笨鸟难飞(十四)

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  常见的单旋翼一尾桨构型直升机只有一具主旋翼,直接从主轴驱动会对机身产生反作用扭矩,因此要加上尾桨进行平衡。二战时德国人发明了从旋翼翼尖喷出高速气体来推动旋翼的技术,这样理论上就不会产生反作用扭矩,可以去掉尾桨及其传动系统,既能减轻结构重量又可提高动力效率。不过这种翼尖喷气方式也存在技术难度高、油耗和噪声过大等先天缺陷,不止一个国家在这上面栽过跟头。
  不顶事的“大吊车”
  二战末期才披挂上阵的直升机很快显露出自己的独特价值,因此在战后也成了航空大国的“重点培养对象”。1946年美国陆军就计划装备一种大型运输直升机,要求能够吊起4500千克重的货箱,并达到最大速度105千米/小时、作战半径160千米、悬停高度约1千米等性能指标,而且拆卸后可以用标准拖车装运。考虑到其中的难度,军方建议参与竞标的航空厂商采用非传统构造、喷气动力以及伺服控制系统等新技术,还可充分利用现成的部件来降低研制成本。
  经过初步评估后,有着生产直升机经验的费城科利特飞机公司拿到了军方合同,型号定为XH-17,绰号“空中吊车”(Sky Crane)。然而进入实际研制阶段后,科利特公司发现技术问题比预想的要棘手得多,又赶上财务陷入困境,只得把整个项目打包转让。接下这个“烫手山芋”的是谁呢?就是玩转电影界和航空业的传奇富豪霍华德·休斯。他创办的休斯飞机公司当时正如日中天,也助长了他好大喜功的欲望(参见之前提到过的H-4超级水上飞机)。虽说XH-17不是亲生的,但休斯还是很重视自己名下的第一个直升机项目,大手笔雇下设计团队的原班人马,在1949年连同未完工的部件一起带到加州继续工作。
  为了不耽误进度,休斯基本照搬科利特的设计方案,采用CG-15滑翔机的双人座舱和H-19直升机的机尾,还有从B-29轰炸机上拆下的大号油箱等现成部件拼凑出XH-17的机身,两侧各装一台改进过的通用电气J35涡轮喷气发动机,总功率约2558千瓦。而最扎眼的就是那对直径达39.62米的超长桨叶了,发动机产生的高压气体通过设在桨叶内的管道从叶片末端的喷嘴喷出,驱动这具“大风扇”。此外,其前后固定式起落架分别来自B-25轰炸机和C-54运输机,并特别做了加长,便于装卸大尺寸的货箱。
  不难想象,这架当时世界上最大的直升机最终矗立起来时是何等的霸气外露。不过前所未有的复杂性也让XH-17举步维艰,在地面测试阶段就状况频出,花了3年时间修修改改才算勉强过关。1952年10月23日,“空中吊车”在加州卡尔佛首次试飞,可刚离地就因控制系统出现问题而中断,此后就陷入了改进、测试和再试飞的反复中,尤其是主旋翼过高的振动应力一直无法有效控制。尽管可以吊运指定的负荷,但动力效率低下和耗油太高使得XH-17的实际航程还不到原定指标的一半。不能让军方满意,休斯大亨再怎么烧钱也白搭,拖到1955年主要部件严重老化后只有悻悻然作罢。同样是巨无霸级别,H-4好歹还留了个全尸,XH-17则被拆解废弃了事。
  困在地面的“爬虫”
  英国空军部在1952年也提出要研制喷气动力的直升机,而位于贝德福德郡的帕西瓦尔飞机公司此前刚成立了直升机分部,正想以此为契机在这个新兴市场上分得一杯羹。他们一上来就大胆地选择了翼尖喷气的布局方案,型号定为P.74。其主身被设计成较为光滑的泪滴形,由于省去了复杂的减速传动装置,内部空间得以充分利用,可容纳两名机组人员和8名乘客。在机舱下部安装有两台内比尔发动机公司专为P.74特制的“大羚羊”燃气机,单台功率为563千瓦,可将产生的高压气体经内部管道输送到直径为16.76米的不锈钢主旋翼上,从3片桨叶的末端喷出,驱动叶片旋转。叶片上还装有副翼机构,其倾角通过一个类似螺旋千斤顶的调节器来控制。
  虽然采用翼尖喷气驱动方式后,机身承受的反作用扭矩很小,但为了便于控制方向还是在P.74的圆锥形尾部加上了一具小尾桨。而在机身下方装有4条“短腿”作为轮式起落架,其中两个前轮可以自由转向,整体看上去活像一只长相丑怪的爬虫。到1956年初完成组装时,P.74原型机也涂上了军方赋予的序列号XK889,但它的实际表现就让设计者相当尴尬。在地面测试中,技术人员发现动力系统实在弱爆了,“大羚羊”无法实现全功率运转,输出的气流根本达不到设计值。即使大费周折地解决了问题,等到正式试飞时P.74却像冻僵的虫子一样,只会随着旋翼的转动瑟瑟发抖而难离地面半寸。
  在重新审核设计方案时,才有人发现对升力的计算出现了低级错误,弄混了方程式。然而在修正了数据并进行相关改进后,P.74还是死活不肯随风而起。不仅设计者焦头烂额,试飞人员也是吐槽不已,抱怨从机舱结构设计到飞行操作方式都根本没有征求过他们的意见。比如驾驶舱没有独立舱门或逃生口,飞行员只能经机身舱门进出,而高压气流通过设在机舱内的输气管道时产生的高温和噪声也让乘员不堪其扰。
  大刀阔斧的改动在所难免了,把燃气机搬到机身上方,或是改用功率更强的罗尔斯·罗伊斯RB.108涡轮发动机并重新设计驱动系统的方案都被提了出来。如果改进获得成功,帕西瓦尔公司还计划进一步研制载客量更大的型号。只是没等他们有所进展,就在航空业的重组浪潮中被合并到英国飞机公司中去了,新东家毫不手软地砍掉了这只没用的“爬虫”。不久后英国费尔雷公司还研制过结合翼尖喷气技术的大型旋翼机,虽说飞行性能还算不错,但也因成本和噪声过高难逃下马的命运。
  孵不出翅膀的“鸟蛋”
  处处要跟西方较劲的苏联人自然也没有忽略翼尖喷气这种新玩意,同样是在20世纪50年代,苏联直升机行业的龙头——米里设计局就着手研制这种新类型的直升机。他们设想在旋翼翼尖处安装涡轮发动机,直接产生喷气驱动旋翼转动,理论上只要动力足够强劲,制造出旋翼直径60米、重达一两百吨的超级直升机不是梦!好在总设计师米哈伊尔·米里还算清醒,认为新技术尚未成熟,先搞一架小型验证机比较稳妥,型号就定为V-7。
  V-7是米里设计局当时研制的最小一种机型,到1957年底就完成了设计进入试制和测试阶段。这是一架空重仅730千克的4座直升机,圆滑的机身形似乌蛋,装有滑撬式起落架。直径为11.6米的旋翼由两片桨叶组成,每片的末端安装一台AI-7小型冲压式喷气发动机,所需燃油用油泵从机身油箱压入主轴后,再靠旋翼旋转时的离心力通过桨叶内部的油管注入发动机。最初的设计并没有考虑到尾桨,但在模型风洞试验时发现还是有反作用扭矩的产生,只得在机身尾部加上了一具小尾桨及其支架和传动部件,用于平衡扭矩和控制方向,不过最折腾人的问题还是出在动力系统上。
  在地面测试中,由中央航空发动机研究院提供的AI-7发动机先是出现推力不足和温度过高的现象,调整了内部结构和散热系统后,又暴露出因发动机的涡轮高速转动产生很大过载,使得桨叶难以承受的问题。此后,光是对发动机的改进工作就耗费了好几年的时间。直到1962年V-7直升机才重新进行动力试验,这次发动机总算达到额定功率,带动机身在系留状态下缓缓离地。然而,发动机和桨叶承受的过载太大,导致结构容易受损的顽疾未能根除,旋翼转动的阻力和机身产生的振动也超过了限度,这些都不可能让V-7满足试飞条件。
  尽管采取了一系列有针对性的改进措施,涉及发动机、桨叶和操纵机构等关键部分,但都收效不大。在1965年的后期测试中,AI-7发动机不是出现严重故障需要修理,就是在高转速阶段发生共振导致零件脱落,差点酿成事故。连续的挫折让米里老大认识到没有合适的发动机和配套技术,再怎么好的理论也不过是浮云。将V-7封存后,他们还是把精力集中到常规机型的研究上了。
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