1481. 鐵翼雙飛——蘇制雅科夫列夫“試驗直升機”

本文是“燃燒的島群”第1481篇原創(chuàng)文章，作者：Behemoth。

作者簡介：Behemoth，江蘇南京人，2014年起開始創(chuàng)作，現(xiàn)已發(fā)表、出版近70萬字。

全文共約3200字，配圖13幅，閱讀需要10分鐘，2025年11月6日首發(fā)。

本文收錄于作者“behemoth”專輯，歡迎持續(xù)關(guān)注。

一個不夠就來倆

作為一種重于空氣的垂直起降飛行器，直升機的誕生標志著人類終于可以“像鳥一樣飛行”，然而，相比固定翼飛機，直升機的結(jié)構(gòu)明顯要復(fù)雜許多，尤其是作為垂直升力來源的旋翼在旋轉(zhuǎn)時空氣對其作用而產(chǎn)生的反作用力矩，如果不設(shè)法加以平衡，將導(dǎo)致機體逆旋翼轉(zhuǎn)向自旋，從而引發(fā)其他更嚴重的后果。

為了解決這一問題，早期航空工程師們進行了大量探索，從而誕生了一系列解決方案，其中單旋翼配尾槳不僅是誕生的最早的方案之一，也是最為后世航空工程師所接受的方案之一，這種方案較好的在直升機氣動布局、操縱穩(wěn)定性和振動等方面取得了平衡，設(shè)計制造技術(shù)也相對成熟，然而采用這種型式就需要在直升機機尾加裝一副尾槳以平衡旋翼的反扭矩，不僅增加了直升機的尺寸和重量，而且還增加了功耗。因此，如何將這一“小尾巴”去掉，并讓直升機更加緊湊，就成為了航空工程師們努力的一個方向。

事實上，早在直升機發(fā)展初期，就有航空工程師提出，既然單旋翼會產(chǎn)生反作用力矩，那如果再引入一副旋翼，讓二者的反作用力矩互相地效豈不兩全其美？由此就誕生了一系列雙旋翼布局的直升機。最初誕生的橫列式雙旋翼直升機的旋翼系統(tǒng)為兩副橫向并排布置、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋翼，雖然可以獲得更大的機體載重，但由于存在機翼和位于機翼上的兩具發(fā)動機短艙，因而飛行阻力較大且垂直飛行性能差，而縱列式雙旋翼直升機雖然由于兩副主旋翼采用縱向布置從而保證了總體結(jié)構(gòu)的緊湊且抗側(cè)風(fēng)能力強，但前旋翼對后旋翼產(chǎn)生的氣動干擾依然帶來了操縱品質(zhì)低以及偏航操縱效率較低等缺點，同時這兩種布局都很難被用于輕型直升機，于是就有航空工程師“更進一步”，想到了將兩副旋翼共軸布置的方式，這樣等于就獲得了一架“無尾”直升機，不僅適合在狹小區(qū)域起降，停放時所需空間也明顯小于帶尾槳直升機，可以將直升機的優(yōu)勢發(fā)揮到極致。

1944年7月4日，美國工程師小斯坦利·希勒（Stanley Hiller Jr.）駕駛其自行設(shè)計的XH-44型直升機完成首飛，這也標志著共軸式直升機的誕生。雖然該機最終并沒有獲得來自美軍或者民間機構(gòu)的訂單，但依然被認為具有發(fā)展前途，于是這一概念開始在全世界范圍內(nèi)流行起來。

圖1、在加州大學(xué)伯克利分校玫瑰灣體育場?進行首飛的XH-44型直升機

新領(lǐng)域的新作為

作為第二次世界大戰(zhàn)中蘇聯(lián)空軍作戰(zhàn)飛機的主要設(shè)計者之一，亞歷山大·雅科夫列夫和他領(lǐng)導(dǎo)的雅科夫列夫設(shè)計局在整個戰(zhàn)爭期間都專注于固定翼飛機的研發(fā)，但在戰(zhàn)爭結(jié)束后，進入德國境內(nèi)搜集德國航空技術(shù)情報的蘇聯(lián)航空專家在了解到德國直升機研發(fā)進度和一些實用化機型技術(shù)細節(jié)，尤其是設(shè)法評估了一架被繳獲的Fa 223“龍”式直升機后，意識到直升機在未來戰(zhàn)爭中的價值，因此提議加速本國直升機的研發(fā)工作，由此，包括雅科夫列夫設(shè)計局在內(nèi)，一系列新型直升機研發(fā)項目紛紛上馬。

圖2、早在戰(zhàn)前，蘇聯(lián)航空業(yè)就已經(jīng)開始探索直升機技術(shù)，圖為由伊萬?布拉圖欣（Ivan Pavlovich Bratukhin）領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計局研制的2MG Omega系列橫列式雙旋翼直升機

1946年，代號為“試驗直升機”（俄語名稱：Экспериментальный Геликоптер，拉丁字母轉(zhuǎn)寫為Eksperimentahl’nyy ghelikopter，縮寫為EG）的研究項目正式上馬，當然，雅科夫列夫設(shè)計局“摻和”直升機設(shè)計也不是拍腦袋，他們?yōu)榇俗隽瞬簧佟肮φn”——除了研究德國直升機的資料之外，以項目總設(shè)計師貝莫沃（Bemowo）為首的一批技術(shù)人員還曾與法國布雷蓋公司進行技術(shù)交流，并掌握了法國從戰(zhàn)前開始研發(fā)的“多蘭德”（Dorand）系列共軸式直升機的一部分技術(shù)資料。

圖3、在戰(zhàn)后完成的“多蘭德”G.20型共軸式直升機原型機

由于當時的雅科夫列夫設(shè)計局正是兵強馬壯的時候，因此在完成包括Yak-15/17等項目的同時就順帶進行了“試驗直升機”的設(shè)計，并于1947年初完成了初始設(shè)計，之后為了穩(wěn)妥起見，研發(fā)團隊先制造了一個“試驗直升機”的縮比例模型，并以雅科夫列夫設(shè)計局的代號OKB-115將其命名為ED-115，而第一架原型機在1947年夏天即宣告完成，并立刻投入了各方面試驗。

圖4、ED-115號模型

圖5、剛剛制造完成的“試驗直升機”原型機

創(chuàng)新出個“啥”

非常有意思的是，就在進行新型直升機研發(fā)項目的消息傳遍整個設(shè)計局時，設(shè)計局內(nèi)不少人得知此事后的第一反應(yīng)居然是“啥，你在開玩笑嗎”（俄語：шутыш，拉丁字母音譯為Shootka），因此這架“試驗直升機”還多了個諢名“啥”（Sh）。

圖6、“試驗直升機”機體結(jié)構(gòu)解剖圖

“試驗直升機”機體全長6.53米，旋翼直徑為10米，機體空重為878千克，最大起飛重量達到1020千克，這樣的“小身板”的結(jié)果就是機體研發(fā)難度下降，從而是研發(fā)團隊可以更專注于共軸式結(jié)構(gòu)的設(shè)計。為了降低機體重量，“試驗直升機”并未采用全金屬機身，而是由鋼管焊接出機身骨架，整個機體被分為三部分，其中包括可以容納駕駛和副駕駛的駕駛艙在內(nèi)的機體前部以杜拉鋁充當蒙皮，包括發(fā)動機以及油箱和減速器在內(nèi)的中間部分有部分（除發(fā)動機艙外）使用杜拉鋁蒙皮，而包括水平尾翼和位于其兩端的兩片垂直尾翼的整個機尾的后段機身則以織物蒙皮覆蓋。“試驗直升機”的起落架為固定式前三點式起落架，配備垂直減震支撐。

圖7、“試驗直升機”正面圖，可見其起落架形態(tài)和結(jié)構(gòu)

作為“試驗直升機”的動力來源，一臺什韋索夫（Shvetsov）M-11FR-1型星形5缸氣冷式發(fā)動機可以提供最大140馬力的輸出功率。該發(fā)動機使用一個傳動系統(tǒng)驅(qū)動兩副共軸布置的由層壓松木和硬木制成的雙葉可折疊式旋翼，兩副旋翼被連接在鋼和杜拉鋁制成的樞軸上，以互為相反的方向旋轉(zhuǎn)，均可達到233轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速。而傳動系統(tǒng)包括離心離合器、90度轉(zhuǎn)角齒輪箱（一種用于改變動力傳輸方向的機械裝置，可將動力傳輸方向從水平轉(zhuǎn)為垂直或反之）和冷卻風(fēng)扇等。存放燃油的油箱被放置在齒輪箱下方，而滑油箱則位于發(fā)動機旁。值得一提的是，“試驗直升機”的旋翼鉸鏈系統(tǒng)既可以通過液壓系統(tǒng)調(diào)整所有旋翼葉片的共同傾斜角度（從而控制推進力）也可以調(diào)整單個葉片的傾斜角度（從而產(chǎn)生側(cè)向力或?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向），并且可以在飛行過程中自動校正葉片的傾斜角度。

圖8、M-11FR-1實物圖

圖9、“試驗直升機”旋翼鉸鏈系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖

未竟的高飛

“試驗直升機”原型機由試飛員特扎夫羅夫斯基（V.V.Tezavrovskii）完成了首飛，為了安全起見，早期的40次飛行 (總飛行時間約為5小時)均為系留飛行，直到當年12月20 日才完成了首次自由飛行試驗。由于在試飛過程中試飛員和設(shè)計團隊發(fā)現(xiàn)直升機的重心過于靠后，因此原型機的尾翼被拆除，而滑油箱則被重新布置在駕駛艙后的位置。

圖10、經(jīng)過修改尾部設(shè)計后的“試驗直升機”原型機

圖11、修改后的“試驗直升機”結(jié)構(gòu)圖，注意滑油箱位置

圖12、飛行中的“試驗直升機”原型機

考慮到M-11FR-1的功率已經(jīng)有些“不夠用”，因此到了1948年初“試驗直升機”開始嘗試以M-12型發(fā)動機換裝原發(fā)動機，換裝后的首次試飛于當年4月 9日進行，但事實證明換裝效果不佳，因此“試驗直升機”由被迫換回了M-11FR-1。

截止到1948年7月8日，“試驗直升機”共進行了75次自由飛行 (總飛行時間約15小時)，盡管在懸停時表現(xiàn)尚可，但一旦速度接近30千米/時就會出現(xiàn)過度振動、桿力損失和旋翼不穩(wěn)定等問題。不僅最大速度僅達到了70千米/時（設(shè)計最大速度為93千米/時），飛行高度也從來沒有突破180米（設(shè)計最大升限位2700米），而235千米的最大航程就更是無從“試”起。雖然這些問題并非難以解決，但雅科夫列夫設(shè)計局已經(jīng)沒有機會了，同樣是在1948年，由米哈伊爾·米里（Mikhail Mil）領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)計局設(shè)計的GM-1（GM為俄語“米里直升機”的拉丁字母轉(zhuǎn)寫Gelikopter Mil的縮寫）完成了首飛，這種直升機采用傳統(tǒng)的單旋翼配尾槳式布局，不僅更加成熟可靠，而且改進和發(fā)展?jié)摿σ哺螅S著該機最終以Mi-1的編號成為蘇聯(lián)歷史上第一種投入批量生產(chǎn)的直升機，“試驗直升機”也失去了進一步完善的可能。

圖13.

就在“試驗直升機”項目被取消時，正在建造中的第二架樣機直接被廢棄，而唯一完成的原型機在莫斯科航空研究所被保存了幾年，直到1954年被學(xué)生改造成一架機器雪橇并被捐贈給了哈薩克斯坦的一個農(nóng)場，之后的命運不得而知，這就是雅科夫列夫設(shè)計局的的第一個直升機研發(fā)項目的結(jié)局。

- 全文完，敬請期待下一篇！-

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