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【三海一核】哈尔滨工程大学
【装备】请叫我“蜗牛”——K-27直升机的故事
17-01-26 作者:张维鹏   编辑:张维鹏

90年代后,伴随着西方在对华军事技术交流上转入封锁,俄罗斯又一次成为了中国获取军事技术和武器装备的唯一来源,比如苏-27,比如956型“现代”级驱逐舰,比如造型诡异的卡-28直升机。

首先得说卡莫夫设计局

说起卡-28直升机,首先得谈谈俄罗斯卡莫夫设计局,毕竟造型诡异不能赖直升机,得赖厂家。传奇的卡莫夫设计局成立于1948年,第一任总设计师是1902年生于伊尔库茨克的尼古拉·伊里奇·卡莫夫,另一位直升机设计大师伊尔·列昂季耶维奇·米里也生于伊尔库茨。和米里一样,卡莫夫早年也从事旋翼机的研究,毕竟在动力技术不成熟的时期,旋翼机是最接近直升机的飞行器了,1948年7月25日,由卡莫夫设计的卡-8直升机在图申的航空节进行飞行表演,这架卡莫夫共轴双旋翼直升机的开山之作收获了非常不错的效果,随后,苏共中央和部长会议下令以卡莫夫为总设计师成立专门的设计局进一步研究,卡莫夫设计局由此诞生,也是在1948年,米里领衔的米里设计局成立,两位来自伊尔库茨克的大师从此开启了苏联的直升机发展史。

尼古拉·伊里奇·卡莫夫

这张邮票里出现了卡-10、卡-22、卡-26、卡-27和卡-50

在随后的时光里,卡莫夫设计局首先设计了卡-10直升机,卡-10的成功向全世界证实了卡莫夫设计局成功地找到了可靠的共轴双旋翼系统设计方案,不仅如此,卡-10在试飞过程中多次从水面舰艇上起降。在卡-8和卡-10成功地基础上,卡莫夫设计局于1952年推出卡-15直升机,作为世界上第一款批量生产的共轴双旋翼直升机,最大载重量1.4吨的卡-15可以搭载包括飞行员在内的两名成员,而且安装了反潜仪器!!1956年,卡莫夫设计局推出了4座多用途直升机卡-18,并在1961年迎来了自己的高潮,1961年,卡-25推出,卡-25系列直升机先后装备了“克列斯塔”II级、“卡拉”级、“基洛夫”级巡洋舰以及“莫斯科”级、“明斯克”级航空母舰,卡-25无疑是非常成功的,最大起飞重量达到了7.5吨,航程超过400km,携带吊放声呐和反潜装备,但是由于设计缺陷和技术原因,在恶劣天气和夜间无法使用吊放声呐,1969年,卡莫夫设计局开始在卡-25的基础上进行重新设计,这便是卡-27直升机。

表现“莫斯科”级航母和卡-25直升机的绘画

卡-27直升机

卡-27于1974年12月卡-27首飞,基本反潜型卡-27PL“蜗牛”于1982年正式装备部队,在此基础之上形成了庞大的“蜗牛”家族,包括卡-27TB舰载武装直升机、卡-27PS搜索救援与警戒直升机、卡-29RLD预警直升机(它还叫卡-31)、卡-32通用直升机(“雪龙”号科考船上的那架“雪鹰”号直升机就是卡-32),卡-28则是卡-27PL的出口型号。除了舰载反潜直升机,卡莫夫设计局还设计了卡-50和卡-52两种武装直升机和卡-26、卡-115、卡-126和卡-226一系列民用直升机用来和米里设计局死磕。

卡莫夫设计局的最新作品——卡-52武装直升机

得从共轴双旋翼说起

不仅仅是“蜗牛”家族,所有的卡莫夫直升机的最引人注目的地方都是那个非常高大复杂的共轴双旋翼系统,正所谓“成也萧何败萧何”,“蜗牛”一身的优点和缺点几乎全拜共轴双旋翼系统所赐。

西科斯基的VS300直升机

力的作用是相互的,直升机机身和发动机在给螺旋桨一个旋转的力的同时,螺旋桨也会给机身一个反向旋转的力,如果不想点儿办法,机身就会不断地反方向转啊转(详情请见电影《黑鹰坠落》里那些被打掉尾桨的“黑鹰”),这个问题一直困扰着所有的技术宅们,人们尝试采用横列双旋翼的方式来解决这个问题,但是横列双旋翼直升机的迎风面积太大、结构也太复杂,直到1939年,西科斯基带着他的VS300直升机一炮打响,人们才发现原来直升机需要一个尾桨,但是卡莫夫独辟蹊径,成功地找到了可靠的共轴双旋翼解决方案,实际上由于共轴双旋翼所有的动力都用于产生升力,在动力技术不能填饱直升机设计师胃口的时代相比于单旋翼直升机还略有优势。共轴双旋翼的原理其实也特别简单,两根传动轴一根在外一根在内,通过一系列传动系统让两根传动轴转速一致,两根传动轴分别驱动两副螺旋桨旋转,这个原理简单到了淘宝卖的的玩具直升机几乎都是共轴双旋翼,但是玩具简单,真正的共轴双旋翼直升机却非常复杂,因为那两副旋翼不仅要用来产生升力,还要用来实现全部的六个自由度运动中除了上下移动之外的所有运动,要不然研发共轴双旋翼却中途放弃的航空大师雅科夫列夫和法国布雷盖飞机公司也太丢人了。

共轴双旋翼系统

常规的单旋翼直升机的尾桨需要消耗10%-20%的能量用于尾桨,所以在同等发动机功率的情况下可以起飞重量更大。共轴双旋翼直升机在悬停时,上方旋翼产生的滑流比下方旋翼旋转产生的滑流要窄,有利于下方旋翼吸入更多的空气,所以共轴双旋翼螺旋桨的效率要比单旋翼螺旋桨要高,螺旋桨直径也可以更小,单副螺旋桨叶片数也可以更少,综合而言,共轴双旋翼系统的的供销比要比单螺旋桨高16%-22%,“黑鹰”直升机使用两台1410kw的发动机可以实现的最大起飞重量为9980kg,单位重量功率0.28kw,而“蜗牛”用3281kw的功率实现了12600kg的最大起飞重量,单位重量功率0.26kw。动力上的优势不仅仅体现在起飞重量上,从卡-27到卡-50,共轴双旋翼直升机的爬升率全面胜出同等重量级的单旋翼直升机。

由于没有尾桨,共轴双旋翼直升机的尾部方向舵是纯气动面,在转弯时不会像单旋翼直升机会发生侧滑,有利于快速完成大方向角的无倾角转弯。由于没有不需要尾桨,也不需要单旋翼直升机那长长的尾梁,由于不需要过度考虑机动性,“蜗牛”的尾梁短到了令人发指,虽然那个可以比旋翼短的尾梁看起来非常不协调,减少停放面积可以非常小,最大起飞重量12.6吨的“蜗牛”机身长11.3米,加上折叠后的旋翼也才12.25米,隔壁米里设计局的起飞重量13吨的米-17直升机机身长度达到了18.42米,最放肆的是最大起飞重量12.07吨的直-8直升机,机身长度达到了20.27米!!即便是那些小个子也比“蜗牛”要大,“黑鹰”的舰载反潜版SH-60B机身长15.26米,尾梁和旋翼折叠后长度为12.47米,不能折叠尾梁的直-9C机身长度也有11.44米,所以中国海军的机库在面积上从来不需要为卡-28特殊设计,能塞下标配直-9C的基本就能塞下卡-28,但是机库面积没问题不代表高度没问题,而且不是小问题。

折叠了尾梁的SH-60直升机

由于共轴双旋翼系统操纵机构和传动机构非常复杂,同时还需要避免两副旋翼桨叶发生碰撞,所以两副螺旋桨之间的距离非常大,上下旋翼之间的距离几乎达到了整体高度的1/3,“蜗牛”的高度达到了5.4米,米-17也不过4.8米,“黑鹰”更是只有4.05米,这个问题对路基直升机不算问题,但是对舰载直升机来说是一个相当大得缺陷,直升机高,重心必然高,还带着机库一起高,机库可不是一个活动板房,而且机库顶部需要安装大量的电子设备和武器,不可避免的使船舶的重心升高,影响稳性。这对苏联/俄罗斯海军来说问题并不大,因为能带机库的要么是大家伙,要么是小家伙带一个伸缩式机库、升降式机库或者没有机库。但是没有专门反潜舰的中国海军需要大量的携带反潜直升机的护卫舰去执行反潜任务,4000吨的054系列护卫舰带一个超过6米高的机库显然太高了,于是中国海军非常创新地搞出了“凸”型机库设计,机库中间高,两边低,让重心升高不至于无法接受。

054A型护卫舰的“凸”型机库

没跟上时代的“蜗牛”

“蜗牛”不仅高度不那么友好,适用性也不那么友好,当几乎所有的舰载直升机都拥有助降装置来帮助直升机在高海况的情况下着舰的时候,“蜗牛”还是只能依靠直升机甲板上铺的一层防滑网(战斗民族就是喜欢简单粗暴),而且俄罗斯声称可以在5级海况下安全起降,虽然一众非战斗民族的国家觉得顶多能在3级海况下安全起降,没准儿只是大家不够“战斗民族”。

他们说铺上一层网就敢在5级海况下降落

作为一种安全按照反潜直升机设计的舰载直升机,“蜗牛”拥有非常齐全的搜潜和反潜装备,安装了包括360°搜索雷达、多普勒雷达、敌我识别器、雷达告警装置、深水声纳浮标、磁异探测器还有吊放声呐,而相比于任务载荷比较小的直-9C只有搜索雷达和吊放声呐。其200km的作战半径和高达2000平方公里的搜潜范围对中国海军来说相当诱惑,尤其是自家手里的直-9C搜潜范围小得多搜索雷达还不是360°的。

“蜗牛”的正宗仪表盘

虽然“蜗牛”得雷达可以在2100米-2400米的高度上探测180公里内的水面舰艇和30公里的漂浮状态潜艇,声呐可以抓住500米深处进行40节“飙车”的潜艇,但是毕竟是70年代设计的老家伙,航电系统还在使用半导体甚至电子管,体积巨大不说,跟使用大规模集成电路和数字化计算机处理系统的同行相比,信息处理的效率太低,虽然俄罗斯进行了一些升级处理,但是俄罗斯电子技术不行理念也不太行,“蜗牛”的仪表盘仍然是“仪表”盘。

翻遍卡-27和卡-28的照片,不管在执行什么任务,都找不到像直-9C一样一边挂一枚鱼雷的照片,因为毕竟是专门设计的反潜直升机,“蜗牛”设计了一个可以加热的内置弹舱,让鱼雷可以在发现目标后立即发射。“蜗牛”的内置弹舱可以安装鱼雷、深水炸弹甚至航空炸弹,弹舱的最大载重量为4吨,但是空间却只能容纳1吨的武器载荷,并且由于内部空间被邮箱挤占,基本无法扩展。空间不足的内置弹舱和体积巨大的苏式鱼雷严重限制了“蜗牛”的反潜能力。

“黑鹰”系列直升机和“蜗牛”系列直升机都诞生于20世纪70年代,但是得益于美国先进的电子技术和计算机技术,常改常新的SH-60直升机仍然是世界先进反潜直升机的代表,受制于苏联/俄罗斯本来就不强的电子技术和苏联解体后俄罗斯的资金窘境,“蜗牛”一直还是那个“蜗牛”,并没有获得多大的改进,包括卡-31预警直升机也在一众“新人”的映衬下落后了。


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