文章目录:
1、消防设施操作员-气体灭火系统使用与维护保养2、S-76,西科斯基打造的第一架纯商用直升机,到底可靠吗?3、不仅仅是商用直升机,科比座驾西科斯基S-76直升机探源
消防设施操作员-气体灭火系统使用与维护保养
气体灭火系统使用与维护保养
气体灭火系统是以某些在常温、常压下呈现气态的物质作为灭火介质,通过这些气体在整个防护区内或保护对象周围的局部区域建立起灭火浓度实现灭火。
该系统的灭火速度快,灭火效率高,对保护对象无任何污损,不导电,但系统一次投资较大,不能扑灭固体物质深位火灾,且某些气体灭火剂排放对大气环境有一定影响。因此,根据气体灭火系统特有的性能特点,其主要用于保护重要且要求洁净的特定场合,它是建筑灭火设施中的一种重要形式
气体灭火系统的组成与适用范围
(一)气体灭火系统的组成
一般来说,气体自动灭火系统由火灾报警系统部分、灭火控制系统部分和灭火系统部分三部分组成。而灭火系统部分又由气体灭火剂储存装置、管网及喷头几部分组成。
灭火剂储存装置有两种结构型式:储瓶式和储罐式,它们的构成形式分别如图3-59和图3-60所示。目前,储罐式仅有低压二氧化碳灭火系统采用。
(二)气体灭火系统的适用范围
1.适用的火灾类型
气体灭火系统的适用范围是由气体灭火剂的灭火性质决定的。按照国际标准《火灾分类》(ISO3941-1997)和国家标准《火灾分类》(GB/T4968-2008)关于火灾的分类规定,气体灭火系统适用于扑救的火灾类别为:
气体灭火
系统
A类火灾的表面火灾
固体表面火灾
B类火灾
可燃液体火灾
C类火灾
灭火前能切断
气源的气体火灾
E类火灾
电气火灾
二氧化碳灭火系统除适用于固体表面火灾外,还适用于扑救棉毛、织物、纸张等部分固体深位火灾。
2.应用限制
气体灭火系统不适用于扑救下列火灾:
(1)强氧化剂、含氧化剂的混合物以及能够自身提供氧而且在无空气的条件下仍能迅速氧化、燃烧的物质,如氯酸钠、硝酸钠、氮的氧化物、氟、火药、炸药、硝化纤维素等。
(2)金属氢化物,如氢化钠、氢化钾等。
(3)活泼金属(D类火灾),如钠、钾、镁、钛、锆、钠钾合金、镁铝合金等。
(4)能自动分解的物质,如某些有机过氧化物、联氨等。
(5)能发生自燃的物质,如白磷、某些金属有机化合物
气体灭火系统的类型
气体灭火系统按灭火剂名称可分为:二氧化碳灭火系统、七氟丙烷灭火系统、IG541混合气体灭火系统、三氟甲烷灭火系统等。
气体灭火系统按应用方式可分为全淹没灭火系统和局部应用灭火系统。
管网灭火系统按结构特点可分为组合分配系统和单元独立系统。
按装配形式可以分为管网灭火系统和预制灭火系统。
二氧化碳灭火系统按储存压力又可分为高压二氧化碳灭火系统和低压二氧化碳灭火系统,高压系统(指灭火剂在常温下储存的系统)和低压系统(指将灭火剂在-18℃~-20℃低温下储存的系统) 。
全淹没灭火系统
在规定的时间内向防护区喷射一定浓度的灭火剂并使其均匀地充满整个防护区的气体灭火系统称为全淹没灭火系统。(防护区:满足全淹没灭火系统要求的有限封闭空间。)
全淹没系统适用于扑救封闭空间内的火灾。全淹没系统是由一套储存装置在规定的时间内,向防护区喷射一定浓度的灭火剂,并通过喷嘴,使其均匀地充满整个防护区空间的灭火系统
基本特征为:由固定的气体灭火剂供给源,通过与之相连的管道、喷嘴,向指定的封闭空间内均匀施放灭火剂,使此空间内的可燃物质完全淹没在含有足够浓度灭火剂中。不管封闭空间内任何位置上的火灾,均能将其扑灭。
全淹没系统的灭火作用是基于在很短的时间内,使防护区充满规定浓度的气体灭火剂,并通过一定时间的浸渍而实现的。因此,要求防护区要有必要的封闭性、耐火性和耐压、泄压能力。全淹没系统对防护区耐压强度的最低的要求是其围护构件立能承受1.2kPa压力差(防护区内外的压力差)。必要的泄压能力是要求在完全密闭的防护区应设泄玉口,以防灭火剂喷放时防护区压力过高对防护区封闭性的破坏。
局部应用灭火系统
向保护对象以设计喷射强度直接喷射灭火剂,并持续一定时间的气体灭火系统称为局部应用系统。
局部应用灭火系统是由一套储存装置在规定的时间内,直接向燃烧着的可燃物体区域喷射一定数量的灭火剂,在燃烧体附近空问内形成局部高浓度的系统。
该类系统在国内的应用,目前仅限于二氧化碳局部应用系统;对于其他局部应用气体灭火系统,尚未制定相关的设计规范。
(三)管网灭火系统:通过管网向防护区喷射灭火剂的气体灭火系统称为管网灭火系统。
(四)预制灭火系统
按一定的应用条件,将灭火剂储存装置和喷嘴等部件预先组装起来的成套气体灭火装置称为预制灭火系统,又称预制灭火装置。
(五)组合分配系统
用一套灭火剂储存装置,通过选择阀等控制组件来保护多个防护区的气体灭火系统称为组合分配系统。它可以保护多个不同时发生火灾的防护区。该系统特点是灭火剂的设计用量只考虑最大防护区灭火剂的需求量,而不是各防护区灭火剂用量的总和,具有较好的经济性,这种结构特点比较适合我国国情。
在气体灭火系统设计中,对于两个或两个以上的防护区往往采用组合分配的系统。
为保证系统的安全可靠,一方面要保证每个防护区的灭火剂用量都能达到设计用量要求(即灭火剂的设计用量由灭火剂用量最多的防护区确定);另一方面要注意一个组合分配系统所保护的防护区数目不宜过多,防护区数目超过一定数量,应配置各用灭火剂。
(六)单元独立系统
单元独立系统是用一套灭火剂储存装置保护一个防护区的系统,它与防护区一一对应,一般由单元独立系统保护的防护区在位置上是独立的,离其他防护区较远,或几个相邻的防护区有同时失火的危险
气体灭火系统的主要组件
气体灭火系统主要是由瓶组、容器阀、选择阀、喷嘴、单向阀、集流管、连接管、安全泄放装置、驱动装置、信号反馈装置、加压装置、手动按钮、气体灭火控制器、火灾探测器、声光警报器等装置组成。
(一)瓶组
1.分类
瓶组按用途分为灭火剂瓶组、驱动气体瓶组、加压气体瓶组。
2.组成
灭火剂瓶组一般包括容器、容器阀、安全泄放装置、虹吸管(惰性气体系统瓶组除外)、灭火剂等 。
安全泄放装置一般设置在容器阀上,也有直接设置在容器上的,但也仅限于焊接容器。虹吸管的内径一般与容器阀的通径相同,为减少阻力损失,虹吸管的下端应有约30度斜口,且棱边倒圆角,为避免沉积的污物进入管道,通常使管端距容器底部约3~8mm。
驱动气体瓶组和加压气体瓶组一般包括容器、容器阀、安全泄压装置、驱动气体(加压气体)、压力显示器等。
3.功能和特点
灭火剂瓶组用来贮存灭火剂,管网系统的瓶组固定在钢瓶架上,通过连接管与系统集流管连接;柜式气体灭火装置的瓶组固定在柜中;悬挂式气体灭火装置的瓶组用固定支座悬挂在保护对象上方。灭火剂瓶组的检漏方法根据瓶组内充装灭火剂特点,一般采用压力方法、称重方法、液位方法等。一般情况下在瓶组内灭火剂质量损失5%或压力损失10%时,就应进行补压或对灭火剂进行补充。
驱动气体瓶组安装在灭火剂瓶组旁。加压气体瓶组安装在被加压的灭火剂瓶组旁。驱动气体瓶组和加压气体瓶组一般采用压力方法进行检漏。当瓶组内气体压力损失10%时就应进行补压。
4.主要参数
瓶组的性能参数(表3―23)包括贮存压力、充装压力、充装密度、工作温度范围等。
5.动作方式
(1)灭火剂瓶组
灭火剂以液态或气态形式储存在瓶组内。当发生火警时,来自驱动气体瓶组的驱动气体通过气驱动器来开启容器阀,灭火剂从容器阀出口喷放;有的灭火剂瓶组上直接安装电磁或电爆型驱动器,当发生火警时,控制器直接给出电启动信号启动电磁或电爆型驱动器,打开容器阀。
(2)驱动气体瓶组
驱动气体以气态形式储存在瓶组内。瓶组上的容器阀装有电磁或电爆型驱动器,当发生火警时,控制器直接给出电启动信号启动电磁或电爆型驱动器,打开容器阀,释放驱动气体。
紧急情况时,可用手指拉住保险扣拉手,将保险扣拉出,拍击手动按钮,即可使容器阀打开动作,直接释放驱动气体。
(3)加压气体瓶组
同灭火剂瓶组。
(二)容器阀(对钢瓶又称瓶头阀)
1.功能
容器阀安装在容器上,具有封存、释放、充装、超压泄放(部分结构)等功能。
2.分类
(1)容器阀按用途可分为:灭火剂瓶组上容器阀、驱动气体瓶组上容器阀、加压气体瓶组上容器阀。
(2)容器阀按密封形式可分为:活塞密封和膜片密封。
(3)容器阀按结构形式可分为:膜片式、自封式、压臂式。
(4)容器阀按启动方式可分为:气动启动型、电磁启动型、电爆启动型、手动启动、机械启动型和组合启动型。
3.各种结构容器阀的工作原理
(1)膜片密封容器阀
(2)自封式容器阀
(3)压臂式容器阀
(4)减压型容器阀
4.主要参数
容器阀的性能参数有公称工作压力、公称直径。
灭火剂瓶组上的容器阀公称工作压力不小于瓶组的最大工作压力,加压单元气体瓶组、驱动气体瓶组上的容器阀公称工作压力应满足设计要求。
对于惰性气体和高压二氧化碳灭火系统,灭火剂瓶组上的容器阀公称直径一般为12mm、15mm、20mm;对于七氟丙烷、三氟甲烷等灭火系统,灭火剂瓶组上的容器阀公称直径一般为25mm、32mm、40mm、50mm、65mm
(三)选择阀(又称分配阀)
1.功能
选择阀用于组合分配系统中,安装在灭火剂释放管道上,由它控制灭火剂释放到相应的保护区。在组合分配系统中每个防护区设一个选择阀。一锻它先于容器阀打开或与容器阀同时打开。
2.分类
(1)选择阀按结构形式可分为:活塞式(图3-73)、球阀式(图3-74)。
2)选择阀按启动方式可分为:气动启动型、电磁启动型、电爆启动型和组合启动型。
3.工作原理
活塞式选择阀由于结构比较简单(类似压臂式容器阀),其工作原理不再讲述。
球阀式选择阀基本下部为球阀,上部为气动执行机构,多为外构件。
4.主要参数
选择阀的性能参数有公称工作压力、公称直径。
GA400-2002标准规定选择阀的公称工作压力不应小于灭火系统的最大工作压力。GB16669-1996标准规定高压二氧化碳灭火系统选择阀的工作压力为12MPa。
常见的有公称直径为25mm、32mm、40mm、50mm、65mm、80mm的规格,100mm以上规格的很少使用。
(四)喷嘴
1.功能
安装在防护区内或保护对象附近,可将灭火剂按一定的流速均匀释放到防护区内或保护对象周围。
液态灭火剂全淹没喷嘴还起到使灭火剂雾化喷射的作用;局部应用喷嘴还能起到定向喷射的作用。
2.分类
喷嘴按应用形式可分为全淹没灭火方式用喷嘴和局部应用灭火方式用喷嘴。
全淹没灭火方式用喷嘴喷出的应是气体;局部应用灭火方式用喷嘴喷出的应是液体或固体,应用较多的是架空型(图3-76a)和槽边型喷嘴(图3-76b),射流型喷嘴应用较少。
(五)单向阀
1.分类
单向阀按安装在管道中的位置可分为灭火剂流通管道单向阀和驱动气体控制管道单向阀。
单向阀按阀体内活动的密封部件型式可分为滑块型、球型和阀瓣型。
2.功能
灭火剂流通管道单向阀装于连接管与集流管之间,防止灭火剂从集流管向灭火剂瓶组返流。
驱动气体控制管道单向阀装于启动管道上,用来控制气体流动方向,启动特定的阀门。
3.主要参数
单向阀的性能参数有公称工作压力、公称直径、最小开启压力等。
GA400-2002标准规定灭火剂流通管道单向阀的工作压力不应小于灭火系统的最大工作压力。驱动气体控制管道单向阀的工作压力不应小于驱动气体瓶组内的最大工作压力。
GB16669-1996标准规定高压二氧化碳灭火系统单向阀的工作压力为15MPa。
灭火剂流通管道单向阀常见的公称直径为15mm、20mm、35mm、32mm、40mm、50mm、65mm等。
驱动气体控制管道单向阀常见的公称直径有6mm、8mm。
S-76,西科斯基打造的第一架纯商用直升机,到底可靠吗?
西科斯基杰出商用直升机的诞生
1975年,西科斯基公司开始意识到他们不能够几乎完全依赖军用直升机订单来维持公司的正常运转,因此,为了增大商用直升机订单在该公司收入中的份额,S-76型直升机应运而生。该机的目标应用场景有多个,包括
①能够承载12名乘客(工人)往返海上石油钻井平台;
②能够承载6名乘客的高端VIP客户运送;
西科斯基公司和其母公司联合飞机公司自筹了该机从设计、开发到认证整个过程所需的所有资金而没有接受任何外部注资。
值得一提的是,S-76型直升机的技术基础正是西科斯基公司在1972年为美国陆军的“通用战术运输系统”(UTTAS;Utility Tactical Transport Aircraft System)所打造的大名鼎鼎的黑鹰直升机(军方代号UH-60,西科斯基公司内部代号S-70)。尤其是S-76继承了黑鹰直升机先进旋翼系统的全部优点,包括特别设计的桨叶翼型分布、扭转分布、桨尖后掠和尖削设计,在材料方面,黑鹰直升机的钛材桨叶大梁设计也被“搬运”到了S-76上,同样被“拿过来用”的还有黑鹰直升机的弹性主旋翼桨毂设计以及交叉梁无轴承尾桨设计。
从总体布局来说,S-76型直升机属于一种中型双发商用直升机,由两台涡轮轴发动机为主旋翼和尾桨提供动力,同时驱动全机的液压系统和机载设备,该机的主旋翼和尾桨都是由4片桨叶构成,其起落架为可收放式起落架。
1975年2月份,HAA(如今被称为HAI,Helicopter Association International,亦即“国际直升机大会”)大会在内华达州的拉斯维加斯举行,会上,西科斯基S-76型直升机首次正式亮相,S-76优美的流线型机身设计结合先进的旋翼技术,使其惊艳全场,而多项新技术的结合使得该机在发动机燃料消耗方面取得了较大的进步,同时也提升了该机在商业运输方面的效率。
该机的VIP行政运输版本还为机舱加入了多重隔音设计,使得其机舱相当安静,乘员完全不需要携带耳机就能直接交流甚至在机舱中进行办公。当时西科斯基推出S-76的目的就是为了取代当时很常见的用于中短途商务客运的小型商务飞机。
开始的时候,西科斯基在UH-60黑鹰直升机的基础上开发了这种商用直升机,并将其命名为S-74,但是之后为了纪念美国建国两百周年,该机被重新定型为S-76 Spirit(精神;虽然不知道为啥从74改为76就算是纪念了)。这种设计可以容纳2名飞行员和12名乘客,以方便海上石油钻井平台工作人员变动的运输需求。早期版本的S-70采用了两台阿利森 Allison 250 C30涡轴发动机提供动力,每台发动机的功率为650马力(起飞功率)。1977年3月13日,S-70的第一架原型机完成了首飞测试。1980年10月9日,西科斯基公司决定放弃Spirit这个名字,因为公司高管发现这个名字被翻译成外语的时候出现了各种意想不到复杂情况(比如说在中文中,Spirit还有幽灵的意思)。
△在一处海上石油钻井平台,S-70正在进行人员轮换的运输工作
该机的第一种生产型号是S-76A型。在1982年,S-76A创造了中型直升机在前飞速度和爬升速度方面的12项世界纪录。其中最引人注目的一项记录就是在一条500公里的封闭赛道上达到了345.7公里的时速。
有不少航空公司运营S-76A型直升机的定期航班,其中班次最多的就是加拿大大不列颠哥伦比亚省温哥华的Helijet国际航空公司,该公司的一架S-76A型直升机(编号:760074)在2012年2月份被公认为世界上运营时间最长的S-76机身,该机的总的飞行时间达到了37025小时。
△编号700074的这架S-76A直升机正在进行着陆
而行政版本的S-76型直升机一度都是财富五百强公司高管们商务出行的首选机型。英国专职运送女王和皇室成员的直升机机队从1998年开始采用一架西科斯基S-76C+型直升机执行相应的运输任务,而在2009年,一架S-76C++(注意多了个“+”号)接手了这项任务。
△英国“女王直升机运输”机队的S-76C++型直升机
空中救护最初也不是S-76直升机的目标市场,但是该机具备较高的前飞速度、较大的航程以及可以容纳两名病人的机载空间,这在当时的空中救护领域可谓是极具竞争力了的,所以很快空中救护就成为了S-76型直升机的任务市场之一。
△S-76直升机的空中救护型号
大量采用UH-60军用黑鹰的尖端技术——S-76的设计特点
△S-76A剖面示意图
S-76型直升机的设计目的是为了海上石油市场提供服务,以满足当时主流的石油勘采商在半径400海里的离岸石油任务中运载12名乘客和2名机组成员的需求,配备漂浮设备,并能实现A类仪表飞行规则。为了满足这些实用需求,西科斯基公司在S-76中大量应用了为美国陆军打造UH-60黑鹰直升机而开发的多种先进技术,其中最主要的就是:钛合金和复合材料打造的主旋翼桨叶、无轴承式复合材料尾桨、双线式减振器和简化的主旋翼传动系统。
主旋翼的特点:S-76型直升机的主旋翼桨叶主要由复合材料构成,其大梁为钛材打造,中空设计,是等离子弧焊接和热成型的椭圆形设计,桨叶外表包裹了玻璃纤维蒙皮,空腔内部则有Nomex蜂窝材料填充。S-76直升机桨叶采用SC1095翼型,其桨叶的扭转分布为非线性扭转,其扭转设计可以使得悬停状态下桨叶的气动载荷分布更为均匀,从而提升其悬停效率。桨叶叶尖采用后掠下反设计,有利于提升飞行速度和降低噪音。
△S-76直升机主旋翼桨叶结构细节
Delta-3设计:为了提升S-76的搭乘品质(也就是提高稳定性和减小振动水平)其旋翼系统还设计了最大的17°的桨距锥度角。这种角度设计在直升机旋翼设计中一般被称为“Delta-3”(或者δ3),其本质是为了解决桨叶挥舞过程中与桨叶变距存在的耦合关系。换句话说,当桨叶在紊流中挥舞的时候,Delta-3角的存在就能够消除部分变距角带来的负面影响,以此来防止桨尖失速,从而使得该机飞的更平稳,提升搭乘品质。S-76是通过一个集成移相器的复杂混合单元来纳入“Delta-3”设计的。
△S-76飞行控制和混合器示意图
无轴承式尾桨:S-76的复合材料无轴承式尾桨主要结构单元为横梁式翼梁。横梁式尾桨的设计是为了充分利用单向碳纤维复合材料的特殊性能。尾桨主要由两套组件构成,每套组件都包含两片桨叶,因而尾桨总计4片桨叶。连接两片相对的桨叶的中间梁也是由单向碳纤维复合材料制成,截面形状为矩形。中间梁在挥舞和扭转方向是柔性的,但是在摆振(切向)方向则是非常刚硬的。中间梁伸入到尾桨桨叶内部,通过螺栓紧固,两套尾桨组件的中间梁也呈直角夹紧,形成完整的尾桨。由于不存在各种铰链设计,所以这种无轴承式尾桨规避了很多铰接式旋翼的不稳定性问题,同样也不需要润滑,维护量也极低。
△S-76直升机的尾桨结构细节
传动系统:主齿轮箱的最终减速器是一个带有两个正齿轮的从动齿轮。这比之前西科斯基公司广泛应用在直升机上的行星齿轮系统要简单得多。S-76每台发动机都有一套单独的动力传动系统,各自的系统都会通过一个单齿轮和斜齿式齿轮啮合连接到大齿轮上。尾部的传动系统默认由左侧发动机动力系统来驱动,但是如果左侧发动机出现故障的话,右侧发动机可以通过大齿轮连接到斜齿式齿轮上来驱动尾部传动系统。相比传统的行星齿轮系统,使用大从动齿轮系统可以显著降低轴承和齿轮的数量。这一设计降低了S-76直升机的总体成本,也提升了该机的可靠性。
△S-76直升机主齿轮箱传动系统示意图
主旋翼桨毂:主旋翼桨毂是由弹性轴承和双线吸振器组成的单件铝锻成型件。双线吸振器被调整到不同的频率,从而在源头上抑制振动,避免旋翼振动传递给机身,从而减少机舱噪音和保护机身免受振动破坏。
△S-76直升机主旋翼桨毂和双线式减振器
机身:S-76直升机的机身外形经过特别的气动优化设计来降低废阻力以此来提升效率。该机也是西科斯基直升机首次在机身制造中大量采用平头铆钉。总的来说,S-76可谓是第一架广泛使用先进复合材料的西科斯基商用直升机。其发动机进气道和整流罩中采用了凯夫拉纤维,这种材料的重量是玻璃纤维的一半,而强度则堪比玻璃纤维的两倍。
△S-76直升机中应用了大量的复合材料设计
不仅仅只是一架商用直升机——S-76的试验性探索
①SHADOW(缩写,全称为:Sikorsky Helicopter Advance Demonstrator of Operator Workload):一架S-76A直升机的机头被加装了一个额外的座舱系统,这个设计虽然看起来非常的“奇葩”,但事实上确实为大名鼎鼎的RAH-66科曼奇隐身直升机测试全新的电传操纵飞行控制系统。而在该机原本的座舱中,也坐着被称为“安全飞行员”的操作员,他们存在的意义就是在测试中的“电传操纵飞控系统”出现任何问题的时候接手全机的操纵权限,确保该机的飞行安全。
“SHADOW”系统被用于测试三轴和四轴侧臂控制器。它还被用来测试了先进的飞行控制概念,比如说“速度保持”命令,该命令允许飞行员释放手中的操纵杆,而直升机能够继续保持在设定的速度下自主飞行。这些新的飞控概念出现的目的是为了最大限度减少飞行员的工作量,以便其能够集中精力来执行其他任务,而不需要将大部分精力“浪费”在直升机的操纵和飞行上。
△改装成“SHADOW”概念的S-76A直升机
②Fantail(涵道风扇尾桨概念):这是一种试验性质的S-76B,最主要的改动就是采用了涵道风扇尾桨的设计,其实这也是为了打造RAH-66科曼奇隐身直升机而进行的预先设计研究。美国军方要求这种设计的直升机能够在高温、高海拔并有45节侧风的条件下,在6秒钟内完成180°的急转弯。为了实现这一需求,西科斯基公司为“Fantail”直升机打造了一个相当强大的涵道风扇尾桨,使得该机能够以时速70英里(约112.7公里)实现侧飞。
?△S-76B涵道尾桨直升机
集成来自军用版UH-60黑鹰直升机的多项先进技术,S-76直升机在安全性和可靠性方面一直都记录良好,并且作为可靠的贵宾和商务运输航空器而享有盛誉。这也是科比选择这型直升机作为其私人座驾的重要原因... ...
可惜的是,你永远不知道下一秒会发生什么,这个世界上也从来不会有“绝对安全”的运输工具出现,且行且珍惜。
不仅仅是商用直升机,科比座驾西科斯基S-76直升机探源
西科斯基杰出商用直升机的诞生
1975年,西科斯基公司开始意识到他们不能够几乎完全依赖军用直升机订单来维持公司的正常运转,因此,为了增大商用直升机订单在该公司收入中的份额,S-76型直升机应运而生。该机的目标应用场景有多个,包括
①能够承载12名乘客(工人)往返海上石油钻井平台;
②能够承载6名乘客的高端VIP客户运送;
西科斯基公司和其母公司联合飞机公司自筹了该机从设计、开发到认证整个过程所需的所有资金而没有接受任何外部注资。
值得一提的是,S-76型直升机的技术基础正是西科斯基公司在1972年为美国陆军的“通用战术运输系统”(UTTAS;Utility Tactical Transport Aircraft System)所打造的大名鼎鼎的黑鹰直升机(军方代号UH-60,西科斯基公司内部代号S-70)。尤其是S-76继承了黑鹰直升机先进旋翼系统的全部优点,包括特别设计的桨叶翼型分布、扭转分布、桨尖后掠和尖削设计,在材料方面,黑鹰直升机的钛材桨叶大梁设计也被“搬运”到了S-76上,同样被“拿过来用”的还有黑鹰直升机的弹性主旋翼桨毂设计以及交叉梁无轴承尾桨设计。
从总体布局来说,S-76型直升机属于一种中型双发商用直升机,由两台涡轮轴发动机为主旋翼和尾桨提供动力,同时驱动全机的液压系统和机载设备,该机的主旋翼和尾桨都是由4片桨叶构成,其起落架为可收放式起落架。
1975年2月份,HAA(如今被称为HAI,Helicopter Association International,亦即“国际直升机大会”)大会在内华达州的拉斯维加斯举行,会上,西科斯基S-76型直升机首次正式亮相,S-76优美的流线型机身设计结合先进的旋翼技术,使其惊艳全场,而多项新技术的结合使得该机在发动机燃料消耗方面取得了较大的进步,同时也提升了该机在商业运输方面的效率。
该机的VIP行政运输版本还为机舱加入了多重隔音设计,使得其机舱相当安静,乘员完全不需要携带耳机就能直接交流甚至在机舱中进行办公。当时西科斯基推出S-76的目的就是为了取代当时很常见的用于中短途商务客运的小型商务飞机。
开始的时候,西科斯基在UH-60黑鹰直升机的基础上开发了这种商用直升机,并将其命名为S-74,但是之后为了纪念美国建国两百周年,该机被重新定型为S-76 Spirit(精神;虽然不知道为啥从74改为76就算是纪念了)。这种设计可以容纳2名飞行员和12名乘客,以方便海上石油钻井平台工作人员变动的运输需求。早期版本的S-70采用了两台阿利森 Allison 250 C30涡轴发动机提供动力,每台发动机的功率为650马力(起飞功率)。1977年3月13日,S-70的第一架原型机完成了首飞测试。1980年10月9日,西科斯基公司决定放弃Spirit这个名字,因为公司高管发现这个名字被翻译成外语的时候出现了各种意想不到复杂情况(比如说在中文中,Spirit还有幽灵的意思)。
△在一处海上石油钻井平台,S-70正在进行人员轮换的运输工作
该机的第一种生产型号是S-76A型。在1982年,S-76A创造了中型直升机在前飞速度和爬升速度方面的12项世界纪录。其中最引人注目的一项记录就是在一条500公里的封闭赛道上达到了345.7公里的时速。
有不少航空公司运营S-76A型直升机的定期航班,其中班次最多的就是加拿大大不列颠哥伦比亚省温哥华的Helijet国际航空公司,该公司的一架S-76A型直升机(编号:760074)在2012年2月份被公认为世界上运营时间最长的S-76机身,该机的总的飞行时间达到了37025小时。
△编号700074的这架S-76A直升机正在进行着陆
而行政版本的S-76型直升机一度都是财富五百强公司高管们商务出行的首选机型。英国专职运送女王和皇室成员的直升机机队从1998年开始采用一架西科斯基S-76C+型直升机执行相应的运输任务,而在2009年,一架S-76C++(注意多了个“+”号)接手了这项任务。
△英国“女王直升机运输”机队的S-76C++型直升机
空中救护最初也不是S-76直升机的目标市场,但是该机具备较高的前飞速度、较大的航程以及可以容纳两名病人的机载空间,这在当时的空中救护领域可谓是极具竞争力了的,所以很快空中救护就成为了S-76型直升机的任务市场之一。
△S-76直升机的空中救护型号
大量采用UH-60军用黑鹰的尖端技术——S-76的设计特点
△S-76A剖面示意图
S-76型直升机的设计目的是为了海上石油市场提供服务,以满足当时主流的石油勘采商在半径400海里的离岸石油任务中运载12名乘客和2名机组成员的需求,配备漂浮设备,并能实现A类仪表飞行规则。为了满足这些实用需求,西科斯基公司在S-76中大量应用了为美国陆军打造UH-60黑鹰直升机而开发的多种先进技术,其中最主要的就是:钛合金和复合材料打造的主旋翼桨叶、无轴承式复合材料尾桨、双线式减振器和简化的主旋翼传动系统。
主旋翼的特点:S-76型直升机的主旋翼桨叶主要由复合材料构成,其大梁为钛材打造,中空设计,是等离子弧焊接和热成型的椭圆形设计,桨叶外表包裹了玻璃纤维蒙皮,空腔内部则有Nomex蜂窝材料填充。S-76直升机桨叶采用SC1095翼型,其桨叶的扭转分布为非线性扭转,其扭转设计可以使得悬停状态下桨叶的气动载荷分布更为均匀,从而提升其悬停效率。桨叶叶尖采用后掠下反设计,有利于提升飞行速度和降低噪音。
△S-76直升机主旋翼桨叶结构细节
Delta-3设计:为了提升S-76的搭乘品质(也就是提高稳定性和减小振动水平)其旋翼系统还设计了最大的17°的桨距锥度角。这种角度设计在直升机旋翼设计中一般被称为“Delta-3”(或者δ3),其本质是为了解决桨叶挥舞过程中与桨叶变距存在的耦合关系。换句话说,当桨叶在紊流中挥舞的时候,Delta-3角的存在就能够消除部分变距角带来的负面影响,以此来防止桨尖失速,从而使得该机飞的更平稳,提升搭乘品质。S-76是通过一个集成移相器的复杂混合单元来纳入“Delta-3”设计的。
△S-76飞行控制和混合器示意图
无轴承式尾桨:S-76的复合材料无轴承式尾桨主要结构单元为横梁式翼梁。横梁式尾桨的设计是为了充分利用单向碳纤维复合材料的特殊性能。尾桨主要由两套组件构成,每套组件都包含两片桨叶,因而尾桨总计4片桨叶。连接两片相对的桨叶的中间梁也是由单向碳纤维复合材料制成,截面形状为矩形。中间梁在挥舞和扭转方向是柔性的,但是在摆振(切向)方向则是非常刚硬的。中间梁伸入到尾桨桨叶内部,通过螺栓紧固,两套尾桨组件的中间梁也呈直角夹紧,形成完整的尾桨。由于不存在各种铰链设计,所以这种无轴承式尾桨规避了很多铰接式旋翼的不稳定性问题,同样也不需要润滑,维护量也极低。
△S-76直升机的尾桨结构细节
传动系统:主齿轮箱的最终减速器是一个带有两个正齿轮的从动齿轮。这比之前西科斯基公司广泛应用在直升机上的行星齿轮系统要简单得多。S-76每台发动机都有一套单独的动力传动系统,各自的系统都会通过一个单齿轮和斜齿式齿轮啮合连接到大齿轮上。尾部的传动系统默认由左侧发动机动力系统来驱动,但是如果左侧发动机出现故障的话,右侧发动机可以通过大齿轮连接到斜齿式齿轮上来驱动尾部传动系统。相比传统的行星齿轮系统,使用大从动齿轮系统可以显著降低轴承和齿轮的数量。这一设计降低了S-76直升机的总体成本,也提升了该机的可靠性。
△S-76直升机主齿轮箱传动系统示意图
主旋翼桨毂:主旋翼桨毂是由弹性轴承和双线吸振器组成的单件铝锻成型件。双线吸振器被调整到不同的频率,从而在源头上抑制振动,避免旋翼振动传递给机身,从而减少机舱噪音和保护机身免受振动破坏。
△S-76直升机主旋翼桨毂和双线式减振器
机身:S-76直升机的机身外形经过特别的气动优化设计来降低废阻力以此来提升效率。该机也是西科斯基直升机首次在机身制造中大量采用平头铆钉。总的来说,S-76可谓是第一架广泛使用先进复合材料的西科斯基商用直升机。其发动机进气道和整流罩中采用了凯夫拉纤维,这种材料的重量是玻璃纤维的一半,而强度则堪比玻璃纤维的两倍。
△S-76直升机中应用了大量的复合材料设计
不仅仅只是一架商用直升机——S-76的试验性探索
①SHADOW(缩写,全称为:Sikorsky Helicopter Advance Demonstrator of Operator Workload):一架S-76A直升机的机头被加装了一个额外的座舱系统,这个设计虽然看起来非常的“奇葩”,但事实上确实为大名鼎鼎的RAH-66科曼奇隐身直升机测试全新的电传操纵飞行控制系统。而在该机原本的座舱中,也坐着被称为“安全飞行员”的操作员,他们存在的意义就是在测试中的“电传操纵飞控系统”出现任何问题的时候接手全机的操纵权限,确保该机的飞行安全。
“SHADOW”系统被用于测试三轴和四轴侧臂控制器。它还被用来测试了先进的飞行控制概念,比如说“速度保持”命令,该命令允许飞行员释放手中的操纵杆,而直升机能够继续保持在设定的速度下自主飞行。这些新的飞控概念出现的目的是为了最大限度减少飞行员的工作量,以便其能够集中精力来执行其他任务,而不需要将大部分精力“浪费”在直升机的操纵和飞行上。
△改装成“SHADOW”概念的S-76A直升机
②Fantail(涵道风扇尾桨概念):这是一种试验性质的S-76B,最主要的改动就是采用了涵道风扇尾桨的设计,其实这也是为了打造RAH-66科曼奇隐身直升机而进行的预先设计研究。美国军方要求这种设计的直升机能够在高温、高海拔并有45节侧风的条件下,在6秒钟内完成180°的急转弯。为了实现这一需求,西科斯基公司为“Fantail”直升机打造了一个相当强大的涵道风扇尾桨,使得该机能够以时速70英里(约112.7公里)实现侧飞。
?△S-76B涵道尾桨直升机
集成来自军用版UH-60黑鹰直升机的多项先进技术,S-76直升机在安全性和可靠性方面一直都记录良好,并且作为可靠的贵宾和商务运输航空器而享有盛誉。这也是科比选择这型直升机作为其私人座驾的重要原因... ...
可惜的是,你永远不知道下一秒会发生什么,这个世界上也从来不会有“绝对安全”的运输工具出现,且行且珍惜。