作戰需求催生、天才設計而成——史上最大直升機米-12的誕生

2020-12-23 旋翼飛行器

# 寫在前面

米-12(Mil V-12)是世界上有史以來生產成功的最大的直升機,沒有之一。「米-12」這個型號名本該是米裡V-12 原型機量產之後的名稱,可惜的是,該型直升機最後並未進入量產階段。整個世界上僅有兩架V-12原型機而已。它也是世界上唯一的一架橫列式雙旋翼布局的重型直升機。

米-6直升機問世之初所展示的能力表明它是當時世界上最強的垂直起降運輸直升機,這是其他飛行器無法比擬的。但是隨著美蘇爭霸的進一步白熱化,重型作戰裝備運送的需求也進一步提高,促使著兩國競相開展重型直升機的研製和改進工作。米裡直升機試驗設計室的設計師們也認為,運輸直升機的尺寸和載荷還是可以進一步增加的——要想將這一觀念付諸實施,就需要研製一種可垂直起降「飛機」,它能夠運送20噸以上的軍用單件貨物。

1959年,米裡設計局開始其最初的超大型重型運輸直升機的項目研究工作,這種直升機被命名為V-12,代號為伊扎爾65(Izdeliye 65)。1961年,蘇聯國家航空技術委員會(GKAT)籤署一份文件,分派給米裡設計局一項任務,要求其研製一種能夠運送20~25噸貨物的直升機;此後,蘇聯部長會議下達正式的命令,要求米裡設計局研製V-12直升機,其載荷要與安東諾夫設計局正在研製的安-22型運輸機相似。該型直升機旨在運送各種重達25噸的作戰物資,包括伊扎爾8K67,8K75和8K82型洲際彈道飛彈。

圖——米-12 三視概念圖

在此期間,美國的各大直升機公司也開始加大力度設計重型直升機,不過都還沒有達到足以建造原型機的水平。但米裡設計局的研製團隊的進展很快,他們已經能夠讓蘇聯國家領導人相信,建造「超級重型」直升機是相當可行的。

作戰需求的驅使和米裡設計局設計師們天才頭腦的結合催生了這架直升機史上的傳奇之作,可以說當年的蘇聯沒有什麼他們不敢想,沒有什麼他們想了不敢做,雖然當年的多型重型直升機都未竟成功,但其勇於創造之精神,如今仍令人神往。

本號持續針對旋翼飛行器理論、設計、未來等相關內容進行深度解讀,感興趣的讀者歡迎關注。

# 研製背景

二戰結束後,蘇聯成為僅次於美國的世界超級軍事大國。在與美國長達半個世紀的軍備競賽中,蘇聯選擇了一套與對手大相逕庭的武器裝備發展模式。蘇聯是一個傳統的大陸國家,一直比較重視陸軍的發展,陸軍也一直是蘇聯武裝力量中歷史最悠久、人數最多的軍種。二戰以後,蘇聯陸軍的人數雖有所下降,但蘇聯對於陸軍武器裝備的發展仍然相當重視。蘇軍在認真總結了戰爭時期經驗教訓的基礎上,將德國的「閃電戰」思想進一步發揚光大,以「大縱深、高速度」為作戰基本理念,配之以龐大的地面部隊和先進的武器裝備,形成了冷戰時期最為強大的地面力量。

圖——如今的俄羅斯的坦克仍能感受到蘇聯鐵軍的風格

受二戰中多次成功實施坦克集團軍大規模作戰的鼓舞,蘇聯在戰後對裝甲部隊的發展傾注了極大的熱情,認為裝甲兵是核戰爭環境下最具生存力和最具突破力的兵種,坦克、裝甲車輛也因此成為蘇聯陸軍武器發展的重中之重。此外,由於核武器技術的發展,使蘇聯軍事戰略得以進一步實施。一方面大力發展核物理,為研製核武器做準備;另一方面加強核彈頭遠程運輸問題的研究。由於當時蘇聯遠程轟炸機的水平與美國差距較大,且一時難以趕上,於是把運載核彈的工具重點放在火箭上。為此,特別要求加速發展彈道飛彈,並將其列為國家重點計劃。20世紀50年代,蘇聯開始在德國火箭技術的基礎上獨立發展彈道飛彈。

因此,蘇聯迫切需求一種直升機能用於運送彈道飛彈和巡航飛彈、防空裝置、自行火炮裝備(包括蘇-100)、T-54和T-76坦克以及裝甲運輸車等總計超過80種不同的作作戰裝備。

圖——蘇-100自行火炮裝備,重約31.6噸

正是在作戰需求驅使之下,設計並製造完成世界上最重的米-6直升機之後,米裡設計局的總設計師和專家們相信旋翼飛行器的尺寸和有效載荷還有很大的擴展空間。更重要的是,當時的蘇聯經濟建設和部隊經常需要利用直升機來吊裝單個重量超過20噸的整塊貨物。在這種背景下,米裡設計局首度開始了超級重型直升機的研發。

# 研製歷程

1962年5月,蘇聯部長委員會下發指令,進行米-12的研製。與之前米-6以安-12軍用運輸機的載重作為標準一樣,米-12將以具體指標為基準進行研製。安-22運輸機只能將作戰裝備運送到機場,而米-12卻能將這些裝備運送到離戰場更近的區域。按計劃,米-12的貨艙大小將與安東諾夫設計局重型運輸機安-22飛機的相當。

圖——安-22運輸機

比前,米裡設計局製造的所有直升機均採用常規單旋翼構型,這其中包括米-1、米-4、米-6和米-10,即使採用常規構型,仍需要研發新型發動機和超強功率減速器,甚至要解決其他一些複雜的技術難題。米裡設計局力圖尋求另外的旋翼布局,提出了幾種備選方案。對這些方案進行詳細分析並考慮了所有可能的情況,其中包括未來該直升機的生產條件。

圖——早期的米-12概念布局

米裡設計局的專家們還對三旋翼甚至四旋翼布局進行了分析,但並未採用這兩種布局。因為分析顯示,兩副旋翼就能夠保證所要求的噸位。最終,決定採用米-6的發動機組件。但是如何設計連接兩副旋翼的梁(橫向還是縱向),當時,國內外大多數權威專家都認為,大型起重直升機應採用縱列式布局。為了研究縱列式布局的優點和缺點,進行了大量的相關試驗。

米裡設計局對縱列式直升機進行了飛行試驗,深入研究了此種構型的飛行特性,其中包括旋翼間的相互作用和功率分配,並確定了各種不同飛行狀態下所需的發動機功率。在試驗過程中,雅克-24直升機出現了前後減速器加載不平衡、振動較大以及飛行中直升機不穩定的現象。同樣,這些現象也出現在美國直升機的試驗中。之後對米-12發動機縱列式安裝的布局進行了研究,但鑑於試驗中出現的相關問題而否決了這一方案。因而,設計局中斷了縱列式布局的研究。

早在二戰之前,德國就製造了橫列式布局的直升機。在蘇聯,布拉圖欣設計局和卡莫夫設計局也進行過此種布局直升機的研究。米裡設計局宣布進行最好構型設計的評選,方案評比由設計草圖拉開序幕。難點在於如何規避橫列式布局中固有的振動,以及可能在發動機末端出現的危險共振。米裡設計局提出了建設性的方案:卸除遠離機身一側構架的承力裝置,並改進機翼支撐形式。窄化靠近機身一側的機翼,加寬機翼另一側,從而能保證實現所要求的載重。米裡設計局的這一創新構型分別在英國、美國、法國和義大利獲取了專利。此外,中央空氣流體動力學研究院也對米-12採用這一構型表示認可。

圖——米-12 設計概念圖

米-12機身前部是機組區域,有上下兩個駕駛艙(雙層駕駛艙)組成。下層(駕駛艙)可容納兩名飛行員、一名隨機機械師和一名電氣工程師;上層駕駛室為領航員和無線電報務員坐席。機身尾部為裝卸跳板和側向艙門,在開啟時為車輛通道,另可通過電動絞車和橋門式起重機裝卸不同的貨物。機身中部為大容量貨艙,空間尺寸為28.15×4.4米×4.4米,可容納196名士兵或158名傷員。直升機尾部與固定翼飛機類似,安裝了方向舵、升降舵和兩副端板式垂直尾翼,其中方向舵用於控制方向,而升降舵控制則與旋翼總距控制同步進行。通過同時調整兩副旋翼的總距來獲得升力,旋翼間的差動總距則用於控制直升機的滾轉。俯仰控制和推力變化藉助自動傾斜器對兩副旋翼周期變距的改變來實現,旋翼間的差動變距則用於直升機的偏航控制。

米-12的發動機短艙設計也頗具特色,採用可摺疊的發動機罩,不再需要依靠地面扶梯就能進行發動機維護。機組人員可以從駕駛艙走出,穿過機翼站在掀開的發動機艙罩上,如同在扶梯上一樣,完成發動機維護。米-12採用了4臺D-25發動機,單臺功率為4770千瓦。發動機成對運轉,並通過主減速器將功率傳遞給輸出軸,從而帶動5片槳葉的旋翼。其中,米-12的發動機、主減速器、軸套和自動傾斜器都來源於批量生產的米6和米-10。但是性能都得到了顯著的提升,發動機功率增大了,每片槳葉重量減輕了300千克。

圖——米-12的側面

1965年4月,蘇聯部長會議籤署指令,要求進行首架原型機的製造。之後,薩拉託夫飛機廠也開始準備為蘇聯部隊製造首批5架米-12,1966年,蘇聯國家委員會通過了最後審批,首架原型機的製造正式開始。

首架原型機製造完成之後,隨即進行試驗以確定其振動頻率。將直升機懸掛在減振繩索上,在旋翼軸套上安裝激振器。所有試驗都在夜間進行,白天處理採集到的相關數據。

圖——飛行中的米-12

1967年12月,米-12開始進行飛行試驗。其中,工廠飛行試驗足足用了一個月的時間。1968年,米-12進入聯合國家飛行試驗。1970年,完成了莫斯科往返阿赫圖賓斯克的長途飛行,標誌著聯合國家試驗第一階段的結束。

1969年2月22日,帶31噸有效載荷的米-12直升機飛到2350米的高度,創造了有效載荷和高度新的世界紀錄。同年8月6日,帶40.2噸有效載荷的米-12飛到了2250米的高度,這一紀錄迄今仍未被打破。米-12總計創下了7項世界紀錄。米裡設計局因米-12研製中取得的突出成績榮獲了美國直升機協會頒發的西科斯基獎。

1970年10月底,國家委員會批准米-12進入批量生產。1971年,米-12在布爾歇舉辦的第29屆巴黎航展上成功展出,被譽為「航展上的明星」。隨後,在巴黎、哥本哈根和柏林先後進行了飛行表演。米-12直升機尺寸幾乎是美國最重直升機CH-53和CH-47的兩倍,而重量則是其4倍。

1972年,第二架米-12樣機完成製造。1973年3月28日,該樣機完成首飛。首飛後第二天,被運往機場繼續進行國家試驗。第二架樣機與第一架樣機相比,增強了操縱杆的剛度和後機身支柱的強度。第一架原型機被永久保存在設計局,第二架捐給了蘇聯中央空軍博物館。

圖——如今已在博物館中的米-12

在完成的米-12試驗項目中,共進行了77次懸停和122次機動飛行,對預期性能和機載系統的可靠性進行了全面驗證。在自動駕駛和手動駕駛模式時都擁有良好的操縱品質;前飛時需用功率相對較低;自轉模式時操縱性能良好;擁有低振動、低噪聲和舒適的駕駛環境等特點。此外,米-12直升機在兩臺發動機失效時仍能繼續飛行,滑跑起飛時起飛重量能大幅增加。儘管米-12貨艙體積是米-6的7.2倍,但兩者空重比卻相當。米-12雖然具有獨一無二的特性,但是並沒有進行批生產和服役。主要原因是米-12的研發目的是用於戰略彈道飛彈的移動布點,但20世紀60年代末軍方的需求發生變化,更改了飛彈布點的設計理念。20世紀50年代,飛彈基地設施多在地面或半地下。20世紀60年代開始轉建於地下,其發射陣地採用地下井式。此時,蘇聯致力於研製和建立高軌道太空監視系統。藉助於光學設備,該系統能夠監測到彈道飛彈發射時飛彈推進器在飛行加速段發出的輻射,達到監視和跟蹤彈道飛彈發射和飛行的目的。20世紀60年代末,蘇聯不僅開始建立飛彈預警系統,而且還著手構建完整統一的太空飛彈防禦體系。

米-12搭載飛彈系統的驗證工作被終止,其他類似的軍用裝備也不再需要藉助諸如直升機這樣昂貴的工具進行運輸。此外,準備生產米-12的薩拉託夫製造廠由於在當時承接了太多的裝備生產任務而不堪重負。最關鍵的是,在新的環境下,設計局將工作重心全部轉移到第三代直升機米-26的研發上,不再關注米-12,儘管有效載荷不如米-12,但米-26的技術指標和經濟性都大大超過了米-12。

儘管米-12僅生產了兩架樣機,卻是米裡設計局和整個蘇聯直升機界的榮譽和驕傲。該直升機設計和試驗經驗並未付諸東流,通過米-12的研發,米裡設計局制訂了一套綜合方法,用於在考慮機身氣動穩定性的情況下,確定出最優的直升機參數,同時也證明了旋翼飛行器的運載能力。

圖——拆除了旋翼的米-12

相關焦點

  • 重裝防禦、火力壓制、兵員投送—超越武裝直升機的米-24設計概談
    圖——UH-1 休伊直升機因此,當傳奇設計師米裡提出米-24的構想之後,熱衷於這一戰爭「玩具」的國防高官們紛紛響應,雖然最初也有大量反對的聲音,但是支持者最後還是佔了上風。米裡決定讓雌鹿同時具備武裝攻擊能力和兵員載運能力,於是這一「飛行戰車」的概念最終誕生。
  • 世界上曾經最大的直升機!米26在它面前就是小弟
    米-26是蘇聯研製的多用途重型直升機,是當今世界最重最大的直升機,機長40米,機高11.6米,寬3.2米,旋翼直徑32米,貨倉容積120立方米,空重28噸,最大有效載荷20噸,最大起飛重量56噸。
  • 能指揮無人機作戰,美國AH-64阿帕奇武裝直升機都升級成這樣了?
    現役最強武裝直升機之一AH-64E武裝直升機是目前阿帕奇系列最新一個型號,長度為17.7米、高度5米、主旋翼直徑14.6米、空重5.17噸。相對於這一系列的前輩,AH-64E在動力系統和數據鏈系統上做了升級。
  • 直升機家族中的一匹黑馬,俄羅斯卡-226T直升機適合高原叢林作戰
    在直升機家族中,美國和俄羅斯一直都是出於領先地位,近些年來中國的直升機後來居上,在直升機家族中佔有了一席之地。但美國和俄羅斯在直升機研製方面根基深厚,還是有很多產品一推出來就備受客戶的喜愛。它的機長約為8米,主旋翼直徑約為13米,機高約為4.2米,最大起飛重量約為3600公斤,最大速度每小時約為250公裡,航程約為600公裡,具有多用途作戰能力。
  • 全球最大的直升機米-12:各方面碾壓米-26,外形像一隻巨大的恐龍
    如果問當今社會哪一款直升機是最大的,軍事迷肯定會脫口而出是俄羅斯的米-26。沒錯,在所有現役的直升機當中,米-26無疑是最龐大的一個。但是它並不是迄今為止人類研製成功的最大直升機,這第一的頭銜應該歸屬於它的前輩米-12。
  • 以光環為名,它是世界最重直升機,正統繼承人卻要在中國誕生
    1,「光環」之源米-26之前的米-6直升機也取得了巨大的成功,而米-26在設計時也大量參考了米-6光環並不是一夜之間誕生的,在她之前蘇聯不僅裝備有包括米-6,米-10在內的多種傳統布局的重型運輸直升機,也對當時頗為前衛的V-12雙旋翼重型運輸直升機進行了探索。
  • 返老還童的「雌鹿」,淺析米-35M直升機的現代化升級與改進
    那麼,在航空技術突飛猛進的今天,俄羅斯為何仍要升級「雌鹿」直升機並推出改進型號米-35M呢?相比之前的米-24,米-35M有哪些方面的升級與改進呢?一、米-35M直升機的誕生背景米-35M直升機是米-24的衍生型號,因此在介紹米-35M之前,我們不妨先了解一下米-24直升機的一些基本情況。
  • 性能狂暴的米-28NM武裝直升機,硬槓阿帕奇?低空打擊戰鬥機?
    壹米-28NM的前世今生20世紀70年代,受美國AH-64「阿帕奇」武裝直升機的刺激,蘇聯政府要求研製出一款足以媲美「阿帕奇」的新一代武裝直升機,米裡設計局設計了米-28武裝直升機。2009年,為滿足現代化戰爭的需要,米裡設計局根據俄軍方的需求開始對米-28N進行深度改進,以提升其飛行性能、戰鬥力和操縱性,即米-28NM「超級暗夜獵人」武裝直升機。
  • 迫於美國壓力而退役的蘇聯直升機——米-14 Haze 陰霾
    # 設計與發展1965年4月,蘇聯共產黨中央委員會和部長會議通過了正式研製米爾運輸直升機米-8的反潛型號的計劃,該型直升機研製的目的是為了取代在役的米爾米-4直升機,用於短程的、岸基反潛任務。當局對新機型提出的要求是具備222公裡的作戰半徑及兩小時以上的滯空能力。
  • 俄軍接收米-28NM「超級暗夜獵手」武裝直升機
    據悉,年底前俄企業將向俄軍交付第一批量產機型,這些米-28NM將開啟米-28家族的新篇章。    「暗夜獵手」誕生    米-28是蘇聯米裡設計局研製的全天候專用武裝直升機。該機於1980年開始設計,1988年第一架量產型米-28A誕生。由於不具備全天候作戰能力,相關項目一度被取消發展,直到夜戰型號出現,才獲得再次發展機會。
  • 蘇聯米-28武裝直升機,真正的「飛行坦克」,堪稱完美之作
    米-28是蘇聯於1980年開始設計研製的單旋翼帶尾槳武裝直升機,綽號為"浩劫"。早在1976年,米裡設計局就開始構想新型武裝直升機,當時的構想是設計一款足夠抗擊打的飛行坦克!雖然這個目標聽起來比較簡單,然而實施起來卻異常困難。
  • 武裝直升機的異類:卡-50和卡-52,另闢蹊徑配備彈射座椅
    卡50的最初設計很超前,單座單人設計,但這樣的設計即便是美國的電子信息技術水平都無法做到,卡莫夫又改進而卡莫夫設計局的"戰績"就沒有那麼輝煌了,卡莫夫設計局在艦載直升機領域倒是取得了不錯的成績,研發的卡25艦載反潛直升機和卡27艦載反潛直升機也曾經"名揚四海",但是受限於艦載反潛直升機的列裝需求規模,卡莫夫的直升機產量就沒有太大優勢了
  • 卡-52、米-28和米-35,俄軍武裝直升機種類之多,後勤都哭了!
    從2011年起開始大規模重整軍備,俄軍獲得了大量的軍事裝備,特別是軍用飛機和直升機。在過去幾年,空軍直升機部隊和新組建的陸戰航空兵旅已經接收數百架全新的直升機,執行作戰勤務,其中有卡-52、米-28和米-35軍用直升機。現在俄軍擁有三種新型戰鬥直升機,卡-52直升機由卡莫夫設計局研製,而另外兩架直升機米-35和米-28由米裡設計局研發。
  • 連聲音也可以隱藏的科曼奇直升機,美軍曾計劃用無人機協同作戰
    通過這一系列的措施下來,科曼奇的雷達反射面積只有普通直升機的1%,已經達到隱身直升機的標準。發動機的排氣口設計也很特殊,呈長條形布置在尾梁上。排出的廢氣先和吸入的冷卻空氣相結合,降低廢氣溫度,然後再沿著長長的噴口從尾梁下方排除,在旋翼產生的氣流作用下,熱量很快被分散到空氣中,從而降低紅外特徵。
  • 詳解蘇聯卡-50黑鯊武裝直升機,一問世就創造了三個世界紀錄
    Ka-50黑鯊的發展背景在上個世紀70年代,蘇聯國防部發現當時服役的Mi-24武裝直升機已經無法滿足未來的陸軍需求,當時的美國已經發展出了更加先進的對地作戰武裝直升機AH-64,蘇聯認為Mi-24武裝直升機的整體作戰實力跟美國的最新武裝直升機相比已經大大的落後,因而當時蘇聯內部通過了一項關於開發新一代戰鬥直升機的決議
  • 基礎知識| 直升機構型
    直升機經過上百年的發展,從最初如何讓直升機飛起來,到如今如何充分挖掘直升機潛力,期間誕生出多種實用的構型。那麼,直升機有哪些構型呢?這裡從單旋翼、雙旋翼、複合式、無人機的角度,概述一下目前直升機的主要構型。
  • 全球頭號巨型直升機:活像一隻大恐龍,米26跟它比嬌小又可愛
    利刃/縱橫論直升機普遍裝備於世界各國,由於其垂直起降的特點被廣泛用於軍事領域。要說世界上最大的直升機是哪款,很多人的第一印象就是俄羅斯的米-26,米-26直升機以巨大而著稱,其機體長度居然長達40米,比一間小教室還大。
  • 這些直升機之「最」,你知道幾個?
    V-12重型運輸直升機1969年2月12日,由前蘇聯米裡直升機實驗設計局(現稱米裡莫斯科直升機製造廠)設計,綽號「信鴿」的V-12重型運輸直升機首次試飛,飛行中有效載重31030公斤,以180米/分鐘的爬升速度爬升列
  • 「浩劫」來降臨,解密俄制武裝直升機米-28,防禦與火力相結合
    一、一波三折的研發上世紀70年代,面對美國AH-64優異的性能壓力,蘇聯官方決定設計一款新式的重型武裝直升機,來輔助現有的米-24"雌鹿"進行作戰。之後這一任務被交給了蘇聯的米爾設計局,1976年研發工作正式開始,期間米爾設計局吸收了許多AH-64身上的技術,並針對蘇聯的特性進行了改進。
  • 直-10武裝直升機青藏演練,具備海拔4500米高原作戰能力
    央視近日報導某集團軍陸航旅在海拔4500米的青藏高原進行飛行考核和演練,武直-10成為此次演練的主角,同時也展現了武直-10具備優良的高原作戰的能力。武直-10高原實戰演練眾所周知武直-10最大起飛重量為6噸,配備兩部渦軸9發動機,起飛功率接近1000千瓦。