155吨的“世界第一环”，能不能用最大载重5吨的直-8吊运？

文/丁尹

在历经近12个小时的运输之后，“世界第一环”终于抵达了山东港口潍坊港，它将在该港口“坐上”轮渡，并加固之后，最终运往大连继续后续的加工。

对于这个直径16米，重达155吨的庞然大物（约等于三架满载的波音737客机）而言，在这将近12个小时的运输过程中，它需要通过扒开的护栏进高速，穿过被临时关闭的15个高速站口，经过多条省道、国道以及农村道路，其中还包括多座桥梁、涵洞，行车速度一度保持在每小时几公里，运输挑战极大。

那么问题来，既然陆地运输这么困难，为什么不考虑用直升机吊运这个大家伙呢？是不能通过直升机吊运吗？我将从两个方面来讨论下这个问题：

• ① 为什么要选择直升机吊运？

• ② 怎么样通过直升机吊运？

为什么要考虑用直升机吊运？

两点之间直线距离最短

▲从山东伊莱特重工到潍坊港的地图路线

▲从山东伊莱特重工到潍坊港的直线距离

两点之间直线距离最短，这是我们在小学课本里就学过的知识。事实也的确如此，从地图上看，山东伊莱特重工有限公司到潍坊港的驾车路线最短也有207.8公里，这还基本都是走高速，但是运输“世界第一环”的超大运输车却不能全程走高速，很多地方还得都村道，这进一步增加了运输距离。

相比之下，从伊莱特重工到潍坊港其直线距离只有153.5公里出头，比最短的高速驾车路线还要少了54.3公里。

除了距离之外，速度也是一个非常重要的因素。由于“世界第一环”重量极大，这就意味着其惯性极大，地面车辆行驶的速度必须控制在一个很小的值，否则在经过不够平整的路面时候，将存在巨大的安全隐患。

据报道，该运输车速度一度保持在每小时几公里，这也就是正常人步行的速度了，因此，运输车队耗费了将近12小时才抵达潍坊港。

如果采用直升机吊运的话，就不存在“路面颠簸”之类的问题，即便是为了保证安全飞行，也不至于需要将速度控制到每小时几公里。

不影响/不破坏地面正常交通

除了缩短运输距离、提高运输速度之外，通过直升机吊运的方式来运输“世界第一环”还有一个显著的好处就是可以不破坏地面设施、不影响地面正常交通。

文章开头就说了，为了确保“世界第一环”的运输，运输车队拆掉了不少高速的隔离带，专门开辟了小路让106轮的运输车开上高速。这辆运输车在高速上要独占4个车道，所以根本不可能同时让其他车辆通行，为此，在运输车经过的路段上，有15个高速站口被临时管控。

尽管在各方面的努力之下，运输“世界第一环”对地面交通设施和地面交通车辆的影响已经控制到了最低水平，但是影响仍然是实实在在存在的。而如果能够改用直升机吊运的话，这一问题直接就不存在了。

直升机只要将“世界第一环”起吊到合适的高度，可以在完全不影响任何地面交通的情况下，将“世界第一环”稳当地运送到潍坊港，经济快速又便民，实乃上策。

那么问题就来了，有这样的直升机可以吊运这么巨大的“世界第一环”吗？

怎样用直升机吊运155吨的世界第一圈

当前世界上在使用中的直升机里面，起重能力最大的毫无疑问是俄罗斯的米-26重型直升机，其最大起飞重量56吨，最大运载能力在20吨上下，这比起155吨的“世界第一环”可谓是“小巫见大巫”。历史上载重最大的直升机米里V-12，其最大运载能力也只有40吨，想要吊起“世界第一环”实在是不可能。

那有没有其他方法呢？有，但不是靠某一架直升机，而是要靠一个直升机编队的协同工作，才能够吊起这样的庞然大物，这种直升机编队吊挂重物的方法在咱们专业领域叫做“多机吊挂”。

美国从上世纪70到80年代开始就对“多机吊挂”这种方案进行过系统化的研究，涉及的方案包括把直升机搭配飞艇执行吊运任务、多架直升机通过一些机构固定在一起来吊起重物、直升机用吊索各自拉住重物的不同部分然后吊起等。

方案一：直升机搭配飞艇吊运

▲ NASA在1975年的报告([1])中提出的空舰(Airship)的概念

从NASA1975年发布的一份报告可以看到，当时美国的直升机设计师提出了一种空舰的概念，意思就是一种航空用的大型舰船，可以承载较大的重量。从图中可以看到三种空舰设计。

上面图中，左侧一种是四架CH-47支奴干重型直升机共同吊运一个重物，正中间再通过一个巨大的气球提供一个显著的升力，来分担直升机所需提供的升力，从而使得直升机能够吊运起更重的物体。

上图右下侧是在一架常规的单旋翼直升机主旋翼上方加装一个大气球，通过这个气球给直升机提供升力来解决直升机升力不够的问题，从而使得直升机能够吊起更大的重物。

上图右上侧是一架CH-47支奴干重型直升机搭配一架飞艇来实现重物的吊运工作，其中飞艇需要承担绝大部分升力的供应，而支奴干则在提供部分升力的同时，起到一个航向牵引的作用。

当时直升机的飞行控制系统还比较简陋，操纵性和稳定性都无法和今日的直升机相提并论，而且气球、飞艇的抗风性都比较差，就算直升机能控制住自己，也很难同时控制住气球或者飞艇，所以NASA的这份报告中提到的方案，很难在当时实现。

▲美国皮亚塞基公司在美国海军合同下开发的Helistat飞行系统

到80年代初，美国飞行器制造公司皮亚塞基在总结了上述这些方案的问题之后，和美国海军签署了一份合同，正式开发了一套叫做Helistat 的重型运输系统，如上图所示。这种重型运输系统最大的特点就是尽管采用了4架H-34J直升机和1艘飞艇，但是直升机和飞艇之间是通过钢架固定连接的，因此，直升机能够在一定程度上实现对飞艇的控制，整个系统的抗风、抗扰动能力要强许多。

但是，皮亚塞基在Helistat 方案中采用的四架西科斯基H-34J直升机，其飞行控制系统受限于当时的技术，很难做到四机的完美协同配合，在一次飞行测试中，仅有的一架原型机发生事故而坠毁，该项目也随即中断。

方案二：多个直升机协同吊运

在“多机吊挂”的研究历史上，美国陆军投入了大量的精力和经费，这很大一部分原因是早期的直升机载重能力较弱，单机无法吊运美国陆军的战车等装备，所以美国陆军才考虑多机方案来解决这一问题。

▲美国皮亚塞基公司给美国陆军开发的多机吊挂重型运输系统MHHLS

这里又得再次提到皮亚塞基公司，他们也给美国陆军做过一套多机吊挂重型运输系统，被称为MHHLS，这是“多个直升机重型运输系统”的英文缩写。美国陆军希望通过这种重型运输系统，将其当时的主战坦克（62吨级）通过吊运的方式投送到战场。

不过就凭四架CH-53D的组合，美国陆军这一希望估计也得落空，毕竟CH-53D最大外挂载荷在3.6吨上下，4架组合起来，最大外挂载荷也不可能超过15吨，如果考虑到多机之间的干扰影响，这个数值还得进一步下降，当然，这个MHHLS 系统只是验证原型，如果可行的话，美国陆军肯定乐意多架几架CH-53D进去，从而最大化这套系统的吊运能力。

▲两架CH-53D纵向组合的多机吊挂方案

▲两架CH-53D横向组合的多机吊挂方案

▲两架伏托尔“飞行香蕉”组合的多机吊挂方案

除了MHHLS 之外，美国陆军、海军还研究过多种方案，包括两架CH-53D的纵向和横向组合([2]) ，还有两架伏托尔“飞行香蕉”纵列式直升机的组合。这些尝试大多采用了在直升机之间加装钢架固连的方式来运送货物，大大拓宽了直升机的运输方式，在当时的背景下来看，极具创新性。

但是受限于到当时的直升机飞行控制系统的技术水平，多机之间的协同配合一直都是难以解决的问题，这也大大限制了这种多机吊挂技术的发展。而随着更强劲的涡轴发动机技术的进步、复合材料桨叶制造技术的进步，重型直升机的载重量越来越大，慢慢地，在大多数运输任务场景中，美国军方的重型直升机，如支奴干、超级种马/种马王等直升机，都能够满足运输要求，美国军方相应的研究活动也就停下来了。

▲南京航空航天大学李建波教授团队的多机吊挂样机试验（主负责人：段登燕博士）

近些年来，随着飞行控制系统技术的进步，越来越多的直升机研究人员([3])都开始重新关注这种多机吊挂系统，毕竟如前文所言，现在世界上运载能力最强的米-26总的吊运能力也才20吨，而现代化的建筑、设施，对大型一体化材料的需求也越来越高，如果有多机吊挂可以用来运送这种重物，那将会有巨大的实际应用价值。

也就是说，我们也可以通过这种方式来运送155吨的世界第一环。我国现在吊运能力最强的是直-8系直升机，一架的外挂能力大概在5吨左右，如果纯用直-8直升机的话，可能需要31架直-8编组，才能实现吊挂，协同飞控系统需要进行大量的优化和训练才行。

换个思路，直-8和飞艇编组。咱们载重最大的的飞艇“金雕”，其最大载重量达到了60吨，如此一来，我们可以考虑用2艘“金雕”，搭配8架直-8，就能够完成协同吊挂任务，虽然直-8数量的减少使其协同控制难度下降了一大截，但是两架飞艇的加入使得整个系统的抗风性能下降很多，需要“挑日子”才能完成吊挂任务。

从另一个方面来说，如果我们有如同米-26一样的重型直升机，那么我们只需要8架米-26，妥妥的就能把“世界第一环”高效、稳妥地送到潍坊港，完全不需要动用飞艇。所以，在我的观点中，咱们直-20之后，首先要有用的直升机型别，务必是重型直升机。

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.