!
搜索建议:空客Airbus A400M  空客  空客词条  Airbus  Airbus词条  A400M  A400M词条  
政治

 美国21世纪海上力量合作战略【战...

美利坚合众国是一个海洋国家。两个多世纪以来,海军、海军陆战队和海岸警卫队组成的海上军事力量在世界各地行动,通过危机反应、在必要时作战并赢得战争来保护美国公民,捍...(展开)