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En 1949, Piasecki proposa à l'USAF un dérivé de son HRP-2, en service dans l'US Navy. L'USAF accepta et commanda 18 YH-21A pour évaluation. Désigné PD-22, il en reprenait la conception, en particulier un fuselage coudé évitant aux deux grands rotors contrarotatifs de ne pas se heurter en vol. Cela permet aussi d'obtenir une grande cabine. Pour le reste, il était agrandi, construit entièrement en métal et amélioré. Il était propulsé par un Wright R-1820-102 Cyclone à 9 cylindres en étoile et refroidi par air, avec une puissance de 1150 hp, qui actionnait 2 rotors en tandem de 3 pales. Il disposait aussi d'une double dérive.
Le vol inaugural du H-21 "Workhorse" (cheval de trait) eut lieu le 11 avril 1952 et l'USAF commanda 32 H-21A, pour les missions de recherche et de sauvetage, et 163 H-21B pour les missions de transport d'assaut. Ces deux variantes furent désignées Model 42 rétrospectivement par Vertol, en 1956. Le H-21 fut, à son époque, l'unique hélicoptère lourd disponible sur le marché. Les H-21A, dont le vol inaugural eut lieu en octobre 1953, furent ainsi mis en service au sein de l'USAF et de la Royal Canadian Air Force (6 exemplaires construits pour l'USAF et cédés au titre de l'assistance militaire), en particulier en Alaska, dans les Aléoutiennes, au Groenland ou en Islande. Conçu spécifiquement pour les climats froids, il pouvait opérer par -65° Farenheit, et ce de manière régulière. Le H-21A fut désigné CH-21A en 1962. Le H-21B, équipé d'un moteur R-1820-103 de 1425 hp et de rotors allongés de 152 mm, pouvait emporter 22 soldats ou 12 blessés et 2 aides-soignants. Il disposait d'un pilote automatique, d'un blindage limité et de réservoirs externes. Le H-21B a 9 hublots, à la différence du H-21A qui ne dispose que de 7 hublots. Sa masse maximale au décollage passait de 5216 à 6804 kg. Outre les 163 exemplaires de l'USAF (dont certains sont déployés en France), 10 exemplaires furent vendus à la force aérienne japonaise pour la recherche et le sauvetage. Il fut rebaptisé CH-21B en 1962. Des H-21B furent convertis au rôle de recherche et de sauvetage, et furent désignés SH-21B, puis HH-21B en 1962. Le H-21C "Shawnee" (Model 43 pour Vertol), qui reprenait le moteur de 1425 hp, était destiné à l'US Army. Il pouvait emporter 1814 kg sous élingue. En 1962, il fut désigné CH-21C. Le 24 août 1954, un H-21C nommé Amblin' Annie fut le premier hélicoptère à traverser les Etats-Unis d'une seule traite, étant ravitaillé par un U-1A Otter en vol. Il fut construit de septembre 1954 à mars 1959. 334 exemplaires furent vendus à l'US Army, 32 furent construits sous licence par Weser Flugzeugbau pour l'Allemagne (armée de terre). Cette version fut vendue à l'ALAT (98 exemplaires), qui l'utilisa de juin 1955 jusqu'en 1970, et à la Marine Nationale (10 exemplaires, qui furent utilisés au sein de la flottille 31F de 1956 à avril 1960, puis au sein de la 20S).
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