文/丁尹

在歷經(jīng)近12個小時的運輸之后，“世界第一環(huán)”終于抵達(dá)了山東港口濰坊港，它將在該港口“坐上”輪渡，并加固之后，最終運往大連繼續(xù)后續(xù)的加工。

對于這個直徑16米，重達(dá)155噸的龐然大物（約等于三架滿載的波音737客機）而言，在這將近12個小時的運輸過程中，它需要通過扒開的護欄進(jìn)高速，穿過被臨時關(guān)閉的15個高速站口，經(jīng)過多條省道、國道以及農(nóng)村道路，其中還包括多座橋梁、涵洞，行車速度一度保持在每小時幾公里，運輸挑戰(zhàn)極大。

那么問題來，既然陸地運輸這么困難，為什么不考慮用直升機吊運這個大家伙呢？是不能通過直升機吊運嗎？我將從兩個方面來討論下這個問題：

• ① 為什么要選擇直升機吊運？

• ② 怎么樣通過直升機吊運？

為什么要考慮用直升機吊運？

兩點之間直線距離最短

▲從山東伊萊特重工到濰坊港的地圖路線

▲從山東伊萊特重工到濰坊港的直線距離

兩點之間直線距離最短，這是我們在小學(xué)課本里就學(xué)過的知識。事實也的確如此，從地圖上看，山東伊萊特重工有限公司到濰坊港的駕車路線最短也有207.8公里，這還基本都是走高速，但是運輸“世界第一環(huán)”的超大運輸車卻不能全程走高速，很多地方還得都村道，這進(jìn)一步增加了運輸距離。

相比之下，從伊萊特重工到濰坊港其直線距離只有153.5公里出頭，比最短的高速駕車路線還要少了54.3公里。

除了距離之外，速度也是一個非常重要的因素。由于“世界第一環(huán)”重量極大，這就意味著其慣性極大，地面車輛行駛的速度必須控制在一個很小的值，否則在經(jīng)過不夠平整的路面時候，將存在巨大的安全隱患。

據(jù)報道，該運輸車速度一度保持在每小時幾公里，這也就是正常人步行的速度了，因此，運輸車隊耗費了將近12小時才抵達(dá)濰坊港。

如果采用直升機吊運的話，就不存在“路面顛簸”之類的問題，即便是為了保證安全飛行，也不至于需要將速度控制到每小時幾公里。

不影響/不破壞地面正常交通

除了縮短運輸距離、提高運輸速度之外，通過直升機吊運的方式來運輸“世界第一環(huán)”還有一個顯著的好處就是可以不破壞地面設(shè)施、不影響地面正常交通。

文章開頭就說了，為了確?！笆澜绲谝画h(huán)”的運輸，運輸車隊拆掉了不少高速的隔離帶，專門開辟了小路讓106輪的運輸車開上高速。這輛運輸車在高速上要獨占4個車道，所以根本不可能同時讓其他車輛通行，為此，在運輸車經(jīng)過的路段上，有15個高速站口被臨時管控。

盡管在各方面的努力之下，運輸“世界第一環(huán)”對地面交通設(shè)施和地面交通車輛的影響已經(jīng)控制到了最低水平，但是影響仍然是實實在在存在的。而如果能夠改用直升機吊運的話，這一問題直接就不存在了。

直升機只要將“世界第一環(huán)”起吊到合適的高度，可以在完全不影響任何地面交通的情況下，將“世界第一環(huán)”穩(wěn)當(dāng)?shù)剡\送到濰坊港，經(jīng)濟快速又便民，實乃上策。

那么問題就來了，有這樣的直升機可以吊運這么巨大的“世界第一環(huán)”嗎？

怎樣用直升機吊運155噸的世界第一圈

當(dāng)前世界上在使用中的直升機里面，起重能力最大的毫無疑問是俄羅斯的米-26重型直升機，其最大起飛重量56噸，最大運載能力在20噸上下，這比起155噸的“世界第一環(huán)”可謂是“小巫見大巫”。歷史上載重最大的直升機米里V-12，其最大運載能力也只有40噸，想要吊起“世界第一環(huán)”實在是不可能。

那有沒有其他方法呢？有，但不是靠某一架直升機，而是要靠一個直升機編隊的協(xié)同工作，才能夠吊起這樣的龐然大物，這種直升機編隊吊掛重物的方法在咱們專業(yè)領(lǐng)域叫做“多機吊掛”。

美國從上世紀(jì)70到80年代開始就對“多機吊掛”這種方案進(jìn)行過系統(tǒng)化的研究，涉及的方案包括把直升機搭配飛艇執(zhí)行吊運任務(wù)、多架直升機通過一些機構(gòu)固定在一起來吊起重物、直升機用吊索各自拉住重物的不同部分然后吊起等。

方案一：直升機搭配飛艇吊運

▲ NASA在1975年的報告([1])中提出的空艦(Airship)的概念

從NASA1975年發(fā)布的一份報告可以看到，當(dāng)時美國的直升機設(shè)計師提出了一種空艦的概念，意思就是一種航空用的大型艦船，可以承載較大的重量。從圖中可以看到三種空艦設(shè)計。

上面圖中，左側(cè)一種是四架CH-47支奴干重型直升機共同吊運一個重物，正中間再通過一個巨大的氣球提供一個顯著的升力，來分擔(dān)直升機所需提供的升力，從而使得直升機能夠吊運起更重的物體。

上圖右下側(cè)是在一架常規(guī)的單旋翼直升機主旋翼上方加裝一個大氣球，通過這個氣球給直升機提供升力來解決直升機升力不夠的問題，從而使得直升機能夠吊起更大的重物。

上圖右上側(cè)是一架CH-47支奴干重型直升機搭配一架飛艇來實現(xiàn)重物的吊運工作，其中飛艇需要承擔(dān)絕大部分升力的供應(yīng)，而支奴干則在提供部分升力的同時，起到一個航向牽引的作用。

當(dāng)時直升機的飛行控制系統(tǒng)還比較簡陋，操縱性和穩(wěn)定性都無法和今日的直升機相提并論，而且氣球、飛艇的抗風(fēng)性都比較差，就算直升機能控制住自己，也很難同時控制住氣球或者飛艇，所以NASA的這份報告中提到的方案，很難在當(dāng)時實現(xiàn)。

▲美國皮亞塞基公司在美國海軍合同下開發(fā)的Helistat飛行系統(tǒng)

到80年代初，美國飛行器制造公司皮亞塞基在總結(jié)了上述這些方案的問題之后，和美國海軍簽署了一份合同，正式開發(fā)了一套叫做Helistat 的重型運輸系統(tǒng)，如上圖所示。這種重型運輸系統(tǒng)最大的特點就是盡管采用了4架H-34J直升機和1艘飛艇，但是直升機和飛艇之間是通過鋼架固定連接的，因此，直升機能夠在一定程度上實現(xiàn)對飛艇的控制，整個系統(tǒng)的抗風(fēng)、抗擾動能力要強許多。

但是，皮亞塞基在Helistat 方案中采用的四架西科斯基H-34J直升機，其飛行控制系統(tǒng)受限于當(dāng)時的技術(shù)，很難做到四機的完美協(xié)同配合，在一次飛行測試中，僅有的一架原型機發(fā)生事故而墜毀，該項目也隨即中斷。

方案二：多個直升機協(xié)同吊運

在“多機吊掛”的研究歷史上，美國陸軍投入了大量的精力和經(jīng)費，這很大一部分原因是早期的直升機載重能力較弱，單機無法吊運美國陸軍的戰(zhàn)車等裝備，所以美國陸軍才考慮多機方案來解決這一問題。

▲美國皮亞塞基公司給美國陸軍開發(fā)的多機吊掛重型運輸系統(tǒng)MHHLS

這里又得再次提到皮亞塞基公司，他們也給美國陸軍做過一套多機吊掛重型運輸系統(tǒng)，被稱為MHHLS，這是“多個直升機重型運輸系統(tǒng)”的英文縮寫。美國陸軍希望通過這種重型運輸系統(tǒng)，將其當(dāng)時的主戰(zhàn)坦克（62噸級）通過吊運的方式投送到戰(zhàn)場。

不過就憑四架CH-53D的組合，美國陸軍這一希望估計也得落空，畢竟CH-53D最大外掛載荷在3.6噸上下，4架組合起來，最大外掛載荷也不可能超過15噸，如果考慮到多機之間的干擾影響，這個數(shù)值還得進(jìn)一步下降，當(dāng)然，這個MHHLS 系統(tǒng)只是驗證原型，如果可行的話，美國陸軍肯定樂意多架幾架CH-53D進(jìn)去，從而最大化這套系統(tǒng)的吊運能力。

▲兩架CH-53D縱向組合的多機吊掛方案

▲兩架CH-53D橫向組合的多機吊掛方案

▲兩架伏托爾“飛行香蕉”組合的多機吊掛方案

除了MHHLS 之外，美國陸軍、海軍還研究過多種方案，包括兩架CH-53D的縱向和橫向組合([2]) ，還有兩架伏托爾“飛行香蕉”縱列式直升機的組合。這些嘗試大多采用了在直升機之間加裝鋼架固連的方式來運送貨物，大大拓寬了直升機的運輸方式，在當(dāng)時的背景下來看，極具創(chuàng)新性。

但是受限于到當(dāng)時的直升機飛行控制系統(tǒng)的技術(shù)水平，多機之間的協(xié)同配合一直都是難以解決的問題，這也大大限制了這種多機吊掛技術(shù)的發(fā)展。而隨著更強勁的渦軸發(fā)動機技術(shù)的進(jìn)步、復(fù)合材料槳葉制造技術(shù)的進(jìn)步，重型直升機的載重量越來越大，慢慢地，在大多數(shù)運輸任務(wù)場景中，美國軍方的重型直升機，如支奴干、超級種馬/種馬王等直升機，都能夠滿足運輸要求，美國軍方相應(yīng)的研究活動也就停下來了。

▲南京航空航天大學(xué)李建波教授團隊的多機吊掛樣機試驗（主負(fù)責(zé)人：段登燕博士）

近些年來，隨著飛行控制系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的直升機研究人員([3])都開始重新關(guān)注這種多機吊掛系統(tǒng)，畢竟如前文所言，現(xiàn)在世界上運載能力最強的米-26總的吊運能力也才20噸，而現(xiàn)代化的建筑、設(shè)施，對大型一體化材料的需求也越來越高，如果有多機吊掛可以用來運送這種重物，那將會有巨大的實際應(yīng)用價值。

也就是說，我們也可以通過這種方式來運送155噸的世界第一環(huán)。我國現(xiàn)在吊運能力最強的是直-8系直升機，一架的外掛能力大概在5噸左右，如果純用直-8直升機的話，可能需要31架直-8編組，才能實現(xiàn)吊掛，協(xié)同飛控系統(tǒng)需要進(jìn)行大量的優(yōu)化和訓(xùn)練才行。

換個思路，直-8和飛艇編組。咱們載重最大的的飛艇“金雕”，其最大載重量達(dá)到了60噸，如此一來，我們可以考慮用2艘“金雕”，搭配8架直-8，就能夠完成協(xié)同吊掛任務(wù)，雖然直-8數(shù)量的減少使其協(xié)同控制難度下降了一大截，但是兩架飛艇的加入使得整個系統(tǒng)的抗風(fēng)性能下降很多，需要“挑日子”才能完成吊掛任務(wù)。

從另一個方面來說，如果我們有如同米-26一樣的重型直升機，那么我們只需要8架米-26，妥妥的就能把“世界第一環(huán)”高效、穩(wěn)妥地送到濰坊港，完全不需要動用飛艇。所以，在我的觀點中，咱們直-20之后，首先要有用的直升機型別，務(wù)必是重型直升機。

1. Lancaster J W. Feasibility study of modern airships, phase 1. Volume 4: appendices[R]. 1975.

1. Korsak K, Meenen K R, Meyers D N, et al. Multi-Helicopter Heavy Lift System Feasibility Study[R]. PIASECKI AIRCRAFT CORP ESSINGTON PA, 1972.

1. Duan D, Ding Z, Zhao H, et al. Optimal hierarchical trimming method for multi-lift system with helicopters considering aerodynamic interference[J]. Aerospace Science and Technology, 2022: 107785.