另類!兩個螺旋槳同時反著轉,這架特殊直升機卻是俄羅斯的最愛

2020-12-16 軍武次位面

【軍武次位面】:風林火山

縱觀二戰之後半個多世紀的直升機發展史,總體來看還是以採用單旋翼帶尾槳布局的直升機為主流,這一構型在技術上也達到非常成熟的程度,成為研製新型直升機時技術風險最小的選擇。當然,這種構型也存在先天上的缺陷,比如,在研製大中型直升機時,就必須採用直徑更大旋翼,隨之而來的就是需要更長的尾梁來安裝尾槳,這就是使大中型直升機的機身會很長,為了搭載黑鷹這類主流艦載直升機,軍艦都必須有一個比較大的直升機起降甲板。這也是為什麼噸位不足的052C/D驅逐艦在搭載大量飛彈和設備的同時只能設置一個僅能供卡-28起降的飛行甲板。

另外,尾槳在實際使用中也暴露出了無法避免的脆弱性,遭到外力打擊時很容易受損,一旦尾槳損壞,直升機必然會因為自旋而墜毀,即便是阿帕奇這種防護力很強的武裝直升機,只要步槍子彈能夠破壞它的尾槳,它也必定墜毀。因此,共軸反轉雙旋翼布局進入了直升機設計師們的視野,

共軸反槳直升機可大大縮短機身長度

由於沒有尾槳,共軸反轉雙旋翼直升機的機身部分在槳葉旋轉範圍之內,機體的縱向尺寸就是槳葉的直徑。相比之下,單旋翼帶尾槳直升機的尾槳部分必須超出主旋翼的旋轉範圍,假設尾槳直徑是主旋翼的16%到22%,即使尾槳緊鄰主旋翼,單旋翼直升機的主旋翼槳葉的前端到尾槳槳葉的後端至少是主旋翼槳葉直徑的1.16到1.22倍。按照這個標準計算,在相同載荷、發動機和起飛重量的情況下,共軸反轉雙旋翼直升機的縱向尺寸僅相當於單旋翼直升機的60%左右,同時還消除了尾槳傷害地面人員的可能性。

對於艦載直升機來說,共軸雙旋翼直升機的這些特點就意味著不需要太大的直升機甲板,同時由於共軸雙旋翼直升機結構自重和掛載重量都集中在機身的重心處,所以,在狹小區域起降時,直升機飛行狀態會更加平穩,安全性也會有所提高。在10噸級直升機上採用共軸雙旋翼,其旋翼軸的轉動慣量將大大小於單旋翼帶尾槳直升機,因此,航向的操縱性要好於單旋翼帶尾槳直升機,另外,由於共軸雙旋翼直升機的機身較粗短,結構強度高,可以採用面積較大的平尾和雙垂尾,這樣就進一步提高了直升機縱向飛行的穩定性,而這一特性對於需要長時間在低空飛行的反潛直升機和武裝直升機來說有很大的價值。

卡25反潛直升機

可以看出,共軸反轉雙旋翼艦載直升機對於直升機甲板較小的護衛艦和驅逐艦來說有著非常大的意義,因此,前蘇聯海軍一直專注於發展共軸反轉旋翼艦載直升機。卡莫夫直升機設計局從20世紀50年代初就開始為蘇聯海軍研製共軸反轉雙旋翼直升機,1961年推出的卡-25是首款成熟的共軸反轉雙旋翼艦載直升機,能夠部署在上甲板面積嚴重不足的"卡拉"級巡洋艦上,是當時蘇聯海軍監控北約核潛艇的主力。此後更先進的卡-27、卡-28、卡-29、卡31均為10噸級共軸式反轉雙旋翼艦載直升機,可以在只能供4噸級的直-9艦載直升機使用的飛行甲板上起降。

卡29反潛直升機

雖然,共軸式反轉雙旋翼直升機有著很多優點,不過,當時的北約組織並不怎麼看好這種另類直升機,稍作嘗試之後就把發展重點放到了單旋翼帶尾槳直升機上。與之相反,卡式直升機不僅在艦載直升機領域獨樹一幟,新銳的卡50/52還成為了取代米-24的俄羅斯下一代主力武裝直升機。根據阿富汗戰爭的經驗,沒有尾槳的共軸式反轉雙旋翼武裝直升機消除了單旋翼帶尾槳武裝直升機存在的尾槳易於被破壞的隱患,而且在飛行中也不會出現尾梁受損變形而引起的尾槳傳動機構故障,短小的機身使裝甲對關鍵部位的保護更加有效,從而提高了武裝直升機的戰場生存能力。

卡50"黑鯊"

不可否認,卡-50/52對武裝直升機的設計帶來了開創性的思路。由於沒有尾槳拖累,不需要複雜的傳動系統和長長的尾梁,整機的結構重量隨之減輕了不少,代之以更大的有效載荷。而且,由於不需要把發動機輸出的部分動力驅動尾槳,卡-50/52的主旋翼產生的升力比同等動力下的常規武裝直升機增加了12%,加上共軸式反轉雙旋翼在空氣動力上的對稱性,消除了單旋翼帶尾槳直升機的偏航動力,卡50/52在機動飛行時的操縱性能非常出色,改變航向時也能夠很容易的保持飛行高度。

卡52"短吻鱷"

使用共軸反轉雙旋翼的另一個好處就是主旋翼的直徑較小,因此,卡-50/52武裝直升機的輪廓尺寸比米-24/28和AH-64小很多,加上澎湃的動力,在超低空飛行時非常靈活。比如,拉機頭向上繞圈側滾和漏鬥,轉彎半徑也很小,高速飛行時還可以突然懸停,這使卡50/52能夠在近乎靜止的狀態下使用航炮射擊,這將大大提高命中率。所以,在實戰中,短小精悍的卡50/52在山區和城市等地形複雜地區作戰時,能夠輕鬆地規避各種障礙物,具有比常規武裝直升機更強的生存力。

當然,卡式共軸反轉雙旋翼直升機也有著一個致命的安全缺陷,那就是它們使用的軟槳在高速大機動飛行時,下層旋翼和上層旋翼很容易打在一起,特別是在做一些特定的高機動飛行動作時,上下兩片螺旋槳的相撞已經成為卡式共軸反轉雙旋翼直升機的通病。因此,在設計時,兩副主旋翼的間距與主旋翼直徑需要成一定的比例,以保證飛行時,上下主旋翼不會因為不當操縱和大風引起的垂直擺動而發生相碰,而這一補救措施不僅增加了直升機的垂直高度,兩個主旋翼間的非流線不規則槳轂和暴露在外面的共軸反轉部件增加了直升機的飛阻面積,反而非常不利於直升機的高速飛行,無法充分利用發動機的輸出功率。

S-97"侵襲者"直升機

所以,美俄在研製下一代先進高速直升機的驗證機時,採用的共軸剛性旋翼加推進型尾槳的氣動布局設計,省去了用於較接的揮舞鉸,上下主旋翼可以離得很近,這使共軸反轉雙旋翼直升機的功率傳遞效率更高,使用相同發動機的情況下,直升機擁有更多的剩餘功率。所以,美國的S-97"侵襲者"直升機就具有了非常高的機動性能,能夠以超過480千米的時速保持安全飛行,能更快地將作戰人員運抵戰場,也能在完成攻擊任務後,將作戰人員快速撤離戰場,在遭到攻擊時還可以通過低空高速機動飛行擺脫敵方的火力打擊。目前世界各國所使用的軍用直升機,最高時速都在300千米左右,即使是目前飛得最快的常規布局直升機AH-64"阿帕奇",它的最高時速也只達到了365千米。

中國"絕影8"高速無人直升機

20世紀90年代以來發生的局部戰爭已經證明了傳統的單旋翼帶尾槳直升機的生存能力並不理想,即使經過增強防護力的武裝直升機也不能有效承受輕型防空武器的打擊。其中主要原因在於傳統直升機速度較慢,外形也不具備隱身能力,一旦被雷達發現,很難逃脫打擊,再加上本身結構的脆弱性,戰場上的生存能力不強也是順理成章。尤其是21世紀初發生的反恐戰爭,包括AH-64在內的美國軍用直升機頻頻被技術性能並不高的地面火力擊落使美軍認識到現役的軍用直升機在未來戰爭中已經不能再提供美軍所需要的壓倒性優勢。

作為下一代美國先進直升機的S-97恰恰彌補了傳統直升機的缺陷,由於採用雙旋翼,不需要尾梁的S-97擁有圓滑的一體化機身,有著明顯的流線型特徵,少有不和諧的突出部,機身渾然一體。這種機身的好處首先是有利於減小飛行阻力,提高巡航速度,其次就是能夠降低雷達反射截面積(RCS)和減小噪聲,兩者能夠有效提高戰場隱蔽能力和生存能力。由此可見,相比傾轉旋翼這類較為複雜的技術,採用推進效率更高的雙旋翼加推進式螺旋槳設計已經成為突破傳統直升機布局限制最為可行的方案。

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