01.02 还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(俄罗斯卡-52武装直升机)

共轴双旋翼直升机,一直是世界直升机界的"另类",目前只有俄罗斯的卡莫夫设计局一直坚持采用这种气动布局设计直升机,除此以外世界绝大部分直升机都采用单旋翼+尾桨的设计方式。在2019年的印度国际航展上,印度政府和俄罗斯签署协议,计划在印度本土生产俄制卡-226T型共轴双旋翼直升机,与此同时印度海军正在计划招标购买多达111架直升机,而如果卡-226T型直升机能够在印度国产化,那么毫无疑问它将比其他直升机更有竞争优势。


都是直升机,差别就是这么大

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(这架米-26的顶部单旋翼和尾桨看的很清楚)

我们常见的直升机大多采用单旋翼设计,也就是在飞机头顶上顶着一个巨大的旋翼,飞机的升降前进等动作都靠这副螺旋桨来驱动,同时由于螺旋桨旋转的反作用力会导致机身向反方向旋转,所以常规的直升机都会带着一条长长为"尾巴",并且在尾巴尖端装上一个控制方向用的小型螺旋桨(尾桨),依靠这个小螺旋桨旋转来保持直升机机身的稳定。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(共轴双旋翼,也叫共轴反桨直升机)

而所谓的共轴双旋翼直升机,其实就是具有绕同一理论轴线一正一反旋转的上下两副旋翼,由于转向相反,两副旋翼产生的扭矩在航向不变的飞行状态下相互平衡,通过所谓的上下旋翼总距差动产生不平衡扭矩可实现航向操纵,共轴双旋翼在直升机的飞行中,既是升力面又是纵横向和航向的操纵面。这段话听起来太绕口,改用直白的说法就是:顶部一轴上采用两副螺旋桨,相互反转,同时为直升机提供升力和前进的动力,共轴双旋翼直升机就是这样一种独特的直升机。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机


和传统直升机相比,共轴直升机有很多技术优势:

首先,共轴直升机取消了传统直升机的尾桨,而一般情况下,尾桨要消耗直升机发动机功率的10%,而共轴直升机的发动机全部功率可以全部用于飞机的起降或者飞行,这意味着,在使用相同功率发动机的情况下,共轴直升机比传统直升机的载荷要更大一点。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(卡-28舰载直升机,也是共轴双旋翼,可用于救援反潜等工作)

其次,共轴直升机取消了尾桨和长长的尾梁,整个飞机的机身可以大幅缩短。而且由于是2副旋翼提供升力和动力,所以共轴直升机的旋翼比常规直升机要缩小30%左右,总体上说,就是在保持货舱相同的情况下,共轴直升机的外形尺寸更小,相对而言风阻也更小。而且由于取消了尾桨,飞机的重心更贴近气动中心,因此共轴式直升机飞行更加灵活,能够适应更小的飞行甲板。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

共轴直升机的这一点在苏联海军中得到充分的体现:从1960年代苏联海军广泛实现直升机化后装备的直升机几乎全部为卡莫夫设计局设计的共轴直升机,而苏联军舰的飞行甲板普遍要比西方战舰的飞行甲板短3~5米,这意味着在军舰长宽相同的情况下,苏联军舰有更大的空间安装各类武器装备和雷达系统,并且有更大的空间容纳储备物资。这也是共轴直升机所带来的重要优势。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

第三,由于取消了尾桨,且上下两片旋翼同时对地做功,所以共轴直升机的悬停效率要大大高于传统直升机。据卡莫夫设计局资料称,通常共轴双旋翼直升机的悬停效率要比单旋翼带尾桨直升机高出17%~30%。由于上述的原因,在相同的起飞重量、发动机功率和旋翼直径下,共轴式直升机有着更高的悬停升限和爬升率。这一点在90年代俄罗斯新一代武装直升机的竞争中得到充分体现,当时卡莫夫设计局基于共轴结构设计的卡-52型武装直升机在俄罗斯新一代武装直升机的竞争中拔得头筹,最终战胜了老对手米里设计局设计的米-28型武装直升机。虽然后者最终也投入量产,但是和卡-52相比,显然在飞行敏捷性方面差异较大。


来自中国的共轴设计思想

很少有人知道,被卡莫夫设计局推向全球的共轴式直升机,其实最初是由我们中国的飞机设计师设计。而这个天才的设计师名叫朱家仁。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

朱家仁,汉寿人,字君一,1900年出生,其父朱熙在民国时期曾经任国民革命军第二师的师长,并兼任江苏江宁镇守使,军衔陆军中将。朱家仁1920年赴美国留学,主攻航空技术,1926年从著名的美国麻省理工学院航空系毕业。他也是历史上第一个从麻省理工毕业的中国人。早在1937年春天,朱家仁就在家乡自费制造了一架双翼双座教练机,并将其命名为"苏州"号。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

1944年随国民党迁入大后方的朱家仁开始在云南昆明研究直升机。在当时清华大学学生的帮助下,身为当时中国第一飞机制造厂厂长的朱家仁试制成功"蜂鸟"号甲型直升机,这是一架单座共轴双旋翼直升机,虽然看起来极为简陋,但是后世共轴直升机所应该具备的特征在这架飞机上已经全部具备。1948年他又研制成功"蜂鸟"号乙型直升机,基本完善了共轴双旋翼直升机的设计要点。而苏联的卡莫夫是在1945年才设计出自己的第一款共轴双旋翼直升机——卡-8轻型直升机。所以严格来说,朱家仁才是共轴直升机的首创者。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(朱家仁研制的CJC-3直升机)

而且不仅如此,经过一年半的努力,朱家仁在1951年时又研制成功绰号"飞行香蕉"的CJC-3型直升机,该直升机采用两副螺旋桨前后纵列布置,和当今的美军CH-47"支奴干"运输直升机完全一样。可以说,朱家仁一个人同时开创了共轴双旋翼和纵列双旋翼两种后世经典的直升机气动布局。不过这已经是题外话了。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(CH-47"支奴干"直升机)

后来居上的美国人

尽管苏联从1960年代就开始广泛研制并装备共轴直升机,特别是其中的卡-25、卡-28、卡-32等直升机还大量对外出口,并赢得广泛好评,包括加拿大在内的北约国家也购买了一定数量的卡-32型直升机用于极地搜救和运输等民用领域。而卡-52武装直升机列装俄罗斯军队则让卡莫夫设计局走上了辉煌的巅峰,从此卡莫夫的直升机不再是俄罗斯海军的"专利",而是开始广泛向其他领域开拓发展。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

不过尽管苏俄的共轴双旋翼直升机研制最早、装备最多,但是却始终有一个"痼疾"没有解决。那就是俄罗斯共轴直升机采用和传统直升机相同的柔性桨叶,这样直升机的旋翼在飞行途中由于高速旋转会产生震颤。卡莫夫采用柔性旋翼的目的就是可以让桨叶自身吸收震颤从而让飞机保持稳定,提升乘坐舒适感——毕竟卡莫夫的直升机主要用户是苏俄海军,在海上执行反潜任务,动辄两三个小时,如果乘坐不舒适,会让飞行员过早疲劳,进而影响作战效果。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

但是采用柔性旋翼也导致桨叶自身弹性大,一旦遭遇横风吹袭,或者旋翼震动过大,则上下桨叶极易相互"打架",从而引发飞行事故。在俄军中就曾经出现过卡-52武装直升机因为机动动作过于剧烈,导致上下旋翼震颤,"打架"折断,并最终导致飞机坠毁的事故。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

不过,受材料性能和设计思路的制约,俄罗斯卡莫夫设计局至今依然坚持采用柔性旋翼,而解决问题的办法就是拉高飞机两层旋翼之间的距离,扩大"震颤"的空间。所以我们看到,卡莫夫设计局的直升机的旋翼都异常高大。我国海军舰艇在21世纪初主要搭载俄制卡-28型反潜直升机,为此还必须专门设计高耸的机库,而这种独特的、高出军舰甲板的机库一度成为我国各型军舰的特色。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(美国S-97高速直升机)

针对共轴直升机的这个"软肋",美国的波音公司和西科斯基公司通过联合攻关,开发出全新的刚性旋翼,用来替换俄式的柔性旋翼。美国人的思路是:直接加强旋翼的刚度,从而确保旋翼在飞行旋转中不会发生震颤。所以西科斯基公司所研制的S-97型共轴直升机所用的旋翼明显极为粗大,同时由于采用了刚性旋翼,所以S-97的上下两副旋翼之间的距离大大缩小。这样减小了旋翼高度,从而减小了直升机正面的空气阻力,再一次提升了飞机性能,同时依靠刚性旋翼保持飞行安全。美国人用加强旋翼的方式,彻底解决了俄罗斯数十年没有解决的问题。


共轴直升机的未来走向

随着技术的不断进步,直升机也必然不断更新换代,从目前情况来看,共轴直升机显然具备很大的发展潜力,因为其自身对于传统直升机而言,有很大的技术优势。而其劣势只有一个,就是双旋翼之间容易"打架"。只要能有效解决这个问题,共轴直升机的发展空间显然比传统直升机要大。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(印俄签署卡-226T国产化合作协议)

目前共轴直升机生产最多的依然是俄罗斯,卡莫夫设计局的共轴直升机不仅包揽了俄海军全部的舰载直升机,同时还有武装直升机、突击直升机(卡-29型直升机,可以携带武器和士兵,相当于共轴版米-24),同时民用型卡-32、卡-226等也在世界热卖。印度更是和俄罗斯签署合同计划自行生产卡-226T型直升机。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

(SB-1高速直升机)

美国西科斯基公司不仅研制了新式的S-97高速共轴直升机,并且还在S-97的基础上开发了SB-1高速直升机,可以预见未来美国主要直升机研发公司也会向共轴直升机的方向靠拢,而且美国由于比俄罗斯掌握更扎实的技术功底,所以美式共轴直升机极有可能后来居上。

还在眼馋卡-52、支奴干?几十年前,中国人就发明了这两种直升机

我国实际上一直没有中断对于共轴直升机的研发。早在1998年第一届珠海航展上。我国某高校就展示了自行研制的单座简易共轴直升机,而该机的外形和朱家仁当年研制的"蜂鸟"号非常相似。不过,总体上来说,我国在共轴直升机技术方面投入不多,目前我们主要研究的方向依然是传统直升机,包括如今刚刚量产的直-20和正眼研制中的38吨重型直升机直-40等,都是传统单旋翼直升机。不过由于我国海军曾经进口过相当数量的俄制卡-28和卡-31型共轴直升机,因此我国军工部门对于共轴直升机技术至少并不陌生,所以有理由相信,在充分发展我国直升机技术的基础上,总有一天,我们中国自己的共轴直升机也会翱翔在蓝天之上。


分享到:


相關文章: