勇于尝试,敢破成规——八项世界纪录持有者卡-22复合式直升机

勇于尝试,敢破成规——八项世界纪录持有者卡-22复合式直升机

# 写在前面

卡-22(Kamov Ka-22 Vintokryl/Камов Ка-22 Винтокрыл)是由卡莫夫设计局为苏联空军研制的一型旋翼飞行器,或者称为复合式直升机。这是一型偏向于试验性质的运输飞行器,它结合了直升机垂直起降(vertical take-off and landing)的能力以及固定翼飞机(fixed-wing aircraft)的高速巡航性能。卡-22载重能力过人,其总运载量相当于安-12(Antonov An-12,中国版安-12就是咱们熟知的运-8)。在复合式直升机领域,卡-22创造了八项世界纪录,这些记录至今仍未被打破。

二战后,为了制霸全球,美苏纷纷意识到了重型直升机的巨大战略价值。相比之下,苏联直升机研制经验积累较少,技术储备较弱,但正是在这种情况下,苏联设计师们,尤其是米里设计局和卡莫夫设计局的设计师们不畏艰苦、勇于尝试、敢破成规,设计了一系列至今仍闻名遐迩的旋翼飞行器,这些直升机的设计往往别具匠心,性能卓越,令人惊叹。而卡莫夫设计局的卡-22就是其中的典型代表。虽然这架复合式直升机受限于当时技术,出现了一系列问题,未能量产,但是研制过程中积累的技术和经验为今日的先进直升机设计、研制都起到了宝贵的借鉴意义。

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# 研制背景

二战后,为了争夺世界霸权,美苏两国展开了一系列军备竞赛。当时的苏联和美国都敏锐地意识到了重型直升机在军民用领域巨大的应用前景,不约而同地开始研制不同构型的重型直升机。这些直升机研制速度之快、想象之大胆、运载量之大,即使在今天看来也令人惊叹不已。尤其是苏联,在重型直升机方面创下了多项世界之最。

勇于尝试,敢破成规——八项世界纪录持有者卡-22复合式直升机

图——试飞中的卡-22

20世纪50年代初,苏联的直升机事业刚刚起步,技术上也并不十分成熟,但苏联政府却雄心勃勃想与美国抗衡,决心靠自己的力量来实现直升机技术的突破,从而进行了一系列重型直升机的大胆尝试。当时,卡莫夫设计局早期的卡-15,起飞重量为2500千克,最大速度只有170千米/时,该直升机还不能完成运送货物、技术装备和人员的任务。20世纪50年代出现的米-4,其最大起飞重量7800千克,最大允许载重1570千克,速度200千米/时,也不能满足大起重能力的技术要求。因此,要求设计和制造一种更完善、载重量更大的旋翼航空器。

苏联政府希望利用重型直升机运送其他工具难以运送的物资和设备来开发边远地区。同时,苏联武装部队迫切需要新型飞行器补充军备。用作军事运输时,要能够运送导弹发射车、轻型装甲车辆及其乘员,或运送大量步兵进行机降作战。在民用方面,利用重型直升机来开发那些人迹罕至、车辆难行的地方,能将一些超大超长的设备运输到像西伯利亚这样偏远的地区。

卡莫夫设计局则在里-2飞机机身和旋翼结合的基础上提出了混合直升机方案,即卡-22直升机。

勇于尝试,敢破成规——八项世界纪录持有者卡-22复合式直升机

图——解放军从苏联购买的已经退役的里-2 飞机

# 研制历程

卡-22复合式直升机的出现并非偶然,早在1951年卡莫夫设计局就提出了复合式直升机的设计构想,并通过对旋翼飞行器的反复研究得出这样的结论:把旋翼作为升力系统的直升机不可能从根本上提高飞行速度、增大航程和高度。

1951-1952年,卡莫夫设计局研究了一种复合式直升机方案:改装批生产的里-2飞机,在它上面加装两副旋翼,发动机采用涡轮发动机TB-2,设计局提出了里-2飞机改装后的技术指标:速度应达到320千米/时,升限为6500米,航程为450千米。里-2飞机的大尺寸旋翼模型在中央空气流体动力研究院进行了风洞吹风试验,试验结果充分证实了计算数据的可靠性,并证明了里-2飞机改装方案的可行性,可以继续研制。根据里-2飞机改装的设计要求,即改装后要具有空降能力,所以卡莫夫设计局对里-2飞机改装的原始方案又进行了修改,修改后的方案定为卡-22。

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图——可以垂直起降的卡-22

卡-22的方案在中央空气流体动力研究院通过了评审,并进行了模型吹风试验,试验结果再一次证实了计算数据的正确性。同时该方案也得到了空军和海军的好评。方案评审后的第二年,卡-22的研制计划才得到批准,首选作为军用。1956年,卡莫夫设计局又完善了卡-22的研制方案。

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图——停靠地面的卡-22

卡-22原理比较新,它是将直升机的优点(起飞、着陆不需要滑跑,能垂直起落)与固定翼飞机的优点(具有比普通直升机更大的载重量、更远的航程和更高的速度)有机结合起来进行重型直升机研制的首次尝试。卡-22的升力系统由机翼和安装在两侧翼端的两副横列式旋翼组成。在起飞、着陆和小速度飞行时主要靠旋翼产生升力。在大速度飞行时靠机翼产生升力为旋翼卸载。卡-22的两副旋翼固定在翼端,不能倾转。为产生前飞时的拉力,每副旋翼下面的发动机吊舱前面装有推进螺旋桨。当卡-22以飞机形式飞行时,主要靠机翼和推进螺旋桨产生升力和拉力。

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图——卡-22 直升机的发动机短舱内部和驾驶舱内照片

研制卡-22的过程中,卡莫夫设计局的专家们进行了大量理论和试验研究工作,在气动计算、稳定性、操纵性等方面,研究出许多新方法。试验之前,用计算机进行飞行动力学模拟,在飞行模拟器上进行了基本飞行状态的检验,对主要部件、组件、系统进行了研究性试验,在飞行实验室对旋翼进行了试验。

卡莫夫设计局第一次研制这样的双旋翼横列式布局旋翼机,在研制期间和试验过程中需要认真解决几个技术问题。首先是研制一种振动水平低的旋翼,该旋翼在完成直升机模式飞行时必须有相当高的效率。还要研制一个原理上全新的复合式航空器的操纵,统,无论是以直升机模式飞行,还是以飞机模式飞行时,该系统都应该保证具有最佳操纵特性。其次,所研制的这种旋翼航空器,其机身相对重量要小,装卸货要非常方便。

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图——卡-22 的侧视图

由于大量的时间都花费在一些试验上,卡莫夫设计局没能在政府规定的时间内完成卡-22的研制任务,直到1959年才完成首次飞行。卡-22最大起飞重量为31.8吨,可用载重为16吨,最大速度为375千米/时。当时,还创造了许多世界纪录,例如,1961年11月,卡-22携带15000千克载重创造了2588米的高度纪录。

由于卡-22结构过于复杂,当时的技术水平也有限,在1964年7月16日的飞行试验中甚至出现了机毁人亡的事故,致使其并未投入量产。但是,卡-22的概念非常新颖,它是世界上将直升机与固定翼飞机有机结合研制重型直升机的首次尝试。研制中解决的相关技术难题以及经验和教训,都对现在高速旋冀机的研制起到了重要的借鉴作用。


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