在攻击直升机前景黯淡的如今,很高兴乎给我推这么一个问题,如果要我评价Ка-29的话,那我也许会说:
它他是Камов设计局的共轴技术真正走向成熟的标志,是苏/俄共轴舰载直升机机半个世纪多历史稳定运营的开创者。
浮于表面的评价不足以描述Ка-29或者说共轴技术在直升机技术发展方面带来的变革,所以我们至少需要一篇4000字左右的小文来充分认识这架杰出的直升机,下面就是Ка-29的“简单”故事介绍。
注意,资料基本都来自于俄文材料,作为俄文苦手,很多对本文而言并不太名词我就不擅自翻译了,本文也没有介绍一些在中英文网站上已经足够充分的Ка-29相关信息,闲话少说,请看正文。
为了提高苏联海军陆战队的战斗能力,苏联当局计划通过建造新的大型登陆舰(БДК)和开发一种两栖式的特种武装直升机来实现。Камов设计局(ОКБ Камова)应海军的订单于1973年开始设计Ка-29武装运输直升机。
值得注意的是,该设计局在1960年代末首次尝试设计用于陆军航空队的武装运输直升机。那时,为了参加国防部组织的竞赛,Камов的一支团队提出了一种装有滑橇式起落架的Ка-25F。这种直升机的武器包括一门带有400发弹药的23毫米移动炮,六个UB-16火箭弹发射器,六枚“Фаланга”反坦克导弹和各种口径的炸弹。尽管该项目得到了苏联空军研究机构的支持,但陆军航空队最终还是选择了另一个竞赛参赛者——Mi-24直升机。
Ка-29的设计和试验样机的建造是由主任设计师S. Фомин领导的,其助手是首席设计师G. Данилочкин。整个项目由设计局的首席设计师S. Михеев负责。1976年7月,该公司的首席试飞员/荣誉飞行员E. Ларюшин进行了Ка-29的首次飞行。1979年,Ка-29通过了国家测试,并开始在Kumertau航空制造联合体上进行批量生产。
Ка-29的设计目的是为了提高在水域进行空降作战的机动性和效率,摧毁水面和地面的装甲目标。此外,它还应负责从船上到岸上(反之亦然)运输货物和空降部队,并全天候提供火力支援。它的首批搭载舰艇是“Иван Рогов”、“Александр Николаев”和“Митрофан Москаленко”登陆舰。每艘舰可以搭载四架Ка-29,分别停放在这些登陆舰船头和船尾各两个的直升机停机坪上。
Ка-29直升机的设计
Ка-29是基于Ка-27反潜战斗直升机设计的。它从Ка-27那里继承了负载系统、减速器、动力装置、机身主体、底盘、飞控系统、液压、能源和燃油系统,以及飞行和导航复合系统。另外,它还配备了用于与陆军通信的无线电站:ARK-UD和“Эвкалипт”(有些系统于我这种俄文苦手实在难以翻译,直接用原名吧)。
直升机的机组包括飞行员和导航员/操作员,他们坐在相邻的驾驶舱中,与Ка-27相比,这个驾驶舱增宽了0.5米,并配备了可以抵御7.62毫米口径子弹的防弹装甲。发动机盖上的装甲板用于保护ТВЗ-117ВМА发动机的泵和调节器。全机防弹装甲的重量为350公斤。
为防止爆炸,油箱充填了聚氨酯泡沫,当它们的箱壁被弹片穿透时,其配备的带有自封合橡胶层的保护器就会起到作用,以防止燃料泄漏。此外,为了躲避红外制导导弹,它配备了发动机的排气冷却装置、光电干扰站和红外干扰弹。
在武器系统方面,Ка-29配备了СУВ-252武器控制系统。在飞行员工作位的仪表板上方的前挡风玻璃前安装了АСП-17ВК瞄准器,用于发射火箭、炮弹类型的武器。导航员/操作员的工作位置上有一个光学观察器(ОНП),用于发现和识别目标,并为反坦克导弹指引目标。在分工方面,飞行员负责操纵直升机和操作固定武器(如机炮);导航员/操作员负责使用导航系统导航,使用导弹武器,并操纵可移动的机枪进行射击。
Ка-29有两种使用方式:战斗和运输。
在战斗版本中,Ка-29的武器包括导控和非导控火箭、小口径火炮和轰炸武器。火箭和集束式武器挂在有四个悬挂架的外部支架上,这些支架具有桁架结构,其横梁对称地位于机身的左右两侧。在左侧靠近Ка-29的重心,固定式安装了30毫米口径的2А42机炮。
在运输版本中,直升机的前部有一个可移动的安装架,上面装有一个四管的9А622机枪,口径为7.62毫米。当机枪处于非工作状态时,它隐藏在一个“炮眼”里,由一个可移动的门封闭。机枪的总弹药数为1800发。在4.52米 x 1.3米 x 1.29米的运输舱内,可以运输多达16名全副武装的伞兵、四名平躺的伤员、七名坐着的伤员和一个医务人员,或者最多2000公斤的货物。在这种版本中,外部悬挂可以运输重达4000公斤的大型货物。Ка-29还可以配备一部可承载300公斤的救援绞车。
Ка-29 直升机在设计中采用了尽可能小的几何尺寸设计方案。为了在舰船上部署,它配备了一个可以折叠的主旋翼系统,以及一个专门设计的起落架,用于在摇晃的甲板上起飞和着陆。当主旋翼折叠时,它的尺寸几乎完全适合飞机的长度、高度和宽度。因此,Ка-29 在已经适用Ка-27直升机及其出口版本Ка-28的舰船上都可以直接部署。
Ка-29相比Mi-24的优势
这是Камов设计局设计的第一种既可以攻击海上目标,又攻击陆地目标的武装直升机。根据技术要求,Ка-29上装有与Mi-24V战斗直升机相似的武器系统。尽管Ка-29和Mi-24的起飞重量、发动机功率和武器系统基本相同,但两者在其他方面存在很大差异。
为了拿到足够的订单,Камов设计局需要证明Ка-29能够胜任攻击直升机的任务,成功完成对空降部队的火力支持任务。
数据分析显示,Ка-29在多个飞行特性上超越了专为军队设计的Mi-24战斗直升机,包括最大垂直起飞载重和垂直升限。在总体杀伤效果上,Ка-29的2A42炮的表现明显优于Mi-24V上的大口径机枪ЯКБ-12,7。
在阿富汗,由于Mi-24直升机的垂直升限较低,导致该机在高海拔和高温条件下起飞和着陆遇到严重问题。为了部分地弥补这一缺陷,苏联直升机专家给Mi-24加装了一个系统,该系统可以向ТВЗ-117发动机喷水,以短时间增加其功率。(注:原理是液体从周围空气中吸收热能,有效地降低了进气温度。由于进气温度较低,气缸每单位体积接收更多的氧气,这有助于增加马力和扭矩。)
Ка-29的在操纵方面进行了简化,结合该机的较低振动水平,有助于最大程度地减少飞行员瞄准时的误差,以及机炮射击和火箭发射时的初始散射。当时只有这种共轴旋翼飞行器才能够安装并成功使用具有固定瞄准轴的激光测距仪。而Mi-24未能实现这一点,因此不得不使用角度测量,这是一种精度明显较低的测距方法。
综上所述,与Mi-24相比,Ка-29的固定武器的打击精度提高了近一倍。
对于非直升机专业研究人员而言,Ка-29相对于Mi-24的这种优势可能有些难以理解,但这并不超出理论可以解释的范畴。在共轴直升机上,发动机的全部功率都输出给旋翼来产生拉力;同时,上下旋翼的反作用力相互抵消。因此,反扭矩补偿过程中没有直接的功率损失。
而在单旋翼的直升机上,发动机的一部分功率用于驱动尾桨,在当时的直升机上,这些功率损失约为12%。在Mi-24中,这些并不参与主旋翼的拉力生成,从这个角度而言,它们是纯粹的损失。仅仅基于这一点,Ка-29的飞行效率就比Mi-24高20-25%。
共轴双旋翼设计本质上为Ка-29提供了低振动的特性。这是由于上部和下部旋翼的振动叠加在一起,使得一个旋翼的振动波峰与另一个旋翼的振动波谷相互对应。此外,共轴直升机没有低频横向振动。据称,苏联专家早就发现直升机的横向振动会导致飞行员头部摆动,而这种摆动在Mi-24单旋翼直升机上是由尾桨造成的。正因为这些原因,Ка-29的瞄准误差更小。
Ка-29相比Mi-24的操纵差异
对于武装直升机来说,从飞行技术的角度看,机器的复杂性非常重要。操作简便的直升机在战斗机动性上更为安全,飞行员可以更好地操纵武器并更准确地打击目标。Mi-24的单旋翼与Ка-29的共轴旋翼在操控技术上存在显著差异。
在Ка-29上,操纵杆的移动会引起两个自动倾斜器(АП)的倾斜,这两个机构通过连杆紧密连接,并使旋翼桨叶在旋转时的安装角周期性地变化,这与Mi-24单旋翼上一个自动倾斜器机构的偏移方式相似。因此,两个旋翼的总空气动力矢量偏向指定的方向并有所调整。同时,两个旋翼的扭矩互相抵消,拉力的侧向分量则大小相等,方向相反。
Ка-29的两个旋翼的扭矩平衡、侧向力平衡和无尾桨设计,都为共轴直升机提供了空气动力学上的对称性。与带尾桨的直升机不同,共轴直升机在整个飞行速度范围内都不会发生侧滑。在机动过程中,尤其是在转弯时,带尾桨的直升机会由于尾桨产生的不平衡拉力而侧滑。共轴直升机没有这种伴生效应,从而在Ка-29上实现了机动过程中更高的瞄准准确性。
当在Ка-29共轴双旋翼武装直升机上踩踏踏板时,上下旋翼的总距会发生差异性变化(总距差动),这导致它们产生不同的扭转和反扭矩,从而产生特定方向的偏航力矩。同时,Ка-29的垂尾方向舵也会偏向所需方向。通过差动机制,一套旋翼的桨叶安装角增加,而另一个则减少相同的角度(其实有轻微不同)。这样,两个旋翼的总拉力保持不变,从而在机动时自动保持飞行高度。
在单旋翼的Mi-24上,踏板的偏转会导致尾桨的桨叶安装角变化,以及发动机之间的功率分配从主旋翼到尾桨的改变。这反过来会改变旋翼的转速和主旋翼的拉力,导致在机动时飞行高度的增加或减少。为了在Mi-24上在转弯过程中保持飞行高度,需要飞行员通过总距杆对主旋翼的桨叶安装角和发动机工作状态进行干预。
与共轴Ка-29不同,当Mi-24带尾桨进行转弯时,飞机会在所有三个轴线上产生空间受力不平衡,这需要通过操纵杆、踏板和总距杆进行协调的连续操作(现在有电传操纵飞控系统就没那么复杂了)。这一基本区别使得单旋翼Mi-24的驾驶技术相比共轴Ка-29复杂得多。
共轴双旋翼的独特能力在操纵偏航和转弯过程中,能够在发动机功率基本保持不变的情况下保持其总拉力不变,这为战斗型Ка-29相比于Mi-24在悬停和低速飞行机动中提供了特殊优势。这一优势在高温条件下,以及在高海拔山区条件下尤为显著。Ка-29的转向机动性优势能能够从海平面一直保持到其垂直升限(3700米)高度。
单旋翼的Mi-24带有尾桨,在其2000米的垂直升限高度上只能悬停,不能进行转弯。如果它要以共轴Ка-29的角速度进行转弯,按照米里设计局的说法,该机可以下降400-500米来实现。
在这个高度,如果其中一个发动机在飞行中故障,共轴直升机在进行踏板转弯时仍然保持与两个工作发动机时相同的机动性。对于带有尾桨的Mi-24来说,这是不可能的。
在共轴的Ка-29上,通过自动驾驶仪偏转总距杆会导致两个旋翼的桨叶安装角同时增加或减少相同的角度。由于发动机自动控制系统对燃料供应的作用,设备的动力系统功率发生必要的变化。旋翼的反作用矩保持平衡,直升机在空间上没有失衡。
而在Mi-24上偏转该操纵杆时情况完全不同。主旋翼的拉力变化导致其反作用矩的增加或减少,这反过来要求偏转偏航控制踏板来抵消这个矩。直升机在三个轴上失衡,需要所有操纵杆的协调偏转。试想一下,在这种情况下,如何将一个固定的瞄准标志对准目标,也就是说,如何依赖“稳定的”直升机机身平台进行瞄准?
在进行悬停和低速移动的战斗机动时,空气动力学对称的Ка-29比带尾桨的Mi-24受到风的影响较小。常规风况不会对共轴直升机进行踏板转弯施加额外的限制——这对于在船上起飞和降落也非常重要,特别是当船产生强烈的湍流空气流时,起飞和降落区域不断在飞行员的视野中摇晃。在苏联和俄罗斯的舰船上,长时间使用共轴直升机的经验证明,这种直升机在茫茫大海和极端风况条件下的起降力是想当出色的。
与此同时,单旋翼直升机的飞行实践中经常发生尾桨与障碍物(如树木、电线、建筑物等)以及服务人员的碰撞,这通常会导致严重的飞行事故和人员伤亡。这主要是由于直升机的气动布局中尾桨的不对称性,以及直升机在低速平飞时,其气动特性高度依赖于风速和风向。
Ка-29 是第一款能够在整个飞行速度范围内实现脚踏板(平面)操纵旋转的苏制直升机。而对于Mi-24,由于尾桨、传动和尾梁的强度条件,这是无法实现的。这样的战斗机动显然使Ка-29在当时胜过所有国内外的攻击直升机。
Ка-29 能在极短的时间内占据对攻击目标有利的位置,同时保持武器的高精度特性,这是空中狙击手的理想化状态。根据俄罗斯媒体的资料,同时有这两种布局直升机飞行经验的飞行员普遍都更赞赏Ка-29的操纵简便性和可靠性。
Mi-24 是一款杰出的单旋翼战斗直升机。当时,在所有性能参数上,它都超越了自1977年开始生产的美国攻击直升机 AH-1S “眼镜蛇”。因此,研发了Mi-24的莫斯科直升机工厂的设计师们被授予了列宁奖。
不过绝大部分俄罗斯直升机专家都认为Камов设计局研发的战斗直升机Ка-29成就更为突出。它的建造和测试经验使Камов设计局的设计师们认识到了自己在创建新一代武装运输直升机方面的能力,可以说Ка-29的成功促成了俄罗斯新一代武装攻击直升机的诞生,而这种新一代武装直升机在打击能力方面被认为超越了当时所有国外吨位相近或者任务应用场景相近的直升机——这种武装直升机就是随后出现的单座攻击机Ка-50 “黑鲨”。
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