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开元体育共轴双旋翼世家卡莫夫系列直升机的主要型号第一部分
卡系直升机的创始人是尼古拉·伊里奇·卡莫夫,1902年生人。卡莫夫也是在学生时代就有志航空,但身体条件不适合当飞行员,从而转向航空制造和设计。
1927年时卡莫夫成为设计海军水上飞机的格里戈罗维奇设计局的设计师,开始在业余时间设计旋翼机,1929年与其他设计师共同建造了苏联第一架旋翼机KASKR-1“红色工程师”号。
上世纪30年代苏联已经在设计和制造试验型直升机,但卡莫夫并未参与其中,他搞的还是更加成熟的旋翼机。到1939年或1940年的时候他终于能够领导一个旋翼机制造厂,而米系直升机的祖师米里就是他的副手。
二战结束后形势已经很明显,旋翼机已经过时,而更为完善的直升机有着无限的前景。1945到1950这个时间段,苏联先后有四个主要设计局投入直升机设计,分别是布拉图欣、雅克福列夫、卡莫夫和米里。
老牌的布拉图欣设计局选择了并列双旋翼开元体育,这种布局走偏了,虽然布拉图欣本人后来仍有很高的成就,但设计局荡然无存;无所不能的雅克福列夫尝试了三种布局,最终以纵列双旋翼结束了直升机设计生涯,相当于玩了一次票;而米里选择了主流的单旋翼带尾桨的布局,成为最大的赢家,这个设计局的繁多型号和惊人产量前文已做了介绍。
卡莫夫设计局选择的是共轴双旋翼布局,这种布局的优缺点都很鲜明。因为不需要尾桨来平衡扭矩,所以动力利用效率比单旋翼带尾桨布局更高,机身长度更短,主旋翼的尺寸也更小,尺寸紧凑占地面积小;另一方面两幅主旋翼间必须有一定间距,所以机身很高,而两幅旋翼间的气流会互相干扰,如果旋翼上下摆幅超过一定限度,因为是对向旋转,就一定会相撞。这还是一般条件下,假设在战场条件下旋翼中弹下垂,那么还是会相撞,相撞就是机毁人亡。
正是因为特点鲜明,所以共轴双旋翼布局大多在试验型号和无人型号上出现,大量生产的载人实用型号全世界也就是卡莫夫一家。而卡莫夫的直升机在卡-50之前,也集中在海军舰载直升机上,其应用范围、生产数量和影响力其实都远不如米里系列的常规直升机。
这里介绍的即是卡莫夫系列直升机主要的型号,考虑到不太可能有人专文介绍卡莫夫的旋翼机和其他作品,这里也就一并介绍了开元体育。
卡莫夫和另一位设计师斯克任斯基的作品,类似于西班牙的西尔瓦C6——当时几乎所有旋翼机都有西尔瓦设计的影子,此人如不早死必定成为直升机设计大师。
KASKR-1于1929年测试,当气流速度达到一定时主旋翼击中了机尾,飞机损坏。后来的滑行中发现飞机有侧翻趋势,不得不在右翼下挂了8千克配重。但由于机体两侧旋翼叶片对应的气流速度不同始终有倾覆力矩,两位年轻设计师和试飞员都不知道该怎么在现场快速消除这种隐患。最终KASKR-1在滑行试验中翻覆并损坏,甚至没能离开地面。
1930年卡莫夫和斯克任斯基又完成了更完善的KASKR-2,这次他们的试飞引起了空军高层的注意,为他们提供了新式发动机,空军研究所也派出了一个小组进行评估,其中有个年轻的设计师就是米里。
KASKR-2参加了1931年图西诺航空节的空中阅兵,立刻引起斯大林、伏罗希洛夫和莫洛托夫的兴趣,卡莫夫得以亲自向斯大林介绍这种不寻常的飞行器。试飞员的临场表现也起到了锦上添花的作用,绕场三圈后降落在看台附近,只滑跑了几米,令斯大林龙颜大悦。
此次成功展示给卡莫夫和他的旋翼机事业一个良好的开端,此后两位设计师走上了不同的道路。斯克任斯基参与了轻型旋翼机A-4的设计,而卡莫夫则领导一个设计小组,设计了侦察/炮兵观测旋翼机A-7。
A-7的设计要完善得多,外形更加流线,全机都用金属蒙皮包裹。该机采用前三点起落架,有一幅相当长的带副翼的机翼,翼尖带上反角,类似于西尔瓦C19,但机尾设计完全不同。这种带机翼的设计主要是为了在平飞中产生一定的升力,并且可以直接用传统固定翼飞机的操纵面解决飞行姿态问题,大致落后当时世界先进水平5年左右。
A-7于1934年首飞,至1938年时这个机型已成熟。量产型A-7-3a安装一挺带射击协调器的7.62毫米前射机枪,后座安装双联7.62毫米护尾机枪,机翼下可悬挂六枚Fab-100炸弹或4发RS-82火箭弹,挂载能力相当不错。所以A-7被称为苏联第一种量产型旋翼机,也是世界第一种武装旋翼机,当然后一个头衔其实意义不大。
苏芬战争时期,A-7进行过数次武装侦察飞行。卫国战争爆发后开元体育,5架A-7-3a组成的旋翼机中队投入战斗,由于机场距前线千米,且德国人掌握制空权,旋翼机队的任务都是在无照明的夜间进行的。卡莫夫和米里都在前线投入旋翼机保障工作,这个中队最终在10月份解散。
这个阶段卡莫夫开始思考使用旋翼倾斜和桨距控制的新设计,实际上就是真正的直升机概念。但由于战况紧急,工厂必须承担主战飞机的修理和航空配件生产任务,他的设想只能留待战争结束后实施。
战争爆发后1941年7月出现的设计,设想作为A-7的后继机型承担侦察和炮兵观测任务。该机采用封闭座舱和固定式起落架,取消了机翼,通过桨距控制调整飞行姿态,技术上进步很大。
AK的原型机在斯摩棱斯克建造,很快因战局恶化而不得不向东撤退,1942年才在贝加尔湖附近恢复工作。由于红军决定将资源全部投入常规飞机,所以项目在1943年撤销,原型机最后应该是被拆毁了。
卡-8是一架小型的试验型共轴双旋翼直升机,这是卡系列直升机的开辟之作,该机于1947年末首飞,生产了3架。卡-8本身的性能并无特异之处,卡莫夫通过这个型号掌握了共轴双旋翼直升机的特性和设计方法,值得一讲的仍是相关的背景故事。
1943至1945年间卡莫夫在攻读其博士学位,同时受命编撰一部关于旋翼飞行器的教科书。他本人仍希望回到设计工作中,曾自己设计过一种单旋翼直升机,但完全没有进一步试验的可能。
米里比卡莫夫先获得机遇,领导了一个设计小组,反过来邀请他担任副手,但卡莫夫拒绝了这个建议。大约在1945年时,卡莫夫在写书的资料中了解到美国正在设计的一种背包式单人直升机,以此为灵感设计出了卡-8。当时卡莫夫并无任何团队和资源,卡-8的设计、建造和试飞其实都是一群志同道合的朋友业余时间志愿而为,其零件是在图波列夫工厂生产线上加工的私活,而卡莫夫本人在没有专门团队、生产厂和实验室配合的情况下成功完成设计和测试,显示了很强的理底。
1948年卡-8参加了图西诺航空节,以“空中摩托车”的名义从一辆“莫斯科人”卡车后箱起飞。但不知道是平台倾斜还是振动的影响,在预定时间前就几乎滑下车厢,试飞员只能立刻起飞。绕场一圈后飞到政府高层看台附近时发动机出现喘振,就在试飞员犹豫是否关闭发动机时,直升机已缓慢下降到地面,就像“蜜蜂挂在花下面”一样。时隔17年,卡莫夫的设计再次以精彩的现场表演赢得了高层的青睐。
卡-8成功后,卡莫夫的设计得到政府重视,受命研制更完善的卡-10。该机的外形和结构基本沿用卡-8的设计,但发动机功率增加。该机的研发面对米里局的米-1、布拉图欣局的G-3、雅克局的雅克-100的竞争,而由于直升机理论还在初始阶段,这些型号实际上都还在承担科研试飞的任务。
卡-10于1949年9月试飞成功,1951年获得苏联海军的10架订单,1950年7月卡-10成为第一架在舰艇甲板上降落的苏联直升机。1955年后出现了旋翼直径增加,使用双垂尾的卡-10M。
很少有人知道卡莫夫一直有研制重型运输旋翼飞行器的理想,据说1946年时他曾经作过一次努力。1952年时卡莫夫提出了旋翼机“X”的方案,在现有的里-2运输机(许可证生产的美制DC-3)上加装共轴双旋翼,这种型号将具备和里-2相同的载重能力、几乎垂直的起降能力、单发飞行时仍能保证安全且现有的里-2飞行员只需简单培训就可掌握。
旋翼机“X”引起了政府和军方的很大兴趣,因为性能数据很好且成功的可能性很大。但在两种重型直升机(以当时的标准)米-4和雅克-24出现后,这个项目被迅速取消。
1950年左右提出了双座卡-15的设想,据说是在所有方案中选择了最简单的,使用轮式起落架以方便陆上操作,1951年设计工作正式开始。
当时卡莫夫正忙于进行重型纵列双旋翼直升机的设计,由于美军在朝鲜战场大量使用直升机并显示了很高的效率,苏联政府急需有效的运输直升机。卡莫夫局尝试了多种纵列双旋翼设计,包括小型的卡-11、单发的卡-12以及双发重型的卡-14-2,也就是说他们在这里用掉了很多编号。
1951年10月四设计局赴克里姆林宫讨论紧急研制运输直升机的方案,米里局以12座米-4顺利过关,布拉图欣局直接解散,卡莫夫因对纵列双旋翼直升机研制时间估算保守,项目移交雅克福列夫局,被赶去完成卡-15,实际上是失宠了。
卡-15的研制是在较为困难的条件下进行的,政府停止对其拨款,卡莫夫自筹了一小笔经费完成了项目。不过该机性能不错,在自重和发动机功率只及米-1一半的情况下载重为米-1的五分之四。
卡-15在军事和民用领域都得到应用,共生产了375架,这是世界上第一种大规模生产的共轴双旋翼直升机。
单座型卡-8和卡-10的现代化版本,1953年的设计,卡莫夫认为当时已能提供更大功率的专用发动机,这种小型直升机在军民领域都能发挥很大作用。
这个设计自始至终没有得到政府和户的兴趣,也没有争取到任何资金。卡-15的成功给了它最后一击,政府认为卡-15足以满足对卡-17的一切需求。
卡-15基础上发展的四座民用直升机,扩大了机身尺寸并延长了尾梁。该机于1956年末首飞,据说在1958年布鲁塞尔世界博览会上获得了一枚金牌。
该机的产量有120架和200架两种说法,主要用于航空医疗服务、地质测量、森林巡逻和农业方面。
卫国战争时期,以航空发动机驱动推进式螺旋桨的机动雪橇在极地战斗中展示了优越性能。从那时候起直至50年代中期,这种车辆都用于苏联北方地区邮政运输,出没于其他交通工具无法通过的地区。1957年,苏联政府要求卡莫夫局研制一种新型机动雪橇,以替换已到寿的老式型号,这个项目被称为北方-2。
北方-2使用“胜利”汽车车身改装,安装一台260马力AI-14R发动机,前部悬架和转向系统来自“胜利”汽车,后部减震支柱来自卡-15,发动机散热百叶窗则来自卡-12。由于发动机安装在后部,原汽车的引擎舱改为行李舱。
北方-2能在零下40至50摄氏度的极端环境下工作,在邮政线千米/小时之间。这个型号共生产了100辆,1964年后被新式的卡-30取代。
苏联人给卡-22的自用绰号为“旋翼”,这个设计起源于1951年左右的一个项目,使用里-2运输机牵引直升机以增加其航程,巡航时直升机主旋翼保持风车状态,实际上是当旋翼机使用。在论证中设计人员对牵引机与直升机之间的位置关系进行了分析,又适逢第一代涡轮轴发动机出现,因此产生了何不将牵引机和直升机合二为一的想法。
卡-22的设想被直接递交克里姆林宫,这个项目就此一路绿灯,1952年时卡-22和米-6几乎同时开始研制。卡-22的机身使用安-10运输机的设计,在主翼两端各安装一台以高速轴连接的涡轮发动机,通过机械传动机构可同时带动拉进式螺旋桨和主旋翼。该机起降时螺旋桨停转,动力分配给主旋翼,此时它是一架并列双旋翼直升机;进入巡航飞行后动力分配给螺旋桨,由机翼和风车状态的主旋翼提供升力,此时它是一架旋翼机。
卡-22于1959年首飞,1961年图西诺航空节对外展示,该机共创下8项世界飞行纪录,一时风头无两。然而该机存在结构复杂、传动系统消耗功率过大、主旋翼受机翼遮挡效率不高等问题,四架原型机中两架在试飞中机毁人亡更使苏联空军对其可靠性丧失了信心。
重型旋翼运输机项目,使用涡轮喷气发动机作为动力,没有脱离设计阶段,基本没有资料,苏联解体后模型对外公开。
据非官方的消息,卡-35编号目前已被再次使用,是海军卡-31雷达预警直升机的发展型号,又被称为Ka-31SV或Ka-252SV。据说该机已于2016年10月部署到叙利亚,但目前没有确定可信的照片和公开的性能数据。开元体育共轴双旋翼世家卡莫夫系列直升机的主要型号第一部分