直面需求,别具匠心——飞行起重机米-10的诞生

直面需求,别具匠心——飞行起重机米-10的诞生

# 写在前面

在大规模作战中直升机被使用之后不久,人们就产生了利用直升机作为“飞行起重机”从事繁重的建筑工作的想法。于是,世界上第一架专用的起重直升机于20世纪50年代在美国问世了。西科斯基公司的起重直升机项目比之前的其他项目都要成功,一跃成为业界的佼佼者[注:相关内容本号之前有过详细介绍,感兴趣的欢迎翻阅]。该公司首先对S-60试验直升机的设计进行了优化,使其载重/自重比最大化:用吊杆取代了传统的机身,并采用了不可收放的前三点式起落架。1962年,西科斯基飞机公司S-64“空中吊车”的问世,使这一概念向前迈进了一步:为了减少直升机的重量,该型直升机甚至没有装配发动机整流罩。为装卸货物方便,S-64型直升机设计有前后两个驾驶舱,前驾驶舱内有两个并排的正副驾驶员座椅,后座舱内有操纵货物装卸的第三个驾驶员座椅。S-64“空中吊车”在西科斯基的生产一直持续到1973年(目前该型号直升机由Erickson Air-Crane 公司继续生产),可以说,它是西科斯基公司最为杰出的直升机之一。

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图——西科斯基S-64 直升机

在苏联,利用直升机作为“飞行起重机”的想法也引起了人们极大的兴趣。在1957年首飞之后不久,米里设计局研制的米-6重型运输直升机得到了广泛的应用[注:详情参见昨天发布的文章]。该型直升机的广泛应用大幅缩短了各种建筑和安装工作所需的时间,从而产生了极大的经济效益。在米-6直升机的基础上,研制生产一种专门用于起重的直升机将会有更加美好的前景。此外,这种直升机研制起来将会更快、更经济:采用可靠性已经通过实践验证的部件将大幅提升直升机的可行性,简化的设计与研制程序可以使研制出来的直升机能够快速投入使用。

1958年2月20日,根据部长会议颁布的指令,暂时命名为V-10的新型直升机的研制工作正式开始。根据该指令,米里设计局将研制出一种专门用于起重的直升机,利用外用悬吊装置运送货物。根据最初的设计方案,这种直升机将能够把12吨的载荷运送250千米的距离,或者将15吨的载荷运送较短的距离。

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图——早期的米-10直升机照片

在V-10直升机的设计工作进行过程中,军方提出了一系列新的需求,实际研制过程中,也因为相关研制经验不足让设计师们吃尽了苦头,但最终所有的问题都在米里设计局的设计师们的艰苦奋斗和大胆创新之下迎刃而解,苏制飞行起重机正式诞生。

本号持续针对旋翼飞行器理论、设计、未来等相关内容进行深度解读,感兴趣的读者欢迎关注。

# 米-10 直升机的研制背景

米-6直升机的成功应用大幅缩短了各种建筑和安装工作所需的时间,从而产生了极大的经济效益。利用直升机作为“飞行起重机”的想法在苏联的社会各界都引起了广泛关注。因此,米里设计局认为在米-6的基础上,研制生产一种专门用于起重的直升机将会有更加美好的前景。并且,这种直升机使用起来将会更快、更经济;采用可靠性已经通过实践验证的部件将大幅提升直升机的可行性,简化的设计与研制程序可以使研制出来的直升机能够快速投入使用。在这种背景下,苏联当局启动了飞行吊车-米-10 的研制工作。

# 研制历程

1958年2月20日,根据苏联部长会议颁布的指令,米-10直升机的研制工作正式开始。根据该指令,米里设计局将研制出一种专门用于起重的直升机,采用悬吊装置运送货物。根据最初的设计方案,这种直升机能够把12吨的载荷运送250千米的距离,或者短距离运送15吨的载荷。

米-10直升机的研制工作是在副总设计师鲁萨诺维奇的主持下进行的,与米-6的后续研制工作同时进行。随着米-10研制工作量的增加,当局任命巴布什金担任项目总工程师,专门负责米-10的研制工作。在研制过程中,设计工作与研究工作同时进行,其中就包括缩比模型的风洞测试。

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图——米-10的设计概念展示图

从设计意图上,米-10将用于国内经济建设和武装部队。军方的需求在很大程度上影响了米-10的结构设计。最重要的是,米-10要有一个足够大的货舱,装载货物和运送人员。此外,它还要有一套供暖系统,为外挂的“特殊货物”加热。为此,货舱要装载28名人员或者3吨重的货物。为确保起落架的所有轮子同时离地,消除起飞和着陆时机身倾斜的可能性,相对于直升机驾驶舱、中心机身、动力装置和主减速器(包括旋翼轴)在设计上与右舷保持1°30'的倾斜。相对于机身水平线,驾驶员座舱向上呈4°15'的倾斜,以确保驾驶舱在巡航飞行时保持水平状态。

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图——执行房屋吊运任务的米-10

在米-10的设计过程中,军方提出了一项新的需求,要求米-10必须能够运送巡航导弹和弹道导弹。米-10要把这种“特殊货物”装载在直升机上,就需要配备特殊装载设备。一种仿效锯木厂木材搬运卡车或大型海港集装箱货舱设计的独特“长腿”起落架直升机就这样问世了。在缓冲支柱全部伸出的情况下,直升机离地净高3.75米,轮间距超过6米,轴距超过8米。

从达到最大载重的角度来看,米-10采用米6的动力装置不是最佳的解决方案。此外,庞大而又沉重的机身和巨大的起落架进一步增加了机身的重量。鉴于美国的设计人员能够成功地将S-60直升机载荷在S-56的基础上增加了25%,设计人员希望将米-10的载荷能够在米-6的基础上增加20%。

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图——执行车辆吊运任务的米-10

米-10的独特设计相比常规直升机更可能产生“地面共振”的危险。根据此前直升机设计过程中积累的丰富经验,米里设计局的设计人员成功地解决了这个极为复杂的问题。

米-10需要配备一个专用设备,在绞车的协助下将放置在直升机下面的货物起吊到机身处,然后用拉索将货物固定在起落架支架之间的位置。为此,在机身内舱主减速器附近设计了一个桁架,装上起货机和滑轮组,用来升降货物。

飞行员通过便携式遥控器在座舱内或者地面就可以操控液压钳,对货物进行固定。军方要求米-10能够运送导弹,设计人员利用一组遥控千斤顶协助起货机,从而使起货机能够将地面上重达12吨的集装箱和器材吊起,并在起货机上配备与液压钳匹配的4个系留点。

为满足与这4个系留点相匹配的载荷和器材的需要,设计人员为米-10配备了一个特殊的通用平台。平台的规格是8.5米×3.6米,重1340千克,悬挂在位于起落架4个支柱之间的液压钳上。这个平台装配有一台LPG-3型起货机,及用于装卸轮式和履带式车辆的可拆卸装置。不装载货物的情况下,这个平台可以利用自身的轮子来回移动。

在携带这个平台飞行时,为确保紧急逃生,设计人员在驾驶舱的下面安装了一个套简倾卸槽。在装货平台前面向下伸展,飞行员就可以在不与悬挂载荷相撞的情况下安全逃生。

米-10还采用了米-6的外挂式吊索系统,可以悬吊8吨重的货物。通过闭路电视系统安放在机身正面的摄像机,飞行员在操控台的座舱显示器上能够看到悬挂货物的状况。

由于采用了米6的部件与装置,米-10的设计工作进展迅速。1959年米-10的设计工作结束。1960年,第一架米-10原型机制造成功。第一架原型机没有配备套筒倾卸槽,所有的起落架支架装配的都是单轮,并且其前起落架可以转向。1960年6月15日,第一架米-10原型机首次试飞。1961年5月,该原型机在从喀山到莫斯科的一次飞行中坠毁事故调查显示,导致这架直升机坠毁的原因是主减速器油泵作动器故障。此后不久,第二架米-10原型机开始试飞。除了对主减速器油泵系统进行了改进之外,这架直升机的所有4个起落架都配备了双轮。此外,还配备了带有软涂层的缆索,缆索安装在机身驾驶舱外面。紧急状况下机组就可以在直升机降落到地面上时逃生。这些改进成了生产型米-10的标配。

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图——严寒天气中的米-10

1961年12月,米里设计局提请国家验收试验。不过,验收并没有被接受,因为客户提出了新的要求:提升发动机和主减速器的额定服役寿命,安装配备有整流装置的新型起落架支柱,以及安装新型的旋翼桨叶。这些变化使得米-10有必要进行新一轮的工厂测试,因而第一阶段的国家验收试验整整推迟了一年。第二架米-10转交到空军航空科技研究所。在国家验收试验中,项目工程人员对米-10运送各种货物的能力进行了一系列的测试,动用了米-6的所有特殊装置。例如,利用米-6直升机的自配平台空运各种汽车,还有铁路集装箱,以及其他由机载起货机拖到装货平台上的非自航式货物。在飞行中,大型货物的阻力相当大,地质勘探队使用的预制房屋更是如此。为了方便运送,试验人员没有使用装货平台,而是为预制房屋配备了与直升机液压钳匹配的系留点。1964年年初,试验提前完成。

根据试验结果,米-10得到了良好评价。试验证实,米-10可以利用液压钳和装货平台运送重达15吨的货物,也可以运送规格为20米×3.5米×5米的货物,而运送十字形货物的宽度可达10米。不过,设计中也存在很多不足之处,其中最大的问题就是振动较大,低速飞行时更是如此。此外,闭路电视系统安装在驾驶舱内,只能用于观察吊索运送货物的摇摆度,而在直升机悬停和在地面时却看不到货物。所以,如果飞行员想知道直升机下面的情况,不得不打开驾驶舱窗口,探出几乎大半个身子。由于起落架很高,因此驾驶舱相当于二层楼的高度,从而为飞行员提供了一个很好的视野。不过,在直接起飞和降落时,直升机会在细高的起落架上左右摇摆,非常令人担忧。而液压钳与货物的固定过程也不理想,既棘手,又耗时。此外,令军方用户不满的是,无论运送什么样的货物,包括作战物资和特殊集装箱、都需要提供与直升机液压钳匹配的系留点。

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图——1965年巴黎航展上的米-10

此后,针对这些问题,米里设计局进行了一系列的改进。设计人员发现,在直升机上同时具备起货机和液压起吊装置并不理想,卸下起吊机可提高米-10的载重。而消除直升机左右摇摆这个缺陷的一系列措施没有达到明显效果,这个缺陷一直伴随着米-10,直到退役。

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图——改进的米-10 K 直升机

米-10主要用于苏联空军和民航,截至20世纪70年代末大约交付了80多架。1971年曾暂时停产,1977年又短期恢复小批量生产,到1986年末,苏联至少还有14架仍在使用。

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图——博物馆中的米-10


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