提要
美國空軍於一九七O年代初期,為了取代當時已即將屆臨使用壽限的C-141星式戰略運輸機,開始有了新型運輸機的需求構想。一九八O年美國空軍正式提出了重型運輸機C-X的需求草案,並由麥道飛機公司獲得研發製造合約,新機編號為C-17。十餘年漫長的研發過程中,經歷了不少的風風雨雨,也差一點遭到被終結的命運,第一架原型機終於在一九九一年九月十五日順利升空,美國空軍的長程戰略運輸能力,也從此邁入了新的里程碑。
C-17概觀
美國空軍新世代的C-17運輸機外觀和傳統的運輸機沒什麼兩樣高單翼(high-wing)、四具發動機、T型尾翼(T-tail),但飛機的內部顯示出這是一架全新設計的飛機:它有符合人體工學的駕駛艙、四部多功能數位顯示器(multi-function & digital& display)、二具抬頭顯示器(HUD)(C-17是第一架安裝抬頭顯示器的運輸機)、任務電腦(mission computer)、整合式無線電管理系統,使駕駛員的工作負荷維持在合理的範圍內。併排的正、副駕駛員座位後方有二張座椅,提供長途飛行時預備機員的座位。C-17使用飛行操縱桿(control stick),而不是傳統的牛角型駕駛盤(yoke),由電子式四重數控飛控系統(quadruply redundant FBW control system)負責操控29片控制面,另備有機械式備份系統。
C-17的貨艙為洞穴式設計,和一般的運輸機沒什麼不同,它採用了一九七O年代在YC-15原型機上試驗的輸送台裝/卸貨系統,只需一位裝載長(loadmaster)就能進行物品的裝卸。前機身二側有58個後靠式(side-wall)常設型乘客座椅,中央部分有48個可拆式座椅,共可搭載106名武裝士兵。這些座椅必要時可以拆除而裝載12組醫療裝備,每組4具擔架,以因應緊急醫療支援。C-17的裝/卸貨艙門位於後機身,貨艙裝載空間長達68英呎,配有動力輸送帶,可裝卸18具標準貨櫃。
C-17的貨艙門開口較美軍現役任何運輸機都來得大,只有它具備空投步兵主力戰車(infantry fighting vehicle)的能力。而且貨艙門關閉時,艙門上還能承載重達四萬磅的物品,幾乎是C-130全機的裝載量,而一般的運輸機艙門通常只能堆放輕的貨物。
C-17翼展長165英呎,後掠25度,超臨界(supercritical)翼剖面,翼尖有小翼(winglet),具有穩定氣流的作用,可以提高燃油效率。機翼上共有二片副翼、八片內翼擾流板、四片襟翼、八片縫翼(slat)。機翼的重量約佔全機結構重量的三分之一。
C-17安裝四具普惠(Pratt & Whitney)的PW2040渦輪扇(turbofan)發動機,美軍編號F117-PW-100。此型發動機的前身是PW2037,由普惠公司於一九七九年十二月開始研發,推力為38,400磅,一九八三年十二月通過美國航空總署(FAA)的認證,一九八四年十二月開始裝於波音七五七上使用。一九八八年普惠公司完成推力提昇,將推力增加到41,700磅,並賦予新的型號PW2040。一九八八年十二月獲得軍方認證安裝在C-17上,當時此型發動機已累積了數百萬飛行小時的使用經驗,可靠且耐用。
發動機以懸吊式派龍(cantilevered pylon)掛於機翼的前下方,每具派龍由數件鑄鋁螺樁(stub)結構與機翼相搭接,使外掛載和機翼間有連續的負載路徑(load path)。由於派龍和發動機很靠近,在強度及溫度的考量下,主要使用材料是鈦合金。
C-17的後機身有二片配平式水平尾翼、四片昇降舵、一片垂直尾翼、二片方向舵。尾翼為T字構型,垂直尾翼後掠41度,翼尖處是變傾角(variable incidence)水平尾翼。垂直尾翼有個特殊的設計,內部有一隧道式的空間,可讓一位維修人員攀爬通過,以進行上方水平尾翼的維修。
C-17和將被它取代的C-141有一項特別的不同之處:在必要的情況下,可以在未整修的路面上短場緊急降落,原型機試飛員曾表示:C-17的落地就和戰鬥機一樣,因此起落架必須格外堅固與耐震。主起落架減震支柱除了傳統的油氣壓式減震外,還採用前後雙支柱配置,每根支柱搭配三個主輪,落地時由後方較長的減震支柱三主輪先著地,當受壓成90度時,前方減震支柱三主輪再落地。
C-17的主起落架沒有轉向功能,左右各有六個輪胎,起飛後收進低風阻的起落架艙內;鼻輪有二個輪胎,具轉向功能,起飛後收放於機身內。
反向推力
C-17發動機具有反向推力裝置(thrust reverser),發動機罩的外型為滑套後縮(slides backward)雙罩式,二罩間有一開口,當啟動反向推力時,發動機排氣經由此開口被導向前上方四十五度,因此如:發動機運轉、卸貨、或是一些地面工作,都可以繼續進行而不會受到影響。反向推力裝置也讓C-17具備一項新的地面操作功能,可以在90英呎寬的跑道上180度的迴轉,也能在2.25g的情況下,於傾斜度2%的斜坡上後退。反向推力裝置在飛機靜止時也可以啟動,不會有發動機過熱的問題。
C-17運用了推進昇力(propulsive lift)科技,發動機的排氣流會被導入機翼下,通過襟翼鉸鏈,流向襟翼的上、下方。根據在YC-15上飛試的結果,襟翼向下偏折時,發動機的排氣流會產生反作用昇力(reaction lift)和環流昇力(circulation lift),使飛機能以較低的進場空速(每小時116海浬),和較大的下降速率(每秒鐘15英呎)迅速落地;前緣縫翼全幅伸展時,可提供最大的昇力及失速特性。
發展緣由
身為美國空軍機動司令部(Air Mobility Command)下一代的戰略運輸機,C-17的背後有個長篇故事。發展任何新軍機是既耗費時間,又花大錢,發展C-17的時間是美國有史以來最久的,從一九八一年贏得發展合約到一九九五年完成全部的飛行測試,共歷經14年;而發展經費方面,目前它是美國第三花錢的軍機,只輸給E-3空中預警機和B-2隱形轟炸機。
C-17的發展開始時間可回溯至一九七一年,當時美國常因為戰爭或天然災害,必需以戰略運輸機運送成千上萬的軍隊遠赴全球各地,當時空軍機動司令部的運輸主力是由洛克希德(Lockheed)設計製造,於一九六四年開始服役的265架C-141星式運輸機(Starlifter)。此型飛機的原始設計壽命是30,000飛行小時,後來由於美國空軍想增加運輸容量而將機身加長,當時的分析顯示機體疲勞壽命可達45,000飛行小時,但是由於繁重的訓練任務,和次數頻仍的高速低空飛行任務,使得機翼下蒙皮的損傷迅速累積,原設計服役壽命將會提前屆滿,加上機翼主樑和駕駛艙窗戶框緣有裂紋,必須限制C-141的飛行,機動司令部的戰略運輸能量倍受考驗。原製造廠洛克希德曾提出延壽和重開C-5B生產線的計畫,但二者都不符合五角大廈的想法。
一九七一年美國空軍提出先進軍事短場起降運輸機(Advanced Military STOL Transport)的需求,要求能將大型的物品直接運送到戰地,在此需求下的產物就是波音(Boeing)的YC-14和麥道(McDonnell Douglas)的YC-15。二者都能裝載150名士兵或81,000磅的貨物,且能在1,875英呎長度之內的跑道上起降。這二種飛機都使用了短場起降的技術,YC-14採用吹氣(blown air)技術;YC-15則是使用外吹式雙開縫襟翼(double-slot-ted)來增加昇力。
波音的YC-14在一九七六年八月九日首飛,安裝二具推力為51,000磅的奇異(General Electric)CF6-50D渦輪扇發動機;麥道的YC-15,在一九七五年八月二十六日首飛,裝載四具推力各為16,000磅的普惠JT8D-17渦輪扇發動機。
不過由於C-130H的繼續生產已能滿足美國空軍的需求,因此上述二種機型後來都沒有實際生產,但後來當美國空軍提出C-X的需求時,YC-15的經驗顯然對麥道公司有很大的幫助。
發展歷程
一九八O年二月,美國空軍提出了C-X重型運輸機的需求草案(Request For Proposal),十月份提出正式文件,新的運輸機將擔負起戰略運輸任務,先支援C-5和C-141,最後則是取代C-141。需求中說明新的運輸機必需和C-130一樣具備短場起降能力;飛機的起落架和高昇力裝置,使飛機滿載酬載(payload)時能在8,000英呎長的跑道上起飛,3,000英呎長的跑道上降落;滿載航程至少為2,400海浬;機身內部須能容納大型物品,如:M1主力戰車;飛機須能在擁擠的停機坪隨意進出,且能在滿載及五分之二燃油的情況下,在2° 的斜坡上後退。
波音、洛克希德、麥道都提出了C-X的設計方案,波音的設計構型是三發動機運輸機,洛克希德設計的外型則很類似C-141。