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晨枫:俄罗斯新武装直升机设计值得注意

2018-12-07 07:14:31

俄罗斯直升机公司(下属米尔和卡莫夫设计局)在2017年的莫斯科陆军年会上宣布,与俄罗斯国防部签署了2年合同,研发下一代武直SBV,米尔和卡莫夫分别提交设计。最近,俄罗斯网络上流传一张图,显示卡莫夫总师谢尔盖·米基耶夫在会上演示,背后投影上的两架直升机是明显的新设计。这可能就是传说中的下一代武直的卡莫夫方案。

这依然是很有卡莫夫特色的并列双座、共轴反转双桨直升机,但带有后掠的前翼和机翼,机尾两侧的翼根上各有一台大型涡扇发动机。因此,这不是传统直升机,而是复合直升机。也就是说,在直升机状态下,旋翼提供升力和飞行控制;在平飞状态下,旋翼怠速运转,甚至处于无动力的风车状态,由机翼提供升力。

复合直升机由单独的推进发动机提供主要的前飞推力,高速平飞中旋翼不出力,缓解后行桨叶失速、震动等痼疾。共轴反转双桨不需要尾桨,缩短长度,减小占地投影,便于在窄小场地起落,也有利于抵抗低空阵风影响。共轴反转双桨的起落和悬停运转特别平顺,俄罗斯的卡莫夫舰载直升机飞行员经常在超低空悬停吊放声纳时单手操作,这是传统的旋翼-尾桨直升机难以做到的。

卡莫夫设计局的新型直升机方案

不走寻常路似乎是卡莫夫设计局从创立开始就坚持的特点

但复合直升机需要分别的直升机发动机和推进发动机,系统复杂,死重大;共轴反转双桨也结构复杂,阻力大。但卡莫夫SBV创造性地将后置的涡扇动力用类似F-35B驱动升力风扇的方式将动力从前端引出,驱动旋翼,降低了死重。三叶的双桨不仅采用降低噪声和阻力的后掠翼尖,还采用降低气动阻力和雷达反射面积的碟形桨毂整流罩和翼形桨间驱动轴整流罩。

涡轴与涡扇在一定程度上是相通的,前输出与后输出本来就是涡轴的两种基本形式,但在直升机上走到像F-35B的发动机F135B那么远,卡莫夫还是第一个。这要求发动机的功率输出在喷气驱动和轴驱动之间大幅度转换,对发动机设计和控制是极高的要求,可能需要变循环的高低压涡轮设计。也就是说,涡轮级在涡轴、涡扇模式之间转换,这将是发动机设计的首创。即使F135B也没有那么高的要求,因为在垂直升力模式下,可垂直向下的尾喷管依然提供可观的推力。

卡莫夫SBV当然也可以采用可偏转尾喷管,那样就相当于用共轴反转双桨取代升力风扇的F-35B,但对发动机可靠性和同步的要求极大提高,因为左右发动机的任何升力不对称都很可能导致难以改出的失控。F-35B就是因为这个原因而必须采用单发,导致整个F-35家族必须采用单发,由此带来一系列设计、制造和使用上的问题。

垂直升力完全由共轴反转双桨提供的话,两台发动机都通过共享的减速系统驱动双桨,在可靠性要求上与传统的多发动机直升机无异,技术上已经很成熟了。只是这回到发动机需要变循环涡轮的问题了。

此前在俄罗斯军事论坛上流传的据称是卡莫夫设计局新概念直升机方案,显然,卡莫夫设计局的创新比网友的想象更厉害

目前俄军已经开始采购装备卡-52直升机,新SBV的许多设计仍可看出Ka-52的影子

不过涡扇改为推进螺旋桨的话,就没有那么大的问题,轴功率在前输出和后输出之间转换就相对简单,而且卡莫夫SBV的700公里/小时的飞行速度完全在螺旋桨的工作范围内。

前输出涡轴也好,F-135B也好,前输出动力轴都是包覆在发动机-机体结构内的。但卡莫夫SBV要求前输出轴暴露在进气气流中。这在恶劣的工作环境上可能引起很大的可靠性问题。


由于功率要求巨大,但重量要求很轻,前输出轴很是精密。直升机的起落和超低空飞行可能遇到沙尘、树枝、鸟类等各种外来物,对这样的精密但暴露的机械不是好消息。另外,发动机需要的大型空气滤清器也在这个位置,两者之间的协调是一个挑战。在电脑效果图上看不到空气滤清器,有可能在最终设计时用大型空气滤清器把前输出轴也一并包覆进去,一石两鸟,但现在还看不到这样的设计。

共轴双桨的上下桨叶都在旋转,上旋翼的碟形桨毂整流罩还可以安装在轴套轴的固定内轴上,但上下旋翼之间的整流罩和下旋翼的碟形桨毂整流罩就没有地方固定了,一般是采用与下旋翼同步反转的方法达到固定整流罩的效果。这增加了机械复杂性,但降低阻力和提高隐身,综合权衡下来还是有利的。

这也是西科斯基S-97“劫掠者”的设计。但卡莫夫SBV的上下旋翼间距明显更大,显示出卡莫夫没有采用S-97的刚性旋翼,还是传统的柔性旋翼。这在技术上更成熟。高速飞行时的挥舞问题由于复合直升机的桨叶不出力,不是很严重,因此与传统卡莫夫相比,卡莫夫SBV的上下桨叶间距还是缩小了,正是出于这个原因。

刚性旋翼有很多优点,但技术挑战也是显然的。卡莫夫采用成熟的传统旋翼并不是守旧,而是尊重已有技术基础的实事求是。传统旋翼也容易解决直升机特有机动问题,如悬停、侧飞、倒飞、滚转、原地转向等。刚性旋翼在这些方面就要困难多了。有效的直升机特有机动是武直有别于F-35B这样的垂直起落战斗机的关键,这也是武直战斗力和生存力的关键。

作为复合直升机,卡莫夫SBV的平飞升力主要来自于很大的后翼。事实上,不看旋翼的话,卡莫夫SBV好比采用鸭式布局的飞机。前后翼分开的鸭式布局使得机翼避开旋翼下洗气流的路径,这是卡莫夫SBV的亮点。

从图中也可以看出卡莫夫局新型SBV的设想技术难度可不低

复合推进直升机早在美国YAH-56研制时期就已经提出,但是与卡莫夫局这个方案相比就显得陈旧落伍了

后翼还是安装双垂尾的好地方,所以卡莫夫直升机传统的短尾撑索性取消了,减轻重量,气动布局也干净。机翼下当然可以吊挂各种武器和副油箱,前伸的翼根没有多少边条的作用,但为发动机的进气口提供一点从下方的遮挡,减少地面杂物的影响。前翼与鸭翼的作用相似,提供俯仰控制和高速平飞时的横滚控制。

在某种意义上,卡莫夫SBV可以看作可垂直起落的固定翼攻击机,平飞速度大大高于传统直升机,但直升机特有机动能力完全相当于传统直升机。60-70年代炙手可热的洛克希德AH-56“夏延”也是这样的理念,但最终因为刚性旋翼技术不成熟和直升机特有机动达不到要求而下马,回到传统的AH-64“阿帕奇”。

卡莫夫SBV如果研制成功,这将是完成洛克希德未竟的梦想。卡莫夫SBV的速度达到380节(700公里/小时),是卡-52的310公里/小时的两倍以上,米尔方案据说能达到400节,但除了采用单旋翼、设计较为传统外,外界还不知道任何技术细节。

卡莫夫SBV采用在武直世界里不被看好的并列双座,不是顽冥不化,而是为了与运输型通用。运输型的机舱更宽大,具有机窗和带窗侧门,其他与武直型相似。作为武直,并列双座也有观察和武器发射控制上的便利,不是一无是处的。在固定翼攻击机里,并列双座是很受欢迎的布局,F-111和A-6都是并列双座的。并列双座受弹面积大一些,但是观察、射击、协调更加有效,而且武直中常用的串列双座为了方便后座的观瞄而阶梯化后,实际受弹面积并不小。

卡莫夫SBV的具体技术细节流传出来的并不多,起飞重量、发动机选择、武器配备都没有公布,SBV计划的进度要求、预期单价、装备数量等更是未知。事实上,SBV计划是否能从纸面走到实际都未知。但卡莫夫SBV体现的创意值得注意。

本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。

晨枫

晨枫

自由撰稿人

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来源:观察者网 | 责任编辑:堵开源
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