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看门道第9期:重型直升机有一处不用向俄学习

归档日期:06-29       文本归类:飞机布雷      文章编辑:爱尚语录

  中国将于9月3日在北京举行盛大阅兵式庆祝抗日战争胜利70周年,众多新型战斗机、轰炸机和无人机亮相。看阅兵不光看热闹,网易航空航天频道推出《看门道》系列点评策划,更带您看清其中的门道。从空中飞机编队和地面无人机方阵,看清中国空中军力的强项和不足。

  网易航空独家解读(侯知健)中国在非常长的一段时间内,直升机的发展一直处于非常缓慢的地步。总的来说,这其中既有航空工业总体规划上对直升机不够重视的原因,也有直升机本身研制难度不低,非常吃工业能力基本功的原因。

  由于飞行原理的限制,直升机的工作效率是很低的;烧油多,飞的慢,飞不高,造价还不低——尤其是随着吨位尺寸的增加更是如此。一般来说,从中型吨位开始,直升机研发就或多或少要带上军用背景了;完全依靠民用市场,支撑不起那么大的项目研制投入。而国内因受限于装备水平和作战理论发展,一直没有形成对于直升机的强烈需求;比如大规模的蛙跳作战、海空联合立体登陆等等。

  中国最早的直五是仿制苏联米4直升机的型号(五为“无”的谐音,代表从无到有,类似还有歼五、轰五),军队总共接收了435架,陆军连一架都没有。而在八十年代末期对于直五的用途总结中,基本都停留在救灾、救生、对越反击战运送伤员、服务核武器和导弹研制试验、作为领导专机之类的事情上;而在直接的军事场合中,只包括布雷和战场救护。

  另一方面,直升机和常规飞机的不同之处在于,它的气动和控制理论在总体上发展比较慢;每一分性能的提高,都要实打实通过硬工业能力来实现。这使中国很难依靠后发者的优势,绕过一些不必要的阶段走捷径。比如以战斗机来说,中国歼10就有不少“取巧”之处。

  歼10在材料和工艺水平上沿袭了F16的结构体系,以铝合金为主,定位远不及F15那不惜工本的钛合金骨架。然而由于F15设计极为保守,气动和飞控技术都还停留在二代机水平范围内;歼10依靠F15不具备的一些先进功能,比如鸭翼形成涡流大幅度提高机翼升力;数字电传飞控系统可以使飞机能在不稳定的倾向中飞行,大幅减少飞机自重和阻力等等。虽然爬升和加速歼10确实无法与F15相比,但其它方面的飞行性能歼10都远远好过F15。

  但是在直升机领域,这样的事情就不可能发生了。无论是常规尾桨布局,还是双桨共轴、或者双旋翼设计等等,不同类别的直升机设计方向虽然互有优劣;但在现有的材料技术水平内,彼此之间不存在代差级别的性能差距,基本不存在总体设计方向上的取巧余地。

  无论哪一种布局,发动机、传动系统、旋翼系统,这三者的匹配组合,才是直升机性能的核心所在;想要提升直升机的能力,只有老老实实提升发动机功率,强化传动系统的传递效率和最大功率与扭矩耐受极限,提升旋翼的材料性能。

  随着中国装备水平的发展,以及作战理论的进步,中国对于直升机发展也一直处于逐渐重视的过程中。比如以针对台海形势的登陆作战理论来说,传统的抢滩登陆非常依赖于潮汐变化和沙滩自身的承重能力。由于适合登陆的地点就那么几个地方,攻守双方都心里有数,结果就是滩头遍布永固防御工事、而且被火炮早早的标定好,最终登陆战斗必然要打成绞肉战。

  而如果依托大型两栖登陆舰,采用气垫船和直升机进行联合立体登陆,那么可以用来登陆的地点就变得极多,对手防不胜防。从大的历史趋势来看,诸如此类的军事发展需求,迟早会引导中国大力发展中、大型直升机。但512汶川大地震的出现,则极大的刺激了中国对直升机发展的重视程度。

  汶川地震中,由于受灾地形极其复杂,而且道路全部毁坏;只有直升机才有能力第一时间飞越各种障碍,进行现场勘查力量的投送、人员搜救等工作。尤其是俄罗斯的米26重型直升机,它能够吊运重型工程车辆比如挖掘机的能力,在汶川地震的抢险救灾中起到了不可替代的作用。中国直升机部队在汶川救援中立下了赫赫功勋,但规模小、能力弱、欠缺重型直升机的局限性也暴露无遗。

  中国现役的主力型号直升机,除了武直10以外,都是进口或者仿制的引进型号,最大几个主力型号是黑鹰、直八、直九、米17系列。在汶川地震中,中型通用直升机黑鹰甚至比米26要更为抢眼——它是第一架抵达汶川灾区并成功降落的型号,也是极长时间以内,中国唯一能在青藏高原可靠使用的直升机。

  黑鹰直升机是美国根据越战经验,结合自身高机动作战理论而开发的10吨级通用型号。它有两个主要设计取向,首先是它强调尺寸控制,折叠旋翼以后能够直接装进C130这样的中型战术运输机抵达前线;而另一方面,它极其强调直升机具备非常高的功率富余储备,这样的型号即使在高温潮湿等不利情况下,仍然能发挥超出日常使用极限的性能,在实战中意义极大。

  黑鹰这种采用越级高配动力的设计,在中国的实际运用中被证明是极为成功、而且常常是无法取代的。中国新一代10吨级中型通用直升机,就是参照黑鹰而研发的;直20基本保留了黑鹰的设计特征,在未来会广泛装备中国海陆空三军。

  和中型通用直升机的明朗趋势相比,中国目前在重型直升机的开发上还不是很明朗。目前公开信息主要指向中俄联合研制新型重型直升机,在基本设计上与米26有很大的继承关系。中俄合研重型直升机项目的推进,可以说完全是由汶川地震中米26的惊人表现所带来的。

  首先从总体设计特征来说,中国未来的重型直升机应该是采用常规尾桨布局。上下两幅桨叶反向旋转的共轴布局,目前是不能应用于重型直升机的。原因是重型机直升机的桨盘直径太大,旋翼太长;在旋转过程中弹性挥舞的上下幅度太大,在复杂气流环境下很容易出现上下桨叶打到一起引发致命事故。所以目前所有能见到的实用型共轴直升机,最重的也只是10吨出头的中型直升机,其桨盘直径不超过14~16米;这和米26的50吨级别、高达32米的桨盘直径差距极大。

  对于重型直升机来说,目前有两个布局方向都比较成功;包括常规尾桨布局和类似CH47的纵列双旋翼布局。常规尾桨布局的缺点主要是尾桨在保证飞机航向稳定的同时,对于发动机功率浪费严重,可以达到20~30%。直九直升机的涵道式尾桨安全性好,有效避免了尾桨地面伤人事故;但效率比常规尾桨更低,只适合轻型直升机,因此在重型直升机中不会被采用。

  纵列双旋翼由于没有单独的尾梁,而且旋翼长度可以做的更短(两个桨盘分担重量,而且没有尾桨的功率损失),因此在同样尺寸下能实现更大的载重吨位。它的缺点是飞行阻力比较高,在空载和轻载时飞行速度、燃油效率性能都比常规尾桨布局要低;但在重载时就具有较为明显的性能优势,尤其是在货舱重心的宽容性上远好于常规尾桨布局。

  中国重型直升机虽然是与俄罗斯共同开发,但技术上还是以俄方为主,因此总体布局上应该会沿袭俄方既有的技术路线;采用高尾梁的常规尾桨布局设计,整体外形或许和米26相差不大。而在核心设计方面,其动力和传动系统应该是在米26基础上进一步强化,提升功率储备以适应高原和热带海上的高温高湿环境。

  相较于米26,中国重型直升机最大的核心技术突破方向应该在于旋翼系统上,这一直是苏俄系直升机的最大短板。中国近年以来通过消化吸收引进的西方技术,以及自身的努力钻研,在直升机旋翼领域获得了大幅度的长足进步。

  而在其它的方面,中国重型直升机由于必然要在航母、两栖登陆舰上大量使用,会对防腐蚀性能提出非常高的要求,这是目前所有苏俄系直升机都无法满足的。苏联和俄罗斯海域寒冷,空气中含盐量较低,盐雾对飞行器结构腐蚀较为缓和;而中国南海等区域,空气中含盐量高,而且温度高,卡28等型号在实际使用中的腐蚀非常严重。要满足适合中国海上环境的新型直升机,必须从基础的防腐蚀设计规范上就完全推倒从来。

  最后一点来说,在控制系统上,中国未来重型直升机很有可能会继续保持机械飞控系统,而不会采用电传系统。这是因为对于直升机来说,电传系统的应用带来的性能提升比较小,而付出的研制费用和技术风险则要大很多,从总体上看并不是很划算。

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