小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共4598字，55图。预计阅读时间：30分钟。
今天（2017年10月23日）是休斯公司首款直升机XH-17首飞65周年的纪念日。这款与北京航空航天大学同岁的直升机自诞生之日起就创造了世界纪录，但是，因种种原因，该机早已湮没在历史的长河中。
小火箭今天在该机首飞纪念的日子里重提XH-17，谨以此文献给所有热爱飞行器的好友以及所有依然怀有探索热情的工程师。
需求
提起霍华德·休斯，小火箭好友们或许还能记起小火箭在公号文章《两次奔月！一颗传奇废弃卫星的自我救赎之路》中提到的休斯本人以及休斯公司的种种传奇。
而提起休斯直升机，大家第一印象或许是这两款：
休斯OH-6直升机，在竞标中战胜了贝尔和席勒公司，成为一代优秀轻型直升机的代表。
OH-6的绰号为Cayuse，目前比较通用的译法是印第安种小马。而小火箭个人认为，为了符合美国直升机常以印第安部落为名的习惯，应回归其本意，译作：卡尤塞。
休斯AH-64阿帕奇直升机，在竞标中战胜了洛克希德、波音、西科斯基和贝尔4家劲敌，在很长一段时间内成为了先进武装直升机的代名词。
这就是传奇的阿帕奇战士杰罗尼莫。
直到如今，有些人在跳伞的时候，仍会高喊“杰罗尼莫”（尤其是美军伞兵），就是希望杰罗尼莫的勇敢和细致能够给人带来好运。
在卡尤塞和阿帕奇之前，休斯公司最早的直升机是什么样子的？又是怎样的契机让休斯开始进军直升机行业的呢？
这就得从美国空军的前身：美国陆军航空队开始说起了。
美国陆军航空队在1944年达到全盛时期，拥有带编制人员240万，各型飞机近8万架，各种规模的永久军事基地783个。
在第二次世界大战期间，万机大轰炸、空投原子弹等大手笔让陆军航空队变得越来越豪迈。
以B-29超级空中堡垒为代表的翼展达43.06米，最大起飞重量为60.56吨的重型轰炸机吊高了人们的胃口。
而反观直升机，无论是尺寸还是技术含量，都显得有些落伍了。上图为诞生在第二次世界大战期间的西科斯基R-4直升机。
第二次世界大战结束后，人类工程师对航空技术的信心开始暴涨。世界各地的空气动力学和航空发动机的测试设备也开始如雨后春笋般建设起来。
上图为兰利实验室的全尺寸风洞正在对西科斯基R-4直升机进行吹风试验。
美国陆军航空队认为，时机到来了。于是他们基于未来的作战运输与工业建设的需要，提出了这样的指标：
能够垂直吊运4.5吨的货物；
能够在1000米高度可靠悬停；
能够以104公里/时的速度飞行；
能够持续飞行100英里（160公里）。
仔细看上述4项指标的话，熟悉直升机技术发展史的小火箭好友们会发现，其中对飞行速度和续航能力的要求并不算过分。
早在1942年，首飞成功的西科斯基R-4直升机就能够以65英里/时（104公里/时）的速度持续飞行210公里了。
当然，要是把垂直吊运4.5吨货物的指标压给R-4的话，一定就吓尿了。要知道，这小家伙的空重仅为0.952吨啊。
通过和当时的主流直升机的指标进行比较，我们可以大概了解美国陆军航空队的初衷了：
在能够维持与主流直升机相当的飞行速度的基础上，大幅提升吊运能力，成为战略级的直升机。
设计
实际上，也就是一个字：大。
这么重的吊运指标，按当时的技术水平，只能把直升机做得非常大才行。西科斯基公司没有接这个单子。
而休斯公司则瞅准了，机会来了！
休斯公司以创造世界纪录而闻名。上图和上上图为休斯在第二次世界大战期间研发的H-4大力神运输机（后人另起江湖称号为：云杉鹅）。
休斯组织了大量工程师和才华横溢的设计师开始摩拳擦掌，准备进军直升机行业。
然而，1947年，也就是美国陆军航空队提出4项指标1年后，奇力公司的工程师前来拜访休斯。
奇力公司是个比较传奇的公司，他们有大量关于旋翼的好点子。上图就是奇力出品的K-2旋翼机。
奇力的工程师此行的目的就是向休斯推销他们的设计。
奇力公司设计了一个能够满足4.5吨吊运指标的旋翼系统方案：
硕大无比的一对旋翼抓住了休斯的心。
在奇力的方案中，直升机的旋翼工作面的直径达39.62米！
B-17战略轰炸机的翼展是31.62米。也就是说，奇力的方案中，旋翼的尺寸比B-17的翼展还要长出整整8米！
休斯微笑了，这方案我要了。你们整个工程师团队，我也要定了。
4.5吨的吊运能力，需要直升机的动力系统有足够的功率。而对于采用传统布局的单旋翼直升机来说，如上图那架贝尔47，需要有一个尾桨来平衡直升机主旋翼带来的旋转力矩。
尾桨通常要分得整架直升机10%的功率。这部分功率仅仅用作维持直升机的平衡，用于力矩的左右互搏。看似有些浪费，但却不可或缺。
但是，奇力的工程师有办法，他们可以把发动机95%以上的功率都分给主旋翼，尽量提升直升机的吊装能力。
这就是休斯XH-17直升机。
注意上图XH-17直升机桨叶的外端后缘的锯齿结构。
小火箭在这里要强调的是：XH-17直升机根本就没有采用传统的直升机方案，而是将两台涡喷发动机的高温燃气导入到硕大的桨叶中，然后从桨叶尖端的后缘向外喷出来产生让旋翼转动的动力。
上图的锯齿结构就是高温燃气的喷嘴。
主旋翼转动的动力来自桨尖的高温高速喷流而不是旋翼转轴，稍有理论力学知识的人都能立刻意识到：哈！可以取消尾桨了！
这种反常规的设计让休斯很喜欢，当然在那个年代，或许也只有休斯这样的全球首富与好莱坞大亨才有足够的财力和情怀来支撑这样的项目。
制造
熟悉人类航空发展史的好友们知道，休斯公司的H-4云杉鹅虽然设计初衷为在第二次世界大战期间，在遍布U艇狼群的大西洋上空运送战略物资，但是，其首飞日期则一拖再拖，到战争胜利也没能真正首飞。
实际上，在休斯拿下奇力的工程师们3个月之后，在1947年11月2日，云杉鹅这架传奇的运输机才终于等到了展示她曼妙身姿的机会。
休斯不想让XH-17直升机也面临H-4运输机的命运。他准备另辟蹊径，用各种方式来让XH-17直升机早日试飞。
既然总体设计方案已经有了，那么，节省时间的工作就留给制造流程了。
休斯想到了一个好主意：用现有的成熟的系统来配合XH-17的旋翼系统。
也就是说，旋翼新造，其他的能借用就借用。
让我们仔细看看XH-17直升机，看看有哪些分系统是借用的吧！
小火箭用红色圈出的XH-17直升机的驾驶舱，是不是有些面熟？
嗯，XH-17直升机的驾驶舱的外壳是从CG-15军用滑翔机上拆下来的。有关此类飞行器，详见小火箭的公号文章《还记得＂军用滑翔机＂这种飞行器么？》。
XH-17直升机的起落架造型独特，非常长。全机高度9.17米中，有三分之一是她的起落架贡献的。
可以并排放下两辆小轿车的大长腿令人印象深刻，仔细看的话，我们觉得同样有些面熟。
哈！XH-17的两个前起落架实际上来自一架B-25轰炸机。只不过，为了直升机总体的需要， B-25的起落架做了一些修改（主要就是延长了很多）。
直升机在带有非常重的载荷时，会出现难以垂直起飞的情况。此时如果场地条件许可的话，可以进行类似固定翼飞机那样的滑跑起飞。
为了让XH-17在滑跑起飞的时候拥有足够的稳定性，休斯为她挑选了强壮的后起落架。
XH-17直升机的后起落架来自一架C-54空中霸王军用运输机。
用一架最大起飞重量足足有33吨的固定翼军用运输机的主起落架来作为XH-17的后起落架，足见休斯对XH-17的期望之深。
为了保证XH-17在拥有强大的吊装能力的前提下有足够的航程，需要配备足够大的油箱。
休斯找了好几款运输机和轰炸机型号，最终还是看中了美国当时的载重量、巡航速度和航程综合指标最优的轰炸机B-29。
嗯，XH-17直升机的油箱是从B-29轰炸机上拆下来的。
虽然理论上，采用桨尖喷气动力的直升机的主轴是被动轴不是驱动轴，因此无需配备尾桨来平衡力矩，但是为了进一步简化设计，休斯和奇力团队还是给XH-17配备了尾桨。
这个小小的尾桨用来在空中控制直升机的飞行方向。
当然，为了加快XH-17直升机的研制进度，这样的小尾桨，休斯也没有专门研发。而是直接把一架西科斯基H-19的尾桨拆下来借用了。
值得一提的是，上述借用都已经打过了招呼并对相关专利有过充分考虑的。
XH-17的动力来源为2台通用电气的J35涡喷发动机。
J35涡喷发动机原本是为F-84战斗机设计的。不带加力燃烧室的版本，净重1.05吨。在8000转每分钟的工况下，可持续提供24.91千牛的推力。
F-84战斗机上配备1台J35涡喷发动机。而XH-17直升机上有2台。
就这样，采用了F-84战斗机的J35涡喷发动机为动力来源，采用B-25轰炸机的主起落架为前起落架，使用C-54军用运输机的主起落架为后起落架，借用了CG-15军用滑翔机的驾驶舱和H-19直升机的尾桨还有B-29战略轰炸机的油箱，拥有世界上最大的旋翼系统的独一无二的XH-17诞生了！
首飞
公元1952年10月23日，加利福尼亚州卡尔弗城，休斯XH-17直升机首飞成功！
2台J35涡喷发动机灼热的喷流从XH-17硕大的桨叶尖端后缘处喷出，赋予桨叶每分钟88转的转速。
转动的桨叶在给出创造了世界纪录的39.62米直径旋翼系统的同时，也给直升机带来了巨大的升力。
1952年10月23日的首飞成功后，霍华德·休斯、相关的军官以及XH-17的3名机组人员的合影。
尾声
在军官和众多记者的见证下，休斯的工程师们迎来了值得他们骄傲的时刻：
XH-17携带一辆重达10284.1磅（4.665吨）的卡车拔地而起，以137公里/时的速度急速飞驰。
从吊装能力和飞行速度的指标来看，XH-17完全没问题。
让我们和小火箭一起再回顾一下1946年美国陆军航空队提出的4项指标吧：
能够垂直吊运4.5吨的货物；
能够在1000米高度可靠悬停；
能够以104公里/时的速度飞行；
能够持续飞行100英里（160公里）。
XH-17的悬停高度能够达到1000米的指标要求么？
没问题！
XH-17直升机能够以8.4米/秒的爬升率爬到3995米的高度并稳稳地悬停。
XH-17，机身长16.251米，旋翼直径39.62米，机高9.17米。
全机空重12.956吨，
最大起飞重量可达19.731吨。
这些指标都很亮眼。
但是，有一项指标不达标。
那就是续航距离。
尽管XH-17直升机采用了B-29战略轰炸机的硕大无比的油箱，但是工程师们还是低估了2台涡喷发动机在为桨尖喷气提供高温高压燃气时的耗油量。
满载燃油的XH-17直升机也只能飞40英里，也就是64公里，仅仅是预定指标的40%。
这就尴尬了：
如果要满足航程需求，势必加大油箱，而这直接牺牲掉的就是直升机的吊运能力和巡航速度。
不甘心的休斯给出了该机的方案：
加大机身，将XH-17的19.731吨的最大起飞重量进一步突破，达到47吨！
上图就是拉回厂房进行检修的XH-17直升机。而她后面，是正在试制中的47吨级的XH-28直升机。
XH-17直升机自1952年10月23日首飞以来，不断进行测试，甚至在1953年尝试了23吨最大起飞重量的挑战。她完成了超出设计要求的多项测试，但是，这些超高强度的测试也最终摧残了她的身体。
1955年，XH-17直升机，这架将最大的单个旋翼系统的世界纪录保持到了今天的传奇直升机被拆解，只留下无限感慨。
而XH-28直升机的项目也最终中止了。
桨尖喷气的驱动方式被其他几款直升机所沿用，但终究没能抵过如今传统式直升机布局的主流趋势。
而奇力和休斯的货运直升机的理念，最终被西科斯基的两款直升机实现了。
当然，小火箭在本文提到的休斯和西科斯基，如今在直升机领域都不再作为独立的公司存在了，这也是一件令人唏嘘不已的事情吧！
在1984年，休斯直升机被麦道公司收购，后随麦道辗转卖给了波音。
而西科斯基公司去哪里了呢？看她如今的标志就知道了：西科斯基在洛克希德马丁的五星之下，另有一行小字，写着：一家洛克希德马丁的公司。
2015年11月，西科斯基被洛克希德·马丁公司收购。
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