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鹤之旅——苏霍伊设计局传奇

发布时间:2013-04-25  原作者:   点击数:

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  1987 年 9 月 13 日上午 10 点多,北大西洋的巴伦支海上空,一架挪威的 P-3B 海上巡逻机正在靠近苏联的领海线附近作例行的情报收集飞行。突然,一架新颖的大型单座双发双垂尾苏联战斗机高速逼近,要挪威 P-3B 离开。双方在猫抓老鼠般地游戏一番后,苏联战斗机突然贴近挪威 P-3B 的下方,然后突然加速拉高离去。在一片巨大的金属碰撞声和剧烈的震动中,挪威 P-3B 的一号发动机(右舷外侧)螺旋桨被打坏,发动机舱被苏联战斗机的一个垂尾像刀割一样地拉了一条大口子。挪威 P-3B 在机组人员的一片惊呼中疯狂地掉高度,直到离海面不远的高度才最后稳住,在关掉一号发动机后侥幸安全返航,无人伤亡。这是西方第一次得以见识 20 年后依然是俄罗斯空军第一主力的苏-27 战斗机。苏-27 在苏联和俄罗斯被亲昵地称为“鹤”,因为其独特的略略下钩的机头,像埋首振翅的仙鹤在飞。

西方第一次看到苏-27 是在 1987 年 9 月 13 日北大西洋的巴伦支海上空

显然这是一架与以前所有苏联战斗机迥然不同的先进战斗机

苏联飞行员特意炫耀地亮出全副武装

苏联飞行员的眼睛像钢铁一样冰冷,令人不寒而栗

在一片金属的碰撞声和机组的惊呼声之后,一号发动机受损停车,机长好不容易才重新控制住飞机。不过这张图里不容易看出发动机舱被拉的一条口子

  如果说苏-27 是帕维尔苏霍伊的设计局的顶峰制作,恐怕并不为过。这只美丽的仙鹤振翅的艰难历程,或许就是苏霍伊设计局的艰难历程的写照。

帕维尔

  虽然航空工业在沙俄时代就已经播下了种子,但成为体系的苏联航空工业是在第一次五年计划(实际时间是 4 年,从 1928 到 1932 年)中开始的。由茹科夫斯基缔造的中央流体力学研究所(TsAGI)成为新生苏联航空事业的井冈山,属下的飞机设计局由安德烈·图波列夫领导,云集了苏联的航空荟萃。以后图波列夫从 TsAGI 分了出来,和尼古莱·波利卡波夫的团队成为苏联最早的两个飞机设计局,图波列夫主持包括运输机和轰炸机在内的大型飞机设计,波利卡波夫主持包括战斗机和轻型多用途飞机在内的轻型飞机设计,但两者也有交叉。西班牙内战期间,机动性特别优秀的波利卡波夫设计的伊-15 以历史上最出色的双翼战斗机著称,伊-16 则具有较高的速度和爬高,适用于截击轰炸机。但在面对技术上远为先进的梅塞斯密特 Bf 109(也称 Me 109)战斗机时,苏联战斗机的差距是显然的。苏共中央迅速决定,大力扩充航空工业,从原有的两个设计局中抽调力量,组建新的设计局,苏霍伊设计局应运而生。

帕维尔·苏霍伊

苏霍伊设计局的局徽

莫斯科帝国技术学院是苏霍伊学习的地方,后称鲍曼工学院,现鲍曼技术大学。主楼和清华的主楼很像啊

  帕维尔·苏霍伊与 1895 年 7 月 22 日出生在白俄罗斯的一个小村庄上。在第一次世界大战前,他正好进著名的莫斯科大学数理系学习,但很快转入莫斯科帝国高等技术学院,这是他梦寐以求的地方。不过苏霍伊在这里只读了一年,就应征入伍,卷到第一次世界大战这个巨大的绞肉机中去了。在彼得罗夫士官学校一年速成之后,苏霍伊被派往西北前线,两年后最后晋升到团里机枪连长的副官。

  十月革命后,苏霍伊依然留在军队里。1920 年时,由于健康原因,苏霍伊从军队复员,回到莫斯科高等技术学院继续学习。还是老地方,但去掉了帝国的字样。这就是后来的莫斯科国立鲍曼工学院和现在的莫斯科国立鲍曼技术大学。1925 年时,一边读书一边在著名的中央流体力学研究所(TsAGI)里做制图员的苏霍伊毕业了,毕业论文导师就是安德烈·图波列夫,题为《300 马力的单座战斗机》。一毕业,苏霍伊就到 TsAGI 担任设计师。

  TsAGI 不仅从事空气动力学研究,还涉及水动力学研究。在图波列夫时代,苏霍伊不仅参加了很多重要的飞机设计,还参加设计了海军的鱼雷艇,一些型号一直服役到战后的 50 年代初期,但苏霍伊的志向在天上。

ANT-5 是苏霍伊参加设计的第一架飞机,年轻的苏霍伊负责发动机框架的设计和原型机的组装

ANT-5 战斗机的名气不是打出来的,而是作为子母机的“儿子”飞机。在 30 年代时,这样的子母机简直就是疯狂,但苏联人做到了

这张模型图较好地显示了 ANT-5 比上翼短得多的下翼,这样的设计兼具单翼和双翼的特点

  苏霍伊很早就展露了飞机设计上的才华。20 年代初期,苏联空军要求图波列夫设计局提交一架新型战斗机的设计,图波列夫立刻主持了 ANT-5 的设计,ANT 是安德烈·N·图波列夫的缩写,年轻的苏霍伊负责发动机安装框架的设计和总装的工程事宜。这是苏联第一架全金属战斗机,性能先进。虽然依然是双翼,但下翼翼展只有上翼的一半,可算是较为奇特的“1.5 翼”飞机,兼具单翼和双翼的特点。

  苏联空军对 ANT-5 十分满意,将其定型为伊-4 战斗机,投入批量生产,苏霍伊作为设计局的技术代表,被派往红十月飞机厂监督飞机的制造。这也是苏联航空技术思想高度活跃的年代,近乎疯狂的子母飞机概念就是这时候提出的。也就是说,由航程较远的重轰炸机背负轻小战斗机,轰炸机为战斗机增加航程,战斗机为轰炸机提供保护,或者冲锋陷阵抵近攻击危险目标。图哈切夫斯基对这个构想非常赞赏,责成大力研究,伊-4 作为和 TB-1、TB-3 重轰炸机搭档的战斗机,也在这个项目内,并作了试飞。试飞中,TB-1 左右两翼各载一架伊-4,一架成功地分离起飞,另一架在分离过程中过程中和载机轻微碰撞,但最后所有飞机都安全返航。子母飞机的计划最后由于技术上太超前、实用性不足而取消。战斗机的航程得到增加,但轰炸机的航程大大缩短,起飞分离的动作太复杂,不适合一般的作战飞行员使用。伊-4 还作过挂载 75 毫米无后座力炮的试验,试验中一门炮炸膛,计划取消。

  在图波列夫时代,苏霍伊还参与过 ANT-13/伊-8 截击机、装备 105 毫米无后座力炮的 ANT-29 双座战斗机、ANT-31/伊-14 战斗机。有意思的是,尽管新生的苏联处在帝国主义的围追堵截之中,早期苏联战斗机经常使用从西方进口的发动机。伊-4 使用英国的朱庇特 II 发动机,还有计划使用德国 BMW VI 发动机的,但只有 50 架。伊-14 使用美国莱特的龙卷风 F2 和 F3 发动机。当然,量产后,基本上还是采用国产化的进口设计发动机,是不是按照许可就只有天知道了。

机翼特别细长的 ANT-25 好像滑翔机一样,所以可以最大限度地节约燃油和增加航程,缺点是速度较低,起落控制也很不容易

机翼蒙皮原本是波纹板,为了减小表面积和摩擦阻力,外敷漆布

  但苏霍伊的名气开始真正开始于 ANT-25。1931 年,伏罗希洛夫建议研制航程达 13,000 公里的超远程飞机,图波列夫开始初始设计,但委任苏霍伊主持具体设计。设计在 1932 年完成,TsAGI 提供了理论计算和技术支持。这是一架全金属、单发下单翼的飞机,机翼特别细长,翼展比机身还长 2.5 米。巨大的翼内油箱使 52% 的起飞重量为燃油,极大地增加了航程。巨量的翼内燃油也降低的翼载,便于空出机身内的容积,用于装载人员和货物。但是展弦比高达 13.3 的大翼展导致了结构颤振问题,不加以妥善处理,会造成机翼结构散架。但 30 年代时,颤振理论十分粗糙,只知道颤振和速度有关,为了保险而一味降低速度不是个办法,但什么样的机翼在什么速度下会发生颤振并不清楚。负责气动理论保障的 TsAGI 有两条途径,一是制造一个 ANT-25 的机翼,在风洞里实测。这样的结果可靠,但成本高,对未来设计的指导意义不大。第二个途径是理论分析,建立完整的颤振理论,从理论上根据翼型、翼展计算颤振速度。TsAGI 冲破了困难,在米斯梯斯拉夫·凯尔迪什的领导下,最终成功地建立了颤振理论,成功地预估了颤振速度,解决了 ANT-25 的机翼气动问题。

  克服种种技术困难后,ANT-25 终于在 1933 年 6 月 22 首飞,但试飞结果表明,速度和航程都低于设计指标。仔细分析后,发现原因在于波纹金属板的机翼蒙皮。使用波纹板可以增强刚度,但波纹板大大增加了表面积,增加了摩擦阻力。于是机翼表面用涂漆的麻布覆盖,既不增加太大的重量,又解决了阻力问题。第一次正式飞行是 1934 年 6 月 30 日,由格罗莫夫和费林掌舵,领航员是斯佩林,从莫斯科起飞,在西伯利亚的一个名叫科比的小村降落,航程 4,465 公里,历时 27 小时 21 分钟。7 月 24 日,格罗莫夫的机组再次远航,成功地从莫斯科不着陆直飞远东的阿穆尔-尼古拉耶夫斯克(庙街),航程 6,559 公里,历时 39 小时 1 分钟。在莫斯科起飞时,跑道终端有一个水泥跳板,就像现在“库兹涅佐夫”号航母一样,帮助飞机起飞。格罗莫夫因此获得苏联英雄的称号。

  受到格罗莫夫远航的鼓励,试飞员、苏联英雄莱万涅夫斯基提议跨越北极直飞美国,重工业人民委员奥尔忠尼启则直接命令苏霍伊负责试飞事宜。1935 年,莱万涅夫斯基和另外两名飞行员试图从苏联本土直飞旧金山,但飞行 2,000 公里后,在白令海峡上空发现发动机漏油,只得返航,在诺夫哥罗德降落。副驾驶发现漏油停止了,建议继续飞行,但莱万涅夫斯基对单发飞机飞越北极产生怀疑,最后还是放弃了。此后曾有打算将 ANT-25 改装成双发,但无果而终。

  另一个试飞员契卡洛夫给斯大林写信,建议恢复直飞美国。斯大林建议在苏联境内横穿飞行,于是莫斯科到堪察加半岛的彼得洛巴甫洛夫斯基的航线诞生,也称斯大林航线。苏霍伊在一号机的经验上,对二号机进行了很大的改动,TsAGI 理论计算表明,航程将增加 8%,升限增加 400 米,3,000 米以上的爬升率增加 7%。苏霍伊还使得 ANT-25 可以在水面上作经济降落,必要时可以将机翼内的燃油放空一些,启动紧急气囊,增加浮力。

  1936 年 6 月 20 日,契卡洛夫机组完成了斯大林航线的壮举,三人都因此获得苏联英雄的称号。这次超远程飞行也暴露了飞行中的结冰问题,TsAGI 为此研制了除冰装置。契卡洛夫的 ANT-25 参加了著名的土希诺空中表演,受到人们的热烈欢呼。飞机还在 1936 年 11 月前往巴黎,参加巴黎航展,向世界展示苏联的航空成就。

ANT-25 跨越北极的壮举为苏联赢得了极大的荣誉和尊敬

  但 ANT-25 最辉煌的时刻在莫斯科时间 1937 年 6 月 18-20 日,契卡洛夫机组驾机穿越了北极,从莫斯科直飞美国俄勒冈州的波特兰,航程 9,130 公里,历时 63 小时 25 分钟。,其中很大一部分是没有地标和地面导航的盲飞。三个星期后,格罗莫夫机组再飞美国,这一次直达加州的 San Jacinto,航程 11,500 公里,历时 62 小时 17 分钟。这个纪录一直到 1946 年末才被打破。

  苏联空军当然不会没有注意到 ANT-25 的航程,但 ANT-25 像有动力的滑翔机一样的设计使速度很低,装载人员和武器的能力很小,所以没有太大的实战价值,只造了 20 架命名为 DB-1 的轰炸机就停产了,也没有正式列装。当然,20 年以后,有动力滑翔机的概念在 U-2 侦察机上得到成功的应用,再过 30 年,同样的概念才在苏联复活,可惜米亚西斯切夫 M-17 生不逢时,正好撞上了苏联解体,不过这是后话了。

  在 ANT-25 之后,苏霍伊还设计了双发的 ANT-37,空军代号 DB-2。设计航程 5,000 公里,载弹量 1,000 公斤。1935 年 6 月 16 日第一架飞机下线,但在 20 日的试飞中,由于制造过程中的失误,飞机坠毁,飞行员和随机工程师侥幸逃生,但随行的技术员不幸身亡。这也是一个航空技术飞速发展的时期,空军的要求与时俱进。二号机虽然最后成功试飞,但载弹-航程已经不再能满足空军的要求,没有投产。不过苏霍伊将 ANT-37 改装为创纪录的运动飞机,由全女子机组创造了女子航程纪录,全程 5,908 公里,历时 26 小时 29 分钟。

  由于苏霍伊出色的成就,他在 1938 年升任图波列夫设计局的副总设计师。

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