作战需求催生、天才设计而成——史上最大直升机米-12的诞生

作战需求催生、天才设计而成——史上最大直升机米-12的诞生

# 写在前面

米-12(Mil V-12)是世界上有史以来生产成功的最大的直升机,没有之一。“米-12”这个型号名本该是米里V-12 原型机量产之后的名称,可惜的是,该型直升机最后并未进入量产阶段。整个世界上仅有两架V-12原型机而已。它也是世界上唯一的一架横列式双旋翼布局的重型直升机。

米-6直升机问世之初所展示的能力表明它是当时世界上最强的垂直起降运输直升机,这是其他飞行器无法比拟的。但是随着美苏争霸的进一步白热化,重型作战装备运送的需求也进一步提高,促使着两国竞相开展重型直升机的研制和改进工作。米里直升机试验设计室的设计师们也认为,运输直升机的尺寸和载荷还是可以进一步增加的——要想将这一观念付诸实施,就需要研制一种可垂直起降“飞机”,它能够运送20吨以上的军用单件货物。

1959年,米里设计局开始其最初的超大型重型运输直升机的项目研究工作,这种直升机被命名为V-12,代号为伊扎尔65(Izdeliye 65)。1961年,苏联

国家航空技术委员会(GKAT)签署一份文件,分派给米里设计局一项任务,要求其研制一种能够运送20~25吨货物的直升机;此后,苏联部长会议下达正式的命令,要求米里设计局研制V-12直升机,其载荷要与安东诺夫设计局正在研制的安-22型运输机相似。该型直升机旨在运送各种重达25吨的作战物资,包括伊扎尔8K67,8K75和8K82型洲际弹道导弹。

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图——米-12 三视概念图

在此期间,美国的各大直升机公司也开始加大力度设计重型直升机,不过都还没有达到足以建造原型机的水平。但米里设计局的研制团队的进展很快,他们已经能够让苏联国家领导人相信,建造“超级重型”直升机是相当可行的。

作战需求的驱使和米里设计局设计师们天才头脑的结合催生了这架直升机史上的传奇之作,可以说当年的苏联没有什么他们不敢想,没有什么他们想了不敢做,虽然当年的多型重型直升机都未竟成功,但其勇于创造之精神,如今仍令人神往。

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# 研制背景

二战结束后,苏联成为仅次于美国的世界超级军事大国。在与美国长达半个世纪的军备竞赛中,苏联选择了一套与对手大相径庭的武器装备发展模式。苏联是一个传统的大陆国家,一直比较重视陆军的发展,陆军也一直是苏联武装力量中历史最悠久、人数最多的军种。二战以后,苏联陆军的人数虽有所下降,但苏联对于陆军武器装备的发展仍然相当重视。苏军在认真总结了战争时期经验教训的基础上,将德国的“闪电战”思想进一步发扬光大,以“大纵深、高速度”为作战基本理念,配之以庞大的地面部队和先进的武器装备,形成了冷战时期最为强大的地面力量。

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图——如今的俄罗斯的坦克仍能感受到苏联铁军的风格

受二战中多次成功实施坦克集团军大规模作战的鼓舞,苏联在战后对装甲部队的发展倾注了极大的热情,认为装甲兵是核战争环境下最具生存力和最具突破力的兵种,坦克、装甲车辆也因此成为苏联陆军武器发展的重中之重。此外,由于核武器技术的发展,使苏联军事战略得以进一步实施。一方面大力发展核物理,为研制核武器做准备;另一方面加强核弹头远程运输问题的研究。由于当时苏联远程轰炸机的水平与美国差距较大,且一时难以赶上,于是把运载核弹的工具重点放在火箭上。为此,特别要求加速发展弹道导弹,并将其列为国家重点计划。20世纪50年代,苏联开始在德国火箭技术的基础上独立发展弹道导弹。

因此,苏联迫切需求一种直升机能用于运送弹道导弹和巡航导弹、防空装置、自行火炮装备(包括苏-100)、T-54和T-76坦克以及装甲运输车等总计超过80种不同的作作战装备。

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图——苏-100自行火炮装备,重约31.6吨

正是在作战需求驱使之下,设计并制造完成世界上最重的米-6直升机之后,米里设计局的总设计师和专家们相信旋翼飞行器的尺寸和有效载荷还有很大的扩展空间。更重要的是,当时的苏联经济建设和部队经常需要利用直升机来吊装单个重量超过20吨的整块货物。在这种背景下,米里设计局首度开始了超级重型直升机的研发。

# 研制历程

1962年5月,苏联部长委员会下发指令,进行米-12的研制。与之前米-6以安-12军用运输机的载重作为标准一样,米-12将以具体指标为基准进行研制。安-22运输机只能将作战装备运送到机场,而米-12却能将这些装备运送到离战场更近的区域。按计划,米-12的货舱大小将与安东诺夫设计局重型运输机安-22飞机的相当。

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图——安-22运输机

比前,米里设计局制造的所有直升机均采用常规单旋翼构型,这其中包括米-1、米-4、米-6和米-10,即使采用常规构型,仍需要研发新型发动机和超强功率减速器,甚至要解决其他一些复杂的技术难题。米里设计局力图寻求另外的旋翼布局,提出了几种备选方案。对这些方案进行详细分析并考虑了所有可能的情况,其中包括未来该直升机的生产条件。

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图——早期的米-12概念布局

米里设计局的专家们还对三旋翼甚至四旋翼布局进行了分析,但并未采用这两种布局。因为分析显示,两副旋翼就能够保证所要求的吨位。最终,决定采用米-6的发动机组件。但是如何设计连接两副旋翼的梁(横向还是纵向),当时,国内外大多数权威专家都认为,大型起重直升机应采用纵列式布局。为了研究纵列式布局的优点和缺点,进行了大量的相关试验。

米里设计局对纵列式直升机进行了飞行试验,深入研究了此种构型的飞行特性,其中包括旋翼间的相互作用和功率分配,并确定了各种不同飞行状态下所需的发动机功率。在试验过程中,雅克-24直升机出现了前后减速器加载不平衡、振动较大以及飞行中直升机不稳定的现象。同样,这些现象也出现在美国直升机的试验中。之后对米-12发动机纵列式安装的布局进行了研究,但鉴于试验中出现的相关问题而否决了这一方案。因而,设计局中断了纵列式布局的研究。

早在二战之前,德国就制造了横列式布局的直升机。在苏联,布拉图欣设计局和卡莫夫设计局也进行过此种布局直升机的研究。米里设计局宣布进行最好构型设计的评选,方案评比由设计草图拉开序幕。难点在于如何规避横列式布局中固有的振动,以及可能在发动机末端出现的危险共振。米里设计局提出了建设性的方案:卸除远离机身一侧构架的承力装置,并改进机翼支撑形式。窄化靠近机身一侧的机翼,加宽机翼另一侧,从而能保证实现所要求的载重。米里设计局的这一创新构型分别在英国、美国、法国和意大利获取了专利。此外,中央空气流体动力学研究院也对米-12采用这一构型表示认可。

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图——米-12 设计概念图

米-12机身前部是机组区域,有上下两个驾驶舱(双层驾驶舱)组成。下层(驾驶舱)可容纳两名飞行员、一名随机机械师和一名电气工程师;上层驾驶室为领航员和无线电报务员坐席。机身尾部为装卸跳板和侧向舱门,在开启时为车辆通道,另可通过电动绞车和桥门式起重机装卸不同的货物。机身中部为大容量货舱,空间尺寸为28.15×4.4米×4.4米,可容纳196名士兵或158名伤员。直升机尾部与固定翼飞机类似,安装了方向舵、升降舵和两副端板式垂直尾翼,其中方向舵用于控制方向,而升降舵控制则与旋翼总距控制同步进行。通过同时调整两副旋翼的总距来获得升力,旋翼间的差动总距则用于控制直升机的滚转。俯仰控制和推力变化借助自动倾斜器对两副旋翼周期变距的改变来实现,旋翼间的差动变距则用于直升机的偏航控制。

米-12的发动机短舱设计也颇具特色,采用可折叠的发动机罩,不再需要依靠地面扶梯就能进行发动机维护。机组人员可以从驾驶舱走出,穿过机翼站在掀开的发动机舱罩上,如同在扶梯上一样,完成发动机维护。米-12采用了4台D-25发动机,单台功率为4770千瓦。发动机成对运转,并通过主减速器将功率传递给输出轴,从而带动5片桨叶的旋翼。其中,米-12的发动机、主减速器、轴套和自动倾斜器都来源于批量生产的米6和米-10。但是性能都得到了显著的提升,发动机功率增大了,每片桨叶重量减轻了300千克。

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图——米-12的侧面

1965年4月,苏联部长会议签署指令,要求进行首架原型机的制造。之后,萨拉托夫飞机厂也开始准备为苏联部队制造首批5架米-12,1966年,苏联国家委员会通过了最后审批,首架原型机的制造正式开始。

首架原型机制造完成之后,随即进行试验以确定其振动频率。将直升机悬挂在减振绳索上,在旋翼轴套上安装激振器。所有试验都在夜间进行,白天处理采集到的相关数据。

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图——飞行中的米-12

1967年12月,米-12开始进行飞行试验。其中,工厂飞行试验足足用了一个月的时间。1968年,米-12进入联合国家飞行试验。1970年,完成了莫斯科往返阿赫图宾斯克的长途飞行,标志着联合国家试验第一阶段的结束。

1969年2月22日,带31吨有效载荷的米-12直升机飞到2350米的高度,创造了有效载荷和高度新的世界纪录。同年8月6日,带40.2吨有效载荷的米-12飞到了2250米的高度,这一纪录迄今仍未被打破。米-12总计创下了7项世界纪录。米里设计局因米-12研制中取得的突出成绩荣获了美国直升机协会颁发的西科斯基奖。

1970年10月底,国家委员会批准米-12进入批量生产。1971年,米-12在布尔歇举办的第29届巴黎航展上成功展出,被誉为“航展上的明星”。随后,在巴黎、哥本哈根和柏林先后进行了飞行表演。米-12直升机尺寸几乎是美国最重直升机CH-53和CH-47的两倍,而重量则是其4倍。

1972年,第二架米-12样机完成制造。1973年3月28日,该样机完成首飞。首飞后第二天,被运往机场继续进行国家试验。第二架样机与第一架样机相比,增强了操纵杆的刚度和后机身支柱的强度。第一架原型机被永久保存在设计局,第二架捐给了苏联中央空军博物馆。

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图——如今已在博物馆中的米-12

在完成的米-12试验项目中,共进行了77次悬停和122次机动飞行,对预期性能和机载系统的可靠性进行了全面验证。在自动驾驶和手动驾驶模式时都拥有良好的操纵品质;前飞时需用功率相对较低;自转模式时操纵性能良好;拥有低振动、低噪声和舒适的驾驶环境等特点。此外,米-12直升机在两台发动机失效时仍能继续飞行,滑跑起飞时起飞重量能大幅增加。尽管米-12货舱体积是米-6的7.2倍,但两者空重比却相当。米-12虽然具有独一无二的特性,但是并没有进行批生产和服役。主要原因是米-12的研发目的是用于战略弹道导弹的移动布点,但20世纪60年代末军方的需求发生变化,更改了导弹布点的设计理念。20世纪50年代,导弹基地设施多在地面或半地下。20世纪60年代开始转建于地下,其发射阵地采用地下井式。此时,苏联致力于研制和建立高轨道太空监视系统。借助于光学设备,该系统能够监测到弹道导弹发射时导弹推进器在飞行加速段发出的辐射,达到监视和跟踪弹道导弹发射和飞行的目的。20世纪60年代末,苏联不仅开始建立导弹预警系统,而且还着手构建完整统一的太空导弹防御体系。

米-12搭载导弹系统的验证工作被终止,其他类似的军用装备也不再需要借助诸如直升机这样昂贵的工具进行运输。此外,准备生产米-12的萨拉托夫制造厂由于在当时承接了太多的装备生产任务而不堪重负。最关键的是,在新的环境下,设计局将工作重心全部转移到第三代直升机米-26的研发上,不再关注米-12,尽管有效载荷不如米-12,但米-26的技术指标和经济性都大大超过了米-12。

尽管米-12仅生产了两架样机,却是米里设计局和整个苏联直升机界的荣誉和骄傲。该直升机设计和试验经验并未付诸东流,通过米-12的研发,米里设计局制订了一套综合方法,用于在考虑机身气动稳定性的情况下,确定出最优的直升机参数,同时也证明了旋翼飞行器的运载能力。

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图——拆除了旋翼的米-12


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