穩中求創新——蘇聯重型直升機巔峰之作

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寫在前面

米-26(Mil Mi-26; Миль Ми-26;北約報告名稱——光環[Halo])是一型蘇聯(今為俄羅斯)的軍民兩用重型運輸直升機,生產代號為伊扎爾90(Izdeliye 90)。米-26是當今世界上能夠量產的直升機中體型最大且性能最強勁的。

我在上一篇關於米-12的文章中寫過,蘇聯起初為了服務其全球爭霸的軍事戰略,非常迫切地想要趕在美國之前開發出能夠吊運重型武器裝備,甚至是核武裝備的重型運輸直升機,米-12應運而生。但是也正是因為米-12的研製主要目的是用於戰略彈道導彈的移動布點,隨著蘇聯軍方需求的變化,導彈布點的設計理念也發生了更改。造價昂貴、性能驚人的米-12立刻失去了用武之地,因而並未投入量產。

雖然米-12為蘇聯和米里設計局帶來了巨大的榮譽和聲名,但事實上它並未帶來實際的利益,或者說經濟效益,增長過快且無節制的軍費雖然促成了蘇聯早期航空產業的飛躍發展,但是卻已經拖累蘇聯的經濟社會正常發展。認真總結米-12研製工作中的成敗之後的米里設計局將工作重心轉移到了蘇聯第三代直升機米-26的研發之上,儘管有效載荷相比米-12略遜一籌,但是米-26的其他性能指標和經濟性都遠遠超過了米-12。更重要的是,這是一架軍民兩用的直升機,雖然軍用的優先級仍然很高,但它的研製目的不再僅僅侷限於服務蘇聯軍事戰略,也同時謀求在民用領域開花結果,希冀高投入的重型直升機產業也能獲得相應的高回報。

可以說相比於此前的一系列大膽創新、敢破成規的重型直升機,米-26算是穩中求勝,功在不捨。

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俄羅斯空軍的米-26

本號持續針對旋翼飛行器理論、設計、未來等相關內容進行深度解讀,感興趣的讀者歡迎關注。

研製背景

20世紀60年代後的數十年間,米-6一直是蘇聯重型運輸直升機的主力機型。隨著時代的發展,蘇聯對直升機應用範圍不斷擴展,執行任務的複雜性大幅提升,研製載重量更大的直升機已經稱為一項迫在眉睫的任務。

20世紀60年代末,蘇聯武裝部隊提出需要載重量在18噸以上的重型運輸直升機,以滿足機械化步兵師運送新式作戰裝備的需求。與此同時,蘇聯有關政府部門也提出需要可運送大型民用設備的重型運輸直升機,以便開發西伯利亞地區及北方沼澤和凍土地帶。原有的重型運輸直升機米-6無法滿足軍方和民用部門對大載重運輸直升機的要求,所以蘇聯政府決定研製一種新的重型直升機,其有效載重應比米-6直升機大1.5 ~2倍,目的是提供軍用和用於蘇聯廣大邊遠地區的勘探和開發。

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圖——直升機尺寸對比圖,其中體型之大最顯眼的就是本文的主角

米-26是蘇聯時代快速機動戰役理論的直接產物,雖然它的民用用途也在考慮之內,但軍事需求的優先級顯然更高。在蘇聯軍方的作戰理論中,大型野戰機場一般情況下不能設置在前沿,通過安-22或伊爾-76運送到戰區的人員和裝備,要向前線機動,還需要跨越最後這段500~700公里的航程,而這樣一段航程,恰恰是重型運輸直升機最能發揮效力的舞臺。

重型直升機對機場設施要求很低,快速開闢出的前沿簡易機場就足以使用。這樣一來,大量人員和重型設備就可以通過垂直輸運快速抵達戰場前沿,保證前沿人員裝備規模和火力強度足以壓倒對手。蘇聯軍方還特別強調戰役“突破-擴大”理念,要求在大規模戰役中一旦實現局部突破,就必須向突破口快速投入大量人員及裝備,確保突破成果得以擴大,這一理念同樣對重型運輸直升機機提出了較高的要求。

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圖——1984年航展上的米-26

研製歷程

新一代重型直升機的研發工作仍然由米里設計局承擔,以軍用和民用兼顧的重型直升機為設計思路,其目的是取代早期的米-6和米-10,新機型的開發從選擇直升機佈局和確定基本性能開始。設計人員儘可能多地使用米-6和米-12型機的生產和組裝設備,以及試驗設施。新一代重型直升機被命名為米-26,1971年12月,新一代重型直升機的研發得到了蘇聯飛機工業部科技委員會的批准。根據用戶需求,新一代重型直升機旨在將重達20噸的貨物運送到400公里遠地方,靜升限超過1500米。

米里設計局與中央空氣流體動力研究院以及航空發動機研究院進行了多輪溝通,設計人員最終選擇了經典的單旋翼帶尾槳佈局,旋翼系統為傳統的鉸接式旋翼。米里設計局的技術人員在確定旋翼的最佳參數方面花費了大量精力。通過與中央空氣流體動力研究院的共同努力,成功開發出了玻璃纖維結構的旋翼槳葉,大幅增加了旋翼的效率。旋翼採用直徑為32米的8片槳葉,是世界上槳葉片數最多的單旋翼直升機。與米-6的5槳葉旋翼相比,重量輕了40%,槳轂採用鈦合金材料,與米-6的槳轂相比,疲勞強度更大,重量輕15%。槳葉採用鋼質大梁,在結構上形成不同的小單元,以利於構成所需的翼型。槳葉後段件有上翹的升力翼型,槳葉具有中等程度的扭轉角,其數值稍大於米-6旋翼槳葉扭轉角。槳葉厚度從槳根到槳尖逐漸變薄。槳葉最後一個小結構盒使槳尖有一定的正上反角。各片槳葉的後緣都有調整片,可在地面進行調整。旋翼槳葉採用玻璃鋼蒙皮和玻璃鋼槳尖罩,其前緣有不可拆卸的鈦合金防磨蝕條。為適應高寒地區使用,槳葉採用電熱防冰裝置。旋翼轉速為132轉/分,槳尖速度為220米/秒。

尾槳的設計同樣也採用了多種創新工藝。採用全玻璃纖維結構,尾槳葉內部用翼肋和加強構件加固。尾槳轂也由鈦合金製成。因此,儘管米-26型機的尾槳與米-6尾槳重量相同,但直徑大1.4米,推力增長了100%,為適應高寒地區使用,尾槳也有電熱防冰裝置。

為了達到性能,須提高動力裝置的最小輸出功率。根據設想,該動力裝置由兩臺功率分別為8385千瓦的D-136渦軸發動機組成。發動機的研發工作由前進設計局負責,當時的設計工作也同步進行。新渦軸發動機基於D-36渦輪風扇發動機的核心技術,採用模塊化設計,並整合了故障早期探測系統,從而大幅降低了發動機的保養和維護需求。

將動力裝置如此巨大的功率傳輸給旋翼存在很大困難,但隨著主減速器的研發,這些困難都迎刃而解。米-26主減速器是由米里設計局研發的(此前的主減速器都是由發動機設計部門研發的)。米-26主減速器的設計捨棄了原來的行星佈局,轉而大膽採用全新的三級傳動和分扭結構,這一創新使得米-26與米-6相比,傳輸給旋翼的功率增加了2倍,扭矩增加了50%,但與此同時,減速器的重量也大幅增加。

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圖——米-26執行救援任務

在設計過程中,米-26的設計人員充分利用了米-6型機使用過程中總結出來的經驗。為適應嚴寒環境和未經修整的使用場地,米-26設計時特別重視發動機進氣道防冰和採取防外來物的措施。發動機進氣道採用了雙套防冰裝置-電熱防冰和熱引氣防冰。為預防冰塊和沙塵進入進氣道,在兩個進氣道前各加了一個圓形防護罩,一旦冰塊或外來異物進入進氣道,裝在進氣道中的離子分離器會將其分離。發動機兩個進氣道的上方有第三個進氣道,供滑油散熱器冷卻用。發動機裝有功率輸出同步和保持旋翼轉速的恆定系統。如果一臺發動機輸出功率衰減,另一臺發動機可自動輸出最大功率。為了在沒有地勤保障的情況下提供動力,須採用輔助動力裝置。該輔助動力裝置位於發動機的後上方,用於地面起動發動機、檢查各種系統和設備、使兩臺電動絞車工作(每臺吊運能力為2.5噸)、為機載設備和系統預熱等。鉸鏈式發動機罩可兼作工作平臺,因此在維修時不需要落地梯子和工作平臺。尾樑內有狹窄的通道可通向尾槳。

此外,貨物裝卸機械裝置也進行了改進,米-26裝有兩個電動絞車和一個橋式起重機,起重能力為5噸。除了原有的隨機機械師工作站和貨物裝卸甲板的控制裝置外,新增了機身外部的控制裝置。貨物裝卸甲板可以控制在水平位置,從而能夠運輸比機身更長的貨物。在飛機降落到地面上之後,貨物裝卸板可與貨車車廂或是裝載機對接。

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圖——米-26直升機的貨艙

貨艙可裝運兩輛步兵裝甲車和20噸國際標準的集裝箱。沿貨艙兩壁設有大約20個摺疊座椅。軍用型可容納80名全副武裝士兵。用於戰場救護可容納60名躺在擔架上的傷員及4~5名醫護人員。風擋有加溫設備。

貨艙頂上導軌裝有兩個電動絞車,每副絞車可吊運2500千克貨物,地板上有滾輪傳送機和貨物繫緊點。米-26直升機的外部吊索可以運輸重達20噸的超大物體。可在數小時內改裝為醫療後送機,只需要裝載60副擔架和3排供醫護人員使用的座椅即可。機身為傳統的全金屬鉚接的半硬殼式吊艙尾樑結構。蛤殼式後艙門,備有摺疊式裝卸跳板。直升機主起落架的設計也獨具匠心,可以通過稍微拾高機身改變裝載後的直升機離地間隙,使貨物與貨物裝卸板在同一水平線上,方便貨物的裝載。後保險桿可以回縮到尾桁的正下方,從而可使車輛不受限制進入到裝貨艙口。每個起落架有兩個輪胎,前輪可操縱。尾樑末端有可收放的尾棍。尾橇收起時,可自由接近後貨艙門。主起落架可以進行液壓調節。離地時,起落架的傳感器可以通過隨機機械師座位後方的儀表板顯示直升機的起飛重量。

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圖——米-26執行吊運任務

米-26的設計過程非常重視全尺寸組件和組裝的試驗,以對設計方案進行改進。例如,為了測試動力裝置和旋翼製造了一個專門的測試平臺;另外,還有專門測試機身撞擊存活率的試驗檯。為了測試米-26的旋翼,用米-6型機改裝了一個飛行測試平臺,該平臺提供了很多寶貴的數據。

米-26是從1971年開始研製的,同年中期進行方案論證,此後開始了前期設計工作,正式的設計工作大約花費了3年時間。隨後進入原型機制造和試驗階段。米-26首架原型機於1977年12月14日完成首次懸停試飛,1978年2月21日完成首次前飛。1980年8月完成國家試驗,隨後在羅斯托夫直升機廠正式生產,首架生產型機於當年10月25日首飛,1981年6月在法國巴黎航展上展出了一架生產型機。1982年年初進行飛行評定,1983年起開始投入使用。1986年6月開始出口。

米-26用戶主要有俄羅斯陸軍、緊急狀態部、航空飛行大隊,此外還出口到20多個國家,如印度、哈薩克斯坦、祕魯、烏克蘭等。

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圖-米-26 執行滅火任務

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