OH-1侦察直升机

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同义词 日本OH-1武装侦察直升机一般指OH-1侦察直升机
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川崎OH-1(英语:Kawasaki OH-1,日语:かわさき OH-1,绰号:忍者ニンジャ)侦察直升机是日本川崎重工业日本陆上自卫队设计制造的轻型军用双发、四旋翼观测/侦察直升机。
OH-1没有任何固定武装,只在短翼的外侧挂架加装日本自制的双联装91式空空导弹用以自卫。日本防卫省将OH-1定义为“纯粹观测直升机、武装仅限于自卫、不包含攻击机能”,因此OH-1也成为全世界第一种只以空对空导弹为武装的军用直升机。[1] 
世界上大部分国家陆军的观测/侦察直升机都是由轻型通用直升机搭配简单观测、通讯系统来兼任,且一并担负联络、运输甚至火力支援工作;像美国与日本等富裕国家发展专业的侦察直升机已经属于罕见,专门以侦察任务的规格量身订做的专业直升机,就只有美国RAH-66、日本的OH-1以及俄罗斯喀山的Ansat-2RC(只有一架原型机)而已,三者都采用类似武装直升机的机体架构。
2004年2月23日号称全世界最先进载人直升机的RAH-66遭到取消后,日本OH-1便成为这种专为侦察任务设计的直升机中,硕果仅存、唯一进入服役的幸运儿。
中文名
川崎OH-1
外文名
Kawasaki OH-1
前    型
OH-6D轻型侦察直升机
首    飞
1996年8月6日
服    役
2000年1月24日

OH-1侦察直升机发展沿革

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OH-1侦察直升机研制背景

日本陆上自卫队从70年代末期开始装备美国
川崎OH-6D 川崎OH-6D
休斯公司授权川崎重工生产的OH-6D轻型侦察直升机,其体型过小,无论是续航力或筹载都嫌不足(例如欠缺电战装备或武器等),也缺乏专业而有效的观测装备(只有24架在改良时加装了整合有FLIR、电视摄影机等装备的光电侦测系统,其余只能靠飞行员配戴星光夜视镜),基本上只有在白昼天候良好情况下作业的能力。于是从1985年起,日本防卫厅便开始构思自力开发新一代轻型武装侦察直升机。由于OH-6D的机龄尚轻(生产一直持续到1997年,共制造193架),因此相关厂商能从容地进行新一代观测直升机所需的相关基础技术研发。[2] 

OH-1侦察直升机计划招标

日本防卫厅在19
喀山Ansat-2RC 喀山Ansat-2RC
91年编列平成四年度(1992年)预算时,正式纳入“新小型观测直升机”的研发项目,代号为OH-X,当时估计整个研发作业将耗费780亿日元。鉴于日本新一代支援战斗机FS-X遭到美国介入、被迫由自主研发改成与美国合作的惨痛教训,[3]  日本防卫厅对OH-X的研发相当低调,几乎是“黑箱作业”。[4]  在1992年4月17日,日本防卫厅正式对曾生产直升机的川崎重工、三菱重工与富士重工发出OH-X的提案征询书(RFP),要求OH-X必须满足以下技术要求:能抵抗20mm炮弹直接命中的复合材料旋翼系统,装备含有FLIR、彩色电视摄影机、激光测距仪的整合光电系统以及与之完全整合的数字化座舱航电。[5-6] 

OH-1侦察直升机计划确定

1992年9月18日,防卫厅宣布川崎重工将成为主承
川崎XOH-1木质静态试验机 川崎XOH-1木质静态试验机
包商,另外两家以次承包商的身份加入OH-X案,如此可以结合日本所有相关国防厂商的力量,同时相关利益可以雨露均沾。工作分配方面,川崎的工作量占全案的60%,其余两者各占20%。机体建造方面,川崎重工负责前机身、起落架、旋翼系统、传动系统的研发制造以及最终的全系统整合;三菱重工负责中段机身与尾部起落架;[7]  富士重工则承包尾椼结构、武器短翼与发动机整流罩的制造。在机载感测器的部分,整套瞄准装置与稳定陀螺仪的整合由川崎重工负责,富士重工提供所需的热影像仪,而彩色电视摄影机与激光测距仪则由NEC公司负责。[8] 

OH-1侦察直升机原型机测试

1996年3月15日,OH-X的1号原型机出厂
OH-1的32002号机 OH-1的32002号机
,并在同年8月6日完成首次试飞。OH-X的2号原型基于1996年11月11日进行首次试飞。在1996年底,防卫厅将OH-X赋予OH-1的正式编号,而原型机则称为XOH-1。在1997年5月26日,1号原型机历经40架次共55飞行小时的厂方测试后,正式交付给防卫厅,2号原型机也在累积36飞行小时的厂试之后,于1997年6月6日移交防卫厅。至于3号原型机则在1997年1月9日首飞,同年6月4日移交防卫厅,4号原型机在1997年2月12日首飞,同年8月29日交付防卫厅。4架XOH-1原型机与二架地面测试机的具体任务分配如下:[9-10] 
  • 01地面测试机:全机静强度实验。
  • 02地面测试机:系留实验机,运转时机体系留于地面,以评估、模拟飞行中机体承受的负荷,总共分为50、150、200小时等不同阶段实施测试。
  • 1号机(序号32001):飞行性能、特性以及发动机、机体、各系统适应性测试,试飞总数275次。
  • 2号机(序号32002):飞行负荷、振动及特性测试,试飞总数275次。
  • 3号机(序号32003):装备安装、机电系统、观测瞄准系统、空对空导弹与机体间的整合性、发动机与机体振动、任务适应性的测试,试飞总数230次。
  • 4号机(序号32004):任务适应性、观测瞄准系统及空对空导弹的功能测试,试飞总数200次。[11] 
OH-1的32001号机 OH-1的32001号机
由于OH-1是日本全新研发的国产机种,测试工作量比以往国外设计的现成机种繁复许多。因此,防卫厅技研本部与陆上自卫队特地在陆上自卫队明野航空学校底下设置一个独立的联合飞行开发实验单位,专门负责这四架原型机的技术测试。1997年,防卫厅正式编列首批三架量产型OH-1的预算,平均单价为19亿2400万日元,超过最初预估(6亿元以下)的三倍。在1999年下旬,第一阶段技术测试大致告终。在2000年1月24日,防卫厅接收首批三架量产型OH-1,随即配属于明野航空学校本部作为飞行员教育训练之用,OH-1由初期测试阶段正式进入军方实际操作。[12-13] 

OH-1侦察直升机设计特点

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OH-1侦察直升机机体设计

OH-1机体很像是一架轻型的专业武装直
OH-1正面 OH-1正面
升机,狭长的机身、左右两侧的发动机舱、纵列式双人座舱、机身两侧两片武器挂载短翼等布局都与西方典型武装直升机类似,其战斗重量只有3.5至4ton,接近西方最轻型的武装直升机──意大利A-129。OH-1的机体结构能承受-1G~+3.5G的加速度,内载燃油容量约953公升。为了减轻重量并增强机体强度,OH-1广泛地使用复合材料,复合材料占机体重量的37%,制造部位(含旋翼)则占全机37%。机体强度方面,OH-1的重要部位与旋翼系统能承受12.7mm~20mm弹药的命中。[1] 
带滑撬的OH-1 带滑撬的OH-1
OH-1的机体宽度仅1m,正面投影面积较小,能降低被敌方目视察觉的机会。OH-1的前作为驾驶,后座为副驾驶兼观测员,后座座椅比前座高出40~1250px以取得较佳的视野,乘员座椅具有吸收冲击的能力,在坠机时能减少直接作用于机员身上的力量。OH-1座舱的正面采用平板玻璃以减少反光,两侧玻璃大致也是平板式,但稍微向外突出,以取得较佳的下方视野。OH-1采用固定式的后三点起落架,采用双缸减震器,在一定程度的快速下坠时能吸收落地的冲击。此外,为了适应日本冬天的下雪气候,OH-1必要时也能换装滑橇式起落架。机身上方两侧的发动机舱之间有相当距离,同时遭敌火波及的机率不高。[14] 

OH-1侦察直升机旋翼设计

OH-1的旋翼采用先进的无绞接、无轴
OH-1的旋翼盘 OH-1的旋翼盘
承四叶片复合材料旋翼系统。在传统的全铰接式旋翼(Fully Articulated Rotors,又称全关节旋翼)中,飞行员操纵集体杆(Collective Stick)与变距杆(Cyclic Stick),透过液压系统驱动钢缆或连杆带动一个倾斜盘(Swashplate),倾斜盘再带动变距拉杆,变距拉杆又连动接在主旋翼叶片上的轴向铰,使得旋翼叶片产生飞行员所需要的集合倾角(Collective Pitch)以及循环倾角(Cyclic Pitch),进而改变直升机的速度与方向。此外,全关节旋翼系统的每个叶片还透过挥舞铰与摆振铰与桨毂连接,以抵销旋翼叶片受升力、重力、惯性而产生的挥舞(上下)与摆振(前后)运动现象,减轻旋翼根部与桨毂的受力。[15] 
无轴承旋翼不仅没有挥舞铰与摆振铰,
2012年8月富士総合火力演习的OH-1 2012年8月富士総合火力演习的OH-1
连轴向铰也被取消,是最为简单的旋翼构造。无轴承旋翼以一组直接连结桨叶根部与桨毂的可挠屈元件来取代轴向铰;当操纵杆控制倾斜盘带动变距拉杆时,变距拉杆系直接带动桨毂支臂内套在旋翼根部的固定式扭转元件(一个纤维复合材料制造的可挠性变距套筒),藉由元件的形变带动旋翼扭转,进而产生飞行所需的变距效果。无轴承旋翼系统的机械构造达到最简化,旋翼变距的扭转以及吸收挥舞、摆振效应全靠高韧性固定元件本身的形变,将变距杆传递扭力的延迟降到最低,因此无轴承旋翼系统拥有最高的操控灵敏度与品质。此外,无轴承旋翼系统将结构降至最简,大幅减轻了后勤保修的负荷。
尾旋翼方面,最初川崎打算采用类似A
OH-1的涵道式尾桨 OH-1的涵道式尾桨
H-64D的双叶片同轴反转尾旋翼系统,不过最后改用类似法国海豚式、美国RAH-66的蜗窗式(Fenestron)导管风扇(Ducted Fan)设计。相较于传统尾旋翼,蜗窗式导管风扇嵌在尾椼内,因此飞行阻力较小,运转噪音较低,在低空飞行或起降时比较不容易受到外物损伤,而且在地面运转时对人员的危险性较低;然而,蜗窗式导管风扇的缺点在于消耗功率较大且结构较为复杂,比较不易维护。OH-1的导管风扇拥有八片叶片,同样由碳纤复合材料制造,叶片并以非等距方式排列,相邻叶片的夹角依序为35度与50度交替。[16] 

OH-1侦察直升机动力设计

OH-1原型机搭载两台XST-1-10
OH-1的动力舱 OH-1的动力舱
单级离心式涡轮轴发动机,XST-1-10发动机的最大持续输出功率为827轴马力(616KW),30分钟最大输出功率(又称起飞功率)为884马力(659KW),5分钟紧急功率达940轴马力,比燃油消耗率为0.234kg/shp-hour。尔后三菱重工继续对XTS-1-10进行修改与妥善化,推出TS-1-10QT,输出功率维持不变,但工作效率略为提升;此外,发动机排气管略做修改,从原本直接向后排放改为略向外偏,以降低热废气对尾椼的烘烤造成机体结构伤害和增加热讯号。TS-1-10QT已经非常接近量产构型,于1998年3月30日首度安装于XOH-1的1号原型机上进行试飞。此发动机稍后便正式定型,正式编号为TS-1-M-10(M代表三菱)。[17] 
OH-1的传动系统由川崎重工研制,连结发
TS-1-M-10涡轮轴发动机 TS-1-M-10涡轮轴发动机
动机的传动轴先通过主减速器,将原本的高转速/低扭力功率转换成低转速/高扭力功率,然后再以传动轴分别传送给主/尾旋翼以及发电机等。主减速器分为三级,第一与第二级采用螺旋伞齿轮组,第三级则为行星齿轮组。整套传动系统在丧失润滑的情况下仍能持续运转30分钟,在这段期间内尚不会过热烧蚀,使飞行员在润滑油外泄的情况下仍有时间驾驶直升机返回机场或寻找迫降场地。OH-1的液压油系统采用较为保险的双回路,每个回路各自独立,一个回路受损不影响另一个回路运作。位于机体中央的自封主油箱能抵抗坠毁冲击,而供油管路也是自封式。[18] 

OH-1侦察直升机航电设计

OH-1拥有日本直升机中最先进的飞控系
OH-1前舱 OH-1前舱
统,名为整合自动飞行控制系统(IAFCS),其中还整合了增益稳定系统(SCAS)。IAFCS是一种线传控制(fly-by-wire)系统,飞行员操纵杆的位移先转换为电子讯号输入飞控电脑,飞控电脑再配合各感测器输入的飞行速率、机体姿态、各种大气资料等,依照电脑内储存的控制律(Control Law)软体产生飞行控制指令,然后传递给液压制动装置驱动主/尾旋翼的倾斜盘,进行周期变距与总距等操作。某些资料指出为了节省成本,IAFCS采用一重方式运作,所以能容忍的错误较低,不过这应该是指这套系[19]  统无传统的机械备援装置,而不是意味此系统本身真的只有单余度。
OH-1的座舱界面也极为先进,前后座均设
OH-1前机舱全景 OH-1前机舱全景
置两具由横川电气制造的大型彩色液晶多功能平面显示器(MFD),用于显示各种导航、飞行、机况、射控资讯,以及由电视摄影机、红外线热影像仪所传来的影像。此外,前座驾驶席另装有一具岛津公司生产的抬头显示器,用于显示飞行资讯以及武器状态;而后座副驾驶兼观测员席则设有一个控制瞄准仪的操作界面。前后驾驶舱各设有一套完整的手不离杆总距杆及周期变距操纵杆,概念与战斗机的HOTAS相同,将许多常用开关界面设置于总距杆与周期变距杆上,使得飞行员在执行许多常用机能时双手不必离开操纵杆,大幅减轻了操作负荷。欧美许多新型武装直升机如美国AH-64D、AH-1Z、欧洲虎式、南非茶隼等,都使用了类似的概念。[20] 

OH-1侦察直升机侦测设计

OH-1采用一具类似欧洲虎式(Tiger)
红圈内为OH-1的顶置瞄准仪 红圈内为OH-1的顶置瞄准仪
HAP型的顶置瞄准仪(Roof Mounted Sights,RMS),安装于机身顶部发动机舱前方,其旋转塔的水平旋转范围为左右各110度,俯仰范围为正负各40度,整合有富士研发的红外线热影像仪、NEC提供的彩色电视摄影机与激光侧距仪,瞄准仪的基座设有川崎重工开发的陀螺仪稳定装置,而观测仪的影像与讯号则透过MIL-STD-1553B资料汇流排与机上航电连接,可将影像投射在前后/座的多功能彩色显示器上。OH-1的观测装备极为先进,新型的红外线热影像仪分辨率颇高,此外也是全球第一种配备彩色电视摄影机的武装直升机。
机鼻观测仪虽然在设计布局与后勤维修方面最为便
观测仪特写 观测仪特写
利,但在使用时需暴露整个机身正面,对于一架侦察直升机而言实在非常不利,因此立刻遭到否决。纯就隐蔽效果而言,最有利的是类似欧洲虎式UHT的桅顶观测装置,使用时只需将观测仪露出障碍物即可,整个机身与主旋翼都不用暴露。然而,MMS必须克服旋翼顶端震动、旋翼顶端限重以及空气阻力较大等问题,而且需要同轴旋转装置来抵销主旋翼的转动,机械复杂度高,对于后勤维修相当不利。考虑到OH-1发动机功率有限,为了避免MMS所增加的重量、阻力严重拖累飞行性能,选择了折衷的顶置瞄准,观测时只会暴露主旋翼以及顶部整流罩,而机械复杂度与空气阻力都远低于MMS。[21] 

OH-1侦察直升机武装设计

武装方面,OH-1没有任何固定武装,机身两侧有一
OH-1的短翼 OH-1的短翼
对短翼,每个短翼有两个挂载点。由于OH-1在设计阶段定义为一架纯粹的侦察直升机,完全不担负攻击性任务,所以现阶段只在短翼的外侧挂架加装日本自制的双联装91式空对空导弹用以自卫,内侧挂架则只能携带235L副油箱来增加续航力,其余如机炮荚舱、火箭荚舱乃至于反坦克导弹等攻击性武器一应俱缺。此举除了考虑到任务特性之外,多少也是为了考虑政治敏感性而降低攻击能力;91式空对空导弹衍生自91式短程地对空防空导弹,全弹重11.5kg,采用先进的红外线影像寻标器导引,而每具双联装发射器含导弹的总重约66kg。[22] 
以OH-1的构型,要增加对地攻击能力并不困
91式携帯地対空诱导弾 91式携帯地対空诱导弾
难,主要的改装重点在于射控系统的整合以及承载能力的强化。由于OH-1短翼的内侧挂架平时挂载235公升副油箱,估计这个挂载点至少有200~250kg的承载能力,足以携带M-261型19联装70mm火箭发射器、四联装TOW反坦克导弹发射器或至少二联装的地狱火反坦克导弹发射器;而用来挂载重重66kg的91式空对空导弹的外侧挂架,理论上也能加挂M-260型七联装70mm火箭发射器或7.62mm机枪荚舱。观测射控方面,由于OH-1本来就有先进且功能完整的整合式光电侦搜瞄准仪,要纳入使用攻击性武器能力同样不困难。[23] 

OH-1侦察直升机基本数据

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参考数据
全长(含主旋翼)(m)13.4
主旋翼直径(m)11.6
机高(m)3.8
空重(kg)2450
任务起飞重量(kg)3550
最大起飞重量(kg)4000
最大巡航速率(km/hr)222
最大平飞速率(km/hr)278
续航力(km)550
作战半径(km)200
实用升限(m)4880
发动机
TS1-M-10涡轮发动机×2
(827×2/884×2/940×2)
(最大持续输出功率/30分钟最大输出功率/5分钟紧急输出功率)(轴马力)
乘员2
侦测系统
顶置瞄准仪(RMS)×1(整合有前视红外线(FLIR)、电视摄影机、激光测距仪等)
武装
外载:两个武器挂载短翼:每个短翼下方有两个挂载点。外侧挂架可加双联装91式空对空导弹发射器,内侧可加装235L副油箱。[24] 

OH-1侦察直升机服役生产

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OH-1侦察直升机初期交付

量产型的OH-1首先交付日本陆上自卫队的航空学
明野陆自飞行学校2601号训练机 明野陆自飞行学校2601号训练机
校,以作为飞行员的换装训练之用。如同前述,第一批1999年度编列的三架OH-1量产机在2000年1月份交付陆上自卫队明野航空学校本部,稍后明野航校本部再接收两架2000年度编列的2架OH-1 ,而负责地勤人员训练的航空学校霞浦分部也获得一架。至于原本四架XOH-2原型机中的第3、4号机随后也被修改为量产机的标准,在2000年交付明野航空学校,至此日本陆自航空学校遂拥有了8架量产型的OH-1。在作战部队换装方面,OH-1优先换装陆自方面队的反装甲直升机队,其中隶属北部方面队的第一反装甲直升机队在2002年接收第一架OH-1,是日本陆自第一个部署OH-1的实战单位。至2004年底,
明野陆自飞行学校2602号机 明野陆自飞行学校2602号机
日本陆上自卫队总共接收了12架量产型的OH-1。
根据90年代初期的计划,日本陆上自卫队打算以一对一的方式用OH-1来替换OH-6D。当时陆上自卫队第一线部队中,13个师团各编有一个飞行队,每个飞行队各拥有8架OH-6D;而5个方面队则各自下辖一个方面航空队与一个反装甲直升机队,每个方面航空队与反装甲直升机队各编制4架OH-6D,因此光是前述第一线作战部队就需要144架观测直升机,再加上航空学校所属训练用机以及补充日后损耗的预备机,OH-1的总需求将达到200架之谱。[25] 

OH-1侦察直升机成本上涨

OH-1也难逃日本国产武器面临的单价
明野航校2602号机和2610号机 明野航校2602号机和2610号机
飞涨命运,即便是削减后的150架产量看起来也是艰难的任务。最初日本陆上自卫队希望OH-1的单价控制在6亿日元以内(合440万美元,以1996年汇率计算);但如同前述,OH-1的研发成本比预期超支了100亿日元以上,再加上日本陆上自卫队武器系统一贯的低量产速率政策,以及武器系统逐年的通货膨胀,所以OH-1的造价就变得非常惊人了。在1997年订购的第一批三架量产型OH-1分摊入高涨的研发成本之后,平均单价已经高达19亿2400万日元,在1998年订购的第二批量产型的平均单价上涨到20亿1800万日元。[26] 
拜通货膨胀之赐,2005年度订购的第
明野陆自飞行学校2601号训练机 明野陆自飞行学校2601号训练机
九批2架更达到每架49亿日元的天价,至此所有OH-1量产型的平均单价为24亿5000万日元(合1600万~2000万美元),是最初预期的四倍,更是上一代的OH-6D的10倍以上(1995年签约生产的最后一架OH-6D造价1亿6800万日元,全部197架的平均单机成本约2亿日元) ,意味着一架OH-1的造价就比一整个飞行队8架OH-6D还贵。[27] 

OH-1侦察直升机替换难题

由于OH-1的单价飞涨,在规划的1995至200
雪地涂装的OH-1 雪地涂装的OH-1
0年度中期防卫整备计划中,将购买15架OH-1装备于陆上自卫队,不过最后只编列了12架的预算。至2005年度,防卫厅只编列了22架OH-1的生产预算,以平均每年交机2至3架的低速率生产,近年更放慢到每年1至2架;至2009年,交机的OH-1的交机数量不超过26架。依照这样的速度,陆上自卫队的OH-6恐怕到2020年都无法被OH-1替换完毕,OH-1正走上和90式主战坦克等日本自制昂贵陆军装备一般,因为单价高而生产速率缓慢、因生产线低速运转导致成本进一步高涨的恶性循环,最后恐怕难逃减产命运,就如同90式坦克的最终产量还不到原本74式主战坦克的一半,难以完全替换。[28] 

OH-1侦察直升机总体评价

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虽然OH-1在成本效益而言不是一个良好的例子
机体侧面 机体侧面
,但是对日本国防工业的技术储备却做出了重大贡献:OH-1是日本第一种完全自力研发的直升机,使日本从无到有建立完整的国产军用直升机平台──包括日本第一种自行开发的直升机用涡轮轴发动机,同时促使日本在无轴承复合材料旋翼领域中取得全球第一流的位置,在亚洲国家之中堪称一项了不起的成就;而OH-1的整体也技术十分先进,主要系统与装备都是顶尖水准,性能在同级机种中堪称翘楚,不逊于欧美老牌航空大厂的代表性杰作。
此外,OH-1的整个研发与量产过程十分顺利,有
三视图 三视图
如行云流水,过程中未出现重大的困难或意外事件,整合测试与进入服役后也没发现什么始料未及的重大毛病,对于一个第一次研发直升机(而且还是相当精密高档的机种)的新手而言,实在是难能可贵。OH-1唯一的致命伤,就是高昂的造价以及无法达成经济规模的产量,但这也是无可奈何的事情,也同样发生在其他多种日本自制武器上。总结而言,OH-1代表着90年代至00年代日本航空工业整体实力的提升,在日本航空史上的地位不容抹煞。[29] 
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参考资料