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苏俄卡52直升机:设计奇葩独一无二,存在致命缺陷

时间:2018-07-08 18:49来源:中国航空网 作者:中国航空

 

在世界各国的武装直升机中,只有苏俄的卡50/52系列采用了独一无二的共轴布局设计。共轴直升机的历史其实相当长,人类航空史上第一架现代概念上的直升机,就是意大利人 Corradino D'Ascanio在1930年制造的共轴直升机。一项历史悠久而成熟的技术,如果在某个领域极少被采用,必然有其适用上的局限性。由此带来了三个问题:共轴设计的好处在哪里?它有什么隐患和缺陷?未来的科学工程技术进步,能够弥补这些缺陷?

首先从共轴设计的好处开始说。最常见的“常规”直升机布局,采用的是一套主旋翼加一套尾桨的设计。主旋翼依靠高速旋转,提供直升机克服重力并向上起飞的升力;而主旋翼旋转平面的前后左右倾斜,则使直升机能够前进后退左右移动。

 

 

直升机的旋翼旋转平面是会倾斜的。上面的几张图,就是美军直升机在加油时遭遇不稳定气流,旋翼平面向下倾斜到极限,并且旋翼因为弹性变形挥舞继续向下运动,把受油杆给打断了。

然而主旋翼在高速旋转的时候,直升机的机身也会被殃及池鱼——它也会跟着转。为了克服这个问题,单旋翼的常规布局直升机,必须在尾部安装尾桨;直升机想要往左打转,尾桨就拽着直升机尾巴往右转,从而保持平衡。作为代价,尾桨需要消耗整个直升机高达7-12%的动力。

 

尾桨要消耗大量功率

而且为了取得足够的控制力矩,尾巴长度不能短,加长的尾梁和传动轴都会带来大量的额外增重,并需要更大的起降场地。尤其是尾桨在地面运作时,对于地面工作人员是个很大的威胁来源。中国汶川地震抢险时,就有一名警官在意外事故中,因为被直升机尾桨击中而牺牲。

而共轴直升机上,由于上下两组旋翼的旋转方向完全相反,因此它们对机身带来的旋转趋势正好互相抵消。由于没有了功率上的额外损失,而且直升机尾部更短且结构大幅简化;共轴直升机不仅消除了尾桨伤人的可能性,旋翼直径也能在更小(常规直升机的70~80%)的情况下,提供高达17~30%的效率改善。

 

紧凑灵活的卡-28直升机极其适合小甲板军舰

在特定的使用场合下——比如护卫舰、驱逐舰尾部的起落甲板上,共轴直升机具备极大的性能优势,这也是苏联海军一直是专精于共轴直升机设计的卡莫夫设计局忠实用户的关键原因。但是对于强调高载重的重型直升机、强化最大速度和机动性的武装直升机,共轴布局设计就不那么美好了。

 

 

一架卡28出现了地面耦合共振,上下旋翼的挥舞幅度越来越大以后猛然相撞,旋翼、变速箱、发动机全部报废。如果类似的情况出现在空中,结果并不难想。

世界上不存在真正的刚性体,所有的物体都会变形,只是幅度差异。对于共轴直升机来说,随着重量尺寸的放大(需要更大的旋翼直径),飞行速度的提高、逼近机动性的极限,都会导致它的旋翼变形、上下挥舞的幅度越来越大。一旦上下桨叶舞动的范围出现重合,立刻就是桨叶被打烂、直升机坠毁的结果。

因此其它布局的直升机,都可以见到重型机种——比如常规布局的米26系列,最大起飞重量可以高达56吨;但是在共轴直升机上,迄今为止最大起飞重量也就做到了13吨。而在武装直升机的开发上,也只有长期专注于共轴直升机领域的卡莫夫设计局,才推出了卡50/52这样的型号。

刚性旋翼直升机取消了挥舞铰,上下挥舞的幅度特别小

理论上来说,只要开发出刚度足够高、飞行中变形挥舞幅度特别小的旋翼,共轴直升机现在遇到的所有潜力限制都将迎刃而解。但遗憾的是,刚性旋翼至今要做到实用化的水平还非常艰难——尤其是针对中大型直升机。

V22

而且最为关键的一点,从长远来说,纯粹的直升机由于飞行原理限制,与固定翼飞机相比,动力效率低下、飞不快,飞不远的问题是不可能解决的。而目前V22这种能在直升机/固定翼飞机的形态之间切换的新型机种,表现出了直升机完全不能比拟的性能。或许未来在护卫舰和驱逐舰上,共轴直升机还能有一席之地,但其他领域,共轴直升机已经不再有发展前途了。来源:跨界军事 

 

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