01.02 還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(俄羅斯卡-52武裝直升機)

共軸雙旋翼直升機,一直是世界直升機界的"另類",目前只有俄羅斯的卡莫夫設計局一直堅持採用這種氣動佈局設計直升機,除此以外世界絕大部分直升機都採用單旋翼+尾槳的設計方式。在2019年的印度國際航展上,印度政府和俄羅斯簽署協議,計劃在印度本土生產俄製卡-226T型共軸雙旋翼直升機,與此同時印度海軍正在計劃招標購買多達111架直升機,而如果卡-226T型直升機能夠在印度國產化,那麼毫無疑問它將比其他直升機更有競爭優勢。


都是直升機,差別就是這麼大

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(這架米-26的頂部單旋翼和尾槳看的很清楚)

我們常見的直升機大多采用單旋翼設計,也就是在飛機頭頂上頂著一個巨大的旋翼,飛機的升降前進等動作都靠這副螺旋槳來驅動,同時由於螺旋槳旋轉的反作用力會導致機身向反方向旋轉,所以常規的直升機都會帶著一條長長為"尾巴",並且在尾巴尖端裝上一個控制方向用的小型螺旋槳(尾槳),依靠這個小螺旋槳旋轉來保持直升機機身的穩定。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(共軸雙旋翼,也叫共軸反槳直升機)

而所謂的共軸雙旋翼直升機,其實就是具有繞同一理論軸線一正一反旋轉的上下兩副旋翼,由於轉向相反,兩副旋翼產生的扭矩在航向不變的飛行狀態下相互平衡,通過所謂的上下旋翼總距差動產生不平衡扭矩可實現航向操縱,共軸雙旋翼在直升機的飛行中,既是升力面又是縱橫向和航向的操縱面。這段話聽起來太繞口,改用直白的說法就是:頂部一軸上採用兩副螺旋槳,相互反轉,同時為直升機提供升力和前進的動力,共軸雙旋翼直升機就是這樣一種獨特的直升機。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機


和傳統直升機相比,共軸直升機有很多技術優勢:

首先,共軸直升機取消了傳統直升機的尾槳,而一般情況下,尾槳要消耗直升機發動機功率的10%,而共軸直升機的發動機全部功率可以全部用於飛機的起降或者飛行,這意味著,在使用相同功率發動機的情況下,共軸直升機比傳統直升機的載荷要更大一點。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(卡-28艦載直升機,也是共軸雙旋翼,可用於救援反潛等工作)

其次,共軸直升機取消了尾槳和長長的尾梁,整個飛機的機身可以大幅縮短。而且由於是2副旋翼提供升力和動力,所以共軸直升機的旋翼比常規直升機要縮小30%左右,總體上說,就是在保持貨艙相同的情況下,共軸直升機的外形尺寸更小,相對而言風阻也更小。而且由於取消了尾槳,飛機的重心更貼近氣動中心,因此共軸式直升機飛行更加靈活,能夠適應更小的飛行甲板。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

共軸直升機的這一點在蘇聯海軍中得到充分的體現:從1960年代蘇聯海軍廣泛實現直升機化後裝備的直升機幾乎全部為卡莫夫設計局設計的共軸直升機,而蘇聯軍艦的飛行甲板普遍要比西方戰艦的飛行甲板短3~5米,這意味著在軍艦長寬相同的情況下,蘇聯軍艦有更大的空間安裝各類武器裝備和雷達系統,並且有更大的空間容納儲備物資。這也是共軸直升機所帶來的重要優勢。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

第三,由於取消了尾槳,且上下兩片旋翼同時對地做功,所以共軸直升機的懸停效率要大大高於傳統直升機。據卡莫夫設計局資料稱,通常共軸雙旋翼直升機的懸停效率要比單旋翼帶尾槳直升機高出17%~30%。由於上述的原因,在相同的起飛重量、發動機功率和旋翼直徑下,共軸式直升機有著更高的懸停升限和爬升率。這一點在90年代俄羅斯新一代武裝直升機的競爭中得到充分體現,當時卡莫夫設計局基於共軸結構設計的卡-52型武裝直升機在俄羅斯新一代武裝直升機的競爭中拔得頭籌,最終戰勝了老對手米里設計局設計的米-28型武裝直升機。雖然後者最終也投入量產,但是和卡-52相比,顯然在飛行敏捷性方面差異較大。


來自中國的共軸設計思想

很少有人知道,被卡莫夫設計局推向全球的共軸式直升機,其實最初是由我們中國的飛機設計師設計。而這個天才的設計師名叫朱家仁。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

朱家仁,漢壽人,字君一,1900年出生,其父朱熙在民國時期曾經任國民革命軍第二師的師長,併兼任江蘇江寧鎮守使,軍銜陸軍中將。朱家仁1920年赴美國留學,主攻航空技術,1926年從著名的美國麻省理工學院航空系畢業。他也是歷史上第一個從麻省理工畢業的中國人。早在1937年春天,朱家仁就在家鄉自費製造了一架雙翼雙座教練機,並將其命名為"蘇州"號。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

1944年隨國民黨遷入大後方的朱家仁開始在雲南昆明研究直升機。在當時清華大學學生的幫助下,身為當時中國第一飛機制造廠廠長的朱家仁試製成功"蜂鳥"號甲型直升機,這是一架單座共軸雙旋翼直升機,雖然看起來極為簡陋,但是後世共軸直升機所應該具備的特徵在這架飛機上已經全部具備。1948年他又研製成功"蜂鳥"號乙型直升機,基本完善了共軸雙旋翼直升機的設計要點。而蘇聯的卡莫夫是在1945年才設計出自己的第一款共軸雙旋翼直升機——卡-8輕型直升機。所以嚴格來說,朱家仁才是共軸直升機的首創者。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(朱家仁研製的CJC-3直升機)

而且不僅如此,經過一年半的努力,朱家仁在1951年時又研製成功綽號"飛行香蕉"的CJC-3型直升機,該直升機採用兩副螺旋槳前後縱列布置,和當今的美軍CH-47"支奴幹"運輸直升機完全一樣。可以說,朱家仁一個人同時開創了共軸雙旋翼和縱列雙旋翼兩種後世經典的直升機氣動佈局。不過這已經是題外話了。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(CH-47"支奴幹"直升機)

後來居上的美國人

儘管蘇聯從1960年代就開始廣泛研製並裝備共軸直升機,特別是其中的卡-25、卡-28、卡-32等直升機還大量對外出口,並贏得廣泛好評,包括加拿大在內的北約國家也購買了一定數量的卡-32型直升機用於極地搜救和運輸等民用領域。而卡-52武裝直升機列裝俄羅斯軍隊則讓卡莫夫設計局走上了輝煌的巔峰,從此卡莫夫的直升機不再是俄羅斯海軍的"專利",而是開始廣泛向其他領域開拓發展。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

不過儘管蘇俄的共軸雙旋翼直升機研製最早、裝備最多,但是卻始終有一個"痼疾"沒有解決。那就是俄羅斯共軸直升機採用和傳統直升機相同的柔性槳葉,這樣直升機的旋翼在飛行途中由於高速旋轉會產生震顫。卡莫夫採用柔性旋翼的目的就是可以讓槳葉自身吸收震顫從而讓飛機保持穩定,提升乘坐舒適感——畢竟卡莫夫的直升機主要用戶是蘇俄海軍,在海上執行反潛任務,動輒兩三個小時,如果乘坐不舒適,會讓飛行員過早疲勞,進而影響作戰效果。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

但是採用柔性旋翼也導致槳葉自身彈性大,一旦遭遇橫風吹襲,或者旋翼震動過大,則上下槳葉極易相互"打架",從而引發飛行事故。在俄軍中就曾經出現過卡-52武裝直升機因為機動動作過於劇烈,導致上下旋翼震顫,"打架"折斷,並最終導致飛機墜毀的事故。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

不過,受材料性能和設計思路的制約,俄羅斯卡莫夫設計局至今依然堅持採用柔性旋翼,而解決問題的辦法就是拉高飛機兩層旋翼之間的距離,擴大"震顫"的空間。所以我們看到,卡莫夫設計局的直升機的旋翼都異常高大。我國海軍艦艇在21世紀初主要搭載俄製卡-28型反潛直升機,為此還必須專門設計高聳的機庫,而這種獨特的、高出軍艦甲板的機庫一度成為我國各型軍艦的特色。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(美國S-97高速直升機)

針對共軸直升機的這個"軟肋",美國的波音公司和西科斯基公司通過聯合攻關,開發出全新的剛性旋翼,用來替換俄式的柔性旋翼。美國人的思路是:直接加強旋翼的剛度,從而確保旋翼在飛行旋轉中不會發生震顫。所以西科斯基公司所研製的S-97型共軸直升機所用的旋翼明顯極為粗大,同時由於採用了剛性旋翼,所以S-97的上下兩副旋翼之間的距離大大縮小。這樣減小了旋翼高度,從而減小了直升機正面的空氣阻力,再一次提升了飛機性能,同時依靠剛性旋翼保持飛行安全。美國人用加強旋翼的方式,徹底解決了俄羅斯數十年沒有解決的問題。


共軸直升機的未來走向

隨著技術的不斷進步,直升機也必然不斷更新換代,從目前情況來看,共軸直升機顯然具備很大的發展潛力,因為其自身對於傳統直升機而言,有很大的技術優勢。而其劣勢只有一個,就是雙旋翼之間容易"打架"。只要能有效解決這個問題,共軸直升機的發展空間顯然比傳統直升機要大。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(印俄簽署卡-226T國產化合作協議)

目前共軸直升機生產最多的依然是俄羅斯,卡莫夫設計局的共軸直升機不僅包攬了俄海軍全部的艦載直升機,同時還有武裝直升機、突擊直升機(卡-29型直升機,可以攜帶武器和士兵,相當於共軸版米-24),同時民用型卡-32、卡-226等也在世界熱賣。印度更是和俄羅斯簽署合同計劃自行生產卡-226T型直升機。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

(SB-1高速直升機)

美國西科斯基公司不僅研製了新式的S-97高速共軸直升機,並且還在S-97的基礎上開發了SB-1高速直升機,可以預見未來美國主要直升機研發公司也會向共軸直升機的方向靠攏,而且美國由於比俄羅斯掌握更紮實的技術功底,所以美式共軸直升機極有可能後來居上。

還在眼饞卡-52、支奴幹?幾十年前,中國人就發明了這兩種直升機

我國實際上一直沒有中斷對於共軸直升機的研發。早在1998年第一屆珠海航展上。我國某高校就展示了自行研製的單座簡易共軸直升機,而該機的外形和朱家仁當年研製的"蜂鳥"號非常相似。不過,總體上來說,我國在共軸直升機技術方面投入不多,目前我們主要研究的方向依然是傳統直升機,包括如今剛剛量產的直-20和正眼研製中的38噸重型直升機直-40等,都是傳統單旋翼直升機。不過由於我國海軍曾經進口過相當數量的俄製卡-28和卡-31型共軸直升機,因此我國軍工部門對於共軸直升機技術至少並不陌生,所以有理由相信,在充分發展我國直升機技術的基礎上,總有一天,我們中國自己的共軸直升機也會翱翔在藍天之上。


分享到:


相關文章: