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稳中求创新——苏联重型直升机巅峰之作

2019-2-18 15:35| 发布者: 阿鲁大神| 查看: 1133| 评论: 0

稳中求创新——苏联重型直升机巅峰之作

写在前面

米-26(Mil Mi-26; Миль Ми-26;北约报告名称——光环[Halo])是一型苏联(今为俄罗斯)的军民两用重型运输直升机,生产代号为伊扎尔90(Izdeliye 90)。米-26是当今世界上能够量产的直升机中体型最大且性能最强劲的。

我在上一篇关于米-12的文章中写过,苏联起初为了服务其全球争霸的军事战略,非常迫切地想要赶在美国之前开发出能够吊运重型武器装备,甚至是核武装备的重型运输直升机,米-12应运而生。但是也正是因为米-12的研制主要目的是用于战略弹道导弹的移动布点,随着苏联军方需求的变化,导弹布点的设计理念也发生了更改。造价昂贵、性能惊人的米-12立刻失去了用武之地,因而并未投入量产。

虽然米-12为苏联和米里设计局带来了巨大的荣誉和声名,但事实上它并未带来实际的利益,或者说经济效益,增长过快且无节制的军费虽然促成了苏联早期航空产业的飞跃发展,但是却已经拖累苏联的经济社会正常发展。认真总结米-12研制工作中的成败之后的米里设计局将工作重心转移到了苏联第三代直升机米-26的研发之上,尽管有效载荷相比米-12略逊一筹,但是米-26的其他性能指标和经济性都远远超过了米-12。更重要的是,这是一架军民两用的直升机,虽然军用的优先级仍然很高,但它的研制目的不再仅仅局限于服务苏联军事战略,也同时谋求在民用领域开花结果,希冀高投入的重型直升机产业也能获得相应的高回报。

可以说相比于此前的一系列大胆创新、敢破成规的重型直升机,米-26算是稳中求胜,功在不舍。

稳中求创新——苏联重型直升机巅峰之作

俄罗斯空军的米-26

本号持续针对旋翼飞行器理论、设计、未来等相关内容进行深度解读,感兴趣的读者欢迎关注。

研制背景

20世纪60年代后的数十年间,米-6一直是苏联重型运输直升机的主力机型。随着时代的发展,苏联对直升机应用范围不断扩展,执行任务的复杂性大幅提升,研制载重量更大的直升机已经称为一项迫在眉睫的任务。

20世纪60年代末,苏联武装部队提出需要载重量在18吨以上的重型运输直升机,以满足机械化步兵师运送新式作战装备的需求。与此同时,苏联有关政府部门也提出需要可运送大型民用设备的重型运输直升机,以便开发西伯利亚地区及北方沼泽和冻土地带。原有的重型运输直升机米-6无法满足军方和民用部门对大载重运输直升机的要求,所以苏联政府决定研制一种新的重型直升机,其有效载重应比米-6直升机大1.5 ~2倍,目的是提供军用和用于苏联广大边远地区的勘探和开发。

稳中求创新——苏联重型直升机巅峰之作

图——直升机尺寸对比图,其中体型之大最显眼的就是本文的主角

米-26是苏联时代快速机动战役理论的直接产物,虽然它的民用用途也在考虑之内,但军事需求的优先级显然更高。在苏联军方的作战理论中,大型野战机场一般情况下不能设置在前沿,通过安-22或伊尔-76运送到战区的人员和装备,要向前线机动,还需要跨越最后这段500~700公里的航程,而这样一段航程,恰恰是重型运输直升机最能发挥效力的舞台。

重型直升机对机场设施要求很低,快速开辟出的前沿简易机场就足以使用。这样一来,大量人员和重型设备就可以通过垂直输运快速抵达战场前沿,保证前沿人员装备规模和火力强度足以压倒对手。苏联军方还特别强调战役“突破-扩大”理念,要求在大规模战役中一旦实现局部突破,就必须向突破口快速投入大量人员及装备,确保突破成果得以扩大,这一理念同样对重型运输直升机机提出了较高的要求。

稳中求创新——苏联重型直升机巅峰之作

图——1984年航展上的米-26

研制历程

新一代重型直升机的研发工作仍然由米里设计局承担,以军用和民用兼顾的重型直升机为设计思路,其目的是取代早期的米-6和米-10,新机型的开发从选择直升机布局和确定基本性能开始。设计人员尽可能多地使用米-6和米-12型机的生产和组装设备,以及试验设施。新一代重型直升机被命名为米-26,1971年12月,新一代重型直升机的研发得到了苏联飞机工业部科技委员会的批准。根据用户需求,新一代重型直升机旨在将重达20吨的货物运送到400公里远地方,静升限超过1500米。

米里设计局与中央空气流体动力研究院以及航空发动机研究院进行了多轮沟通,设计人员最终选择了经典的单旋翼带尾桨布局,旋翼系统为传统的铰接式旋翼。米里设计局的技术人员在确定旋翼的最佳参数方面花费了大量精力。通过与中央空气流体动力研究院的共同努力,成功开发出了玻璃纤维结构的旋翼桨叶,大幅增加了旋翼的效率。旋翼采用直径为32米的8片桨叶,是世界上桨叶片数最多的单旋翼直升机。与米-6的5桨叶旋翼相比,重量轻了40%,桨毂采用钛合金材料,与米-6的桨毂相比,疲劳强度更大,重量轻15%。桨叶采用钢质大梁,在结构上形成不同的小单元,以利于构成所需的翼型。桨叶后段件有上翘的升力翼型,桨叶具有中等程度的扭转角,其数值稍大于米-6旋翼桨叶扭转角。桨叶厚度从桨根到桨尖逐渐变薄。桨叶最后一个小结构盒使桨尖有一定的正上反角。各片桨叶的后缘都有调整片,可在地面进行调整。旋翼桨叶采用玻璃钢蒙皮和玻璃钢桨尖罩,其前缘有不可拆卸的钛合金防磨蚀条。为适应高寒地区使用,桨叶采用电热防冰装置。旋翼转速为132转/分,桨尖速度为220米/秒。

尾桨的设计同样也采用了多种创新工艺。采用全玻璃纤维结构,尾桨叶内部用翼肋和加强构件加固。尾桨毂也由钛合金制成。因此,尽管米-26型机的尾桨与米-6尾桨重量相同,但直径大1.4米,推力增长了100%,为适应高寒地区使用,尾桨也有电热防冰装置。

为了达到性能,须提高动力装置的最小输出功率。根据设想,该动力装置由两台功率分别为8385千瓦的D-136涡轴发动机组成。发动机的研发工作由前进设计局负责,当时的设计工作也同步进行。新涡轴发动机基于D-36涡轮风扇发动机的核心技术,采用模块化设计,并整合了故障早期探测系统,从而大幅降低了发动机的保养和维护需求。

将动力装置如此巨大的功率传输给旋翼存在很大困难,但随着主减速器的研发,这些困难都迎刃而解。米-26主减速器是由米里设计局研发的(此前的主减速器都是由发动机设计部门研发的)。米-26主减速器的设计舍弃了原来的行星布局,转而大胆采用全新的三级传动和分扭结构,这一创新使得米-26与米-6相比,传输给旋翼的功率增加了2倍,扭矩增加了50%,但与此同时,减速器的重量也大幅增加。

稳中求创新——苏联重型直升机巅峰之作

图——米-26执行救援任务

在设计过程中,米-26的设计人员充分利用了米-6型机使用过程中总结出来的经验。为适应严寒环境和未经修整的使用场地,米-26设计时特别重视发动机进气道防冰和采取防外来物的措施。发动机进气道采用了双套防冰装置-电热防冰和热引气防冰。为预防冰块和沙尘进入进气道,在两个进气道前各加了一个圆形防护罩,一旦冰块或外来异物进入进气道,装在进气道中的离子分离器会将其分离。发动机两个进气道的上方有第三个进气道,供滑油散热器冷却用。发动机装有功率输出同步和保持旋翼转速的恒定系统。如果一台发动机输出功率衰减,另一台发动机可自动输出最大功率。为了在没有地勤保障的情况下提供动力,须采用辅助动力装置。该辅助动力装置位于发动机的后上方,用于地面起动发动机、检查各种系统和设备、使两台电动绞车工作(每台吊运能力为2.5吨)、为机载设备和系统预热等。铰链式发动机罩可兼作工作平台,因此在维修时不需要落地梯子和工作平台。尾梁内有狭窄的通道可通向尾桨。

此外,货物装卸机械装置也进行了改进,米-26装有两个电动绞车和一个桥式起重机,起重能力为5吨。除了原有的随机机械师工作站和货物装卸甲板的控制装置外,新增了机身外部的控制装置。货物装卸甲板可以控制在水平位置,从而能够运输比机身更长的货物。在飞机降落到地面上之后,货物装卸板可与货车车厢或是装载机对接。

稳中求创新——苏联重型直升机巅峰之作

图——米-26直升机的货舱

货舱可装运两辆步兵装甲车和20吨国际标准的集装箱。沿货舱两壁设有大约20个折叠座椅。军用型可容纳80名全副武装士兵。用于战场救护可容纳60名躺在担架上的伤员及4~5名医护人员。风挡有加温设备。

货舱顶上导轨装有两个电动绞车,每副绞车可吊运2500千克货物,地板上有滚轮传送机和货物系紧点。米-26直升机的外部吊索可以运输重达20吨的超大物体。可在数小时内改装为医疗后送机,只需要装载60副担架和3排供医护人员使用的座椅即可。机身为传统的全金属铆接的半硬壳式吊舱尾梁结构。蛤壳式后舱门,备有折叠式装卸跳板。直升机主起落架的设计也独具匠心,可以通过稍微拾高机身改变装载后的直升机离地间隙,使货物与货物装卸板在同一水平线上,方便货物的装载。后保险杆可以回缩到尾桁的正下方,从而可使车辆不受限制进入到装货舱口。每个起落架有两个轮胎,前轮可操纵。尾梁末端有可收放的尾棍。尾橇收起时,可自由接近后货舱门。主起落架可以进行液压调节。离地时,起落架的传感器可以通过随机机械师座位后方的仪表板显示直升机的起飞重量。

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图——米-26执行吊运任务

米-26的设计过程非常重视全尺寸组件和组装的试验,以对设计方案进行改进。例如,为了测试动力装置和旋翼制造了一个专门的测试平台;另外,还有专门测试机身撞击存活率的试验台。为了测试米-26的旋翼,用米-6型机改装了一个飞行测试平台,该平台提供了很多宝贵的数据。

米-26是从1971年开始研制的,同年中期进行方案论证,此后开始了前期设计工作,正式的设计工作大约花费了3年时间。随后进入原型机制造和试验阶段。米-26首架原型机于1977年12月14日完成首次悬停试飞,1978年2月21日完成首次前飞。1980年8月完成国家试验,随后在罗斯托夫直升机厂正式生产,首架生产型机于当年10月25日首飞,1981年6月在法国巴黎航展上展出了一架生产型机。1982年年初进行飞行评定,1983年起开始投入使用。1986年6月开始出口。

米-26用户主要有俄罗斯陆军、紧急状态部、航空飞行大队,此外还出口到20多个国家,如印度、哈萨克斯坦、秘鲁、乌克兰等。

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图-米-26 执行灭火任务


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