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第十六章 后起之秀 第二次世界大战时期的军用直升机


  美国1925年移居美国的俄裔飞行器设计家西科斯基于1939年9月14日创造了不朽于人类航空史的杰出之作——VS300型实验直升机。该机机身由钢管构架组成,装一台75马力四缸气冷活塞发动机并采用了较先进的全铰桨叶。1940年5月13日完成15分钟的自由飞行,这一天被后人誉为“现代直升机的诞生日”。在其后为军政要人进行的精彩表演中包括了在6米见方的地面完成垂直起落、前飞与侧飞、爬升至150米高、自转下降以及利用绳索将四名士兵先后吊上机舱、并以吊着一网篮鸡蛋着陆而无一损坏作为压轴戏。充分展示了作为一架成熟的实用机型所应具备的种种性能。1941年5月6日,续航时间达到1小时32分26.1秒,一举打破了由德国的Fa61所保持的世界记录。VS300在1940~41年间,经历过18次重大改进,布局和构造发生了很大变化。最终将三个平衡尾桨精减为一个,并改装了半封闭座舱和两栖浮筒,而最有意义的是大大完善了它的稳操性,使直升机朝着实用化的方向迈进了一大步。
  VS300的成功引出了美国最早的实用直升机VS316。它的陆军型号是XR—4,试飞于1942年1月13日。该机桨毂采用全铰结构,装备165马力的R—500—3发动机,机头设并列双座座舱。它的试生产型是3架YR—4A和27架YR—4B。它们除用于首批乘员的改装训练外,还被派往气候严酷的缅甸和阿拉斯加进行环境试验。1942年5月,两名陆军人员经200小时专门集训后成为世界上首批合格的职业直升机驾驶员。R—4的批产型是R—4B,陆军航空兵(空军之前身)订购了100架,其中20架又调拨给海岸警备队,45架援助了英皇家空军,改称“悬停飞行者Ⅰ号”。美国海军的型号为HNS—1,曾用它们组成了一支完整的705中队。各型R—4共生产了130架。
  作为战时使用最多也是最早的一种军用直升机,R—4曾用于训练飞行、救生、伤员运输、舰载反潜巡逻等诸多方面。
  1943年,皇家海军曾派遣两架“悬停飞行者Ⅰ号”随一支由50艘商船组成的大西洋运输船队沿途护航,在风高浪急之中,于左右各摇摆达40度的船体上至少完成过一次起落。这在今天也是件难以完成的事。
  1944年1月3日,美海岸警备队的埃里克森中校驾驶HNS—1在风雪交加中越海飞行65千米,及时将血浆送到因驱逐舰爆炸而受伤的100名水兵手中,完成了直升机首次援救飞行。
  4月23日夜晚,陆军第一空中突击队的哈曼中尉勇敢地驾驶一架YR—4B从印度起飞,经多次地面加油并飞越1500米高的迪马普尔山脉,前往960千米以外的缅甸阿伯丁地区,分两个架次将四名盟军伤病员从敌后救出,这是直升机首次人员救护飞行。此后,哈曼与他的同事又进行了许多次同样惊险的战地飞行。
  在机降作战方面,曾有6架YR—4配备在皇家陆军的“第三印度师”内,它们参加了1943年春季在缅甸亚热带丛林中进行的空运行动。
  从1944年至45年,美国海军还利用装上了水面声纳仪的HNS—1随同护卫舰出海,执行过反潜巡逻任务。
  R—4系列直升机具备了完备的操纵特性;确立了尾桨式单桨(又称尾桨式单旋翼)的基本构形模式,并为直升机顺利跨入军事航空领域开创了先例。
  1943年,西科斯基又在R—4的基础上研制出尺寸更大些的2~4座的VS—327,也即R—5,主要用来海上反潜巡逻(但不具备攻击能力)。R—5试飞于8月18日,装备450马力的R—985—AN—5型发动机,总重2200千克。
  R—5A是皇家海军的反潜改型,而YR—5A和R—5A 同样也在美国陆军中服役,共计60架,主要用于战地救生(机身两侧外挂担架)和人员运输(载三人)。R—5B则成为战时性能最好的一种直升机。R—5D是带绞车的运输型,而R—5E为双操纵系统的教练型,R—5的最终改型是R—5F,R—5的美国海军型称H02S。1946年11月14日,一架R—5在1000千米航段上创造了107.25千米/小时的世界直升机速
  度记录。1948年,R—5改称H—5.
  与R—5并列开发的R—6与R—4属同一重量级,但却是经过优化设计的型号。它用225马力的水平对向汽缸0—435—7型发动机替下了以前的星形汽缸发动机。布质蒙皮改为应力铝蒙皮,半硬壳结构代替了陈旧的钢管承力构架,机头座舱用视界更佳的曲面玻璃加以密封,全机阻力大大下降。
  R—6在战时生产过225架,其中36架交付海军,改称HOS—1,用它组建了战后第一支实验飞行队VX—3。这被认为是美国海军技术史上一个重要里程碑。
  R—6的成功又衍生出同样大小,但却采用复杂得多的交叉式双桨布局的R—8双座直升机。凯烈特公司的这个型号为战后开发大型机XR—10作了技术铺垫。
  大战期间,西科斯基公司为军队先后提供了400余架R—4、5、6系列直升机,它们在美国陆、海军及海岸警卫队以及英国皇家空、海军中得到了实战考验。航迹遍布中缅印战区、大西洋和欧洲战场。
  到大战末期,单座小型双桨直升机R—9由G&A公司设计成功,但到出厂时已是战后的1946年3月。
  50年代著名的贝尔公司早在1942年就发明了适合小型直升机使用的一种旋翼稳定杆,它装在桨根处,与双叶旋翼的桨叶纵轴互相垂直。1943年8月21日试飞成功并列双座的贝尔30型尾桨式单桨直升机,并由此发展了贝尔—47。贝尔—47成为战后第一种获得美国民航局颁发的NC—1H适航证的商用直升机,并以世界第一种商业直升机的面目于1946年11月出现在亚历山大直升机航空公司运营的航线上。
  1944年,美国的赫拉公司虽也试飞过美国第一种共轴反转双桨直升机XH—44,还大胆采用了桨尖喷气驱动方式,但未真正投产。同年问世的小斯坦利·希勒的那架全金属共轴反转双桨直升机同样也没有获得军方订货。
  值得一提的是,由年轻的旋翼研究组织PV技术研究会设计开发的PV—2小型直升机试飞于1943年4月11日。它可折叠后装进汽车。PV—2的飞行表演令其风靡一时,同时也成为继VS300之后,美国第二个飞行成功、性能出色的直升机系列。美国希望利用它发展一种全新的纵列双桨大型运输直升机PV—3,经十三个月的努力,“XHRP—X”一号机于1945年3月试飞成功,成为当时世界上最大的直升机。经500小时地面试车和试飞,性能达到设计要求。1946年6月获首批10架的订货,同时改称HRP—1,绰号Rescuer。1948年开始交付海军与海军陆战队以及海岸警卫队使用。
  在旋翼机的发展方面,美国凯烈特公司在30~40年代中发展出KD—1和YO—60等若干种双座小型型号。有几架还在战场上充当过观察机的角色。但在这方面的成就,与直升机是不能同日而语的。
  英国
  英国在大战期间比较重视旋翼机的研究和应用。这方面的成就应归功于出生在西班牙的旋翼机之父——顿·休安·蒂·拉·西尔瓦。他早在1919年就取得了旋翼机的发明专利。
  1926年3月24日,西尔瓦在英国创办了自己的公司,其成功之作是有名的C·30型双座敞式座仓的轻型旋翼机,1934年底开始交付皇家空军所属的“陆军直接支援作战学校”使用,共计12架,取名为“旋翼Ⅰ”。有一架C·30和另一架C·19还首次参加了在西班牙内战的实战考验。C·30A
  成为在大战前夕组建的皇家空军最早的旋翼机部队——第529中队的装备,专用于雷达校准。据说还模拟过战时德军主力战斗机Bf109的超低空飞行的空中目标特征,并一直服役到战争结束。另一部分C·30A还充当过陆军的前线观测机。
  1941年,因战争需要,英军曾向民间征用过一批C·30和C ·40,它们在空军中累计飞行达1448小时。皇家海军则在1937年6月购入过5架双座C·40,用于海上作战试验。
  1938年6月7日,经W·3之后,英国威尔公司自行研制的W·5试飞成功,它成为英国第一种直升机。它的气动布局和德国的Fa61相似:机身两侧各有一具上举的用以支撑旋翼系统的支架。后来又出现了W·6直升机,后者试飞过100次,是一种尺寸放大的双座机,于1940多中止试验。
  由于得不到政府支持,西尔瓦公司关闭于1940年。后因美国直升机技术的飞速发展,才使英国人有所醒悟。1943年底,西尔瓦重操旧业,并拿出了他最新的也是最后的型号W ·9单桨式直升机。W·9试飞于1945年10月,它有一个全封闭的卵形透明座舱和一个长长的金属筒状尾撑,有趣的是旋翼产生的扭矩不是靠尾桨而是靠尾撑末端的喷气反作用力来消除。产生喷气的高压气源来自活塞式主发动机的强制冷却空气,并在输送过程中得到发动机废气的加温而获得膨胀。
  该原理与80年代研制成功的一些无尾直升机同出一辙。
  1943年,按E10/42技术规范要求,麦康姆公司发明了一种能往吉普车等装备物资上直接安装无动力旋翼及双立尾尾撑的Mk·3系统。能使商载在地面车辆或飞机牵引下,靠旋翼自转产生的升力升空滑翔,并准确机降。该系统使用后可从“商载”(如吉普)上卸下以备再用。它的昵称是“飞行吉普”。后因“哈米尔卡”和“霍尔萨Ⅱ”大型运输滑翔机相继服役,Mk·3系列终于没能真正进入现役。
  在大战中,英国军队正式使用的直升机均来自美国。
  德国
  战时,德国工程师道布尔霍夫在占领国奥地利的威那·诺依谢达公司研制成功一种喷气驱动的轻型直升机Wn342,总重640千克。严格讲,它是直升机和旋翼机的杂交产物。道氏构想独特,是用一台135马力的活塞发动机带动一台空气压缩机产生高压空气,再与燃料混合雾化后送入十米直径的旋翼桨尖处的喷嘴,经点火后喷射,直接驱动旋翼。当水平飞行时,主发动机与空气压缩机断开,全力驱动另一副推进螺旋桨,而让旋翼进入自转状态。当着陆时,整个工作程序只需逆转即可。德海军原打算将Wn342配备于潜艇上,用作空中警戒,但未实施。
  1927年,富雷特纳公司也曾研制过发动机功率仅20马力的小型直升机。1935年,又研制成功Fl184型旋翼机,1939年进而推出Fl185型旋翼/直升组合机。后者一副三叶旋翼靠机头内一台主发动机驱动。另在机身左侧伸出的小翼翼端设一推进式螺桨,在用于消除扭矩之同时附带产生前飞拉力,真是别具匠心。1939年5月,又试飞了F1265,它是一种同步驱动的并列双桨直升机,而且左右旋翼旋转平面互有重叠。效率虽有损失,但结构减重,全机减阻。有6架F1265进行了一系列的试飞,成绩良好。1941年6月完成首次自转着陆,不久,又成功地在某巡洋舰后甲板上作了舰面垂直起飞试验。Fl265最终虽未投产,但却用它开拓了不少新的技术。
  更为成功的型号是F1282“蜂鸟”号,它是战时最引人注目的德国直升机之一。采用了较罕见的交叉双桨布局。因此桨轴各向外侧倾斜12度,且前倾6度。桨叶采用钢管大梁层板蒙皮构造,机身中央装一台140马力空冷星形活塞发动机Sh14A。机身为钢管构架金属蒙皮,机头座舱也可改用透明材料替代蒙皮。除一名驾驶员外另可搭乘两名观察员。该机采用前三点起落架和小展弦比大面积垂直尾翼,操纵性能十分优良,甚至优于战后某些型号。F1282自1942年起少量配备在地中海及波罗的海的军舰上,用于反潜巡逻。其中包括从轻巡洋舰主炮塔上部临时平台上的起降试验,其试用结果令人满意。德军计划委托BMW公司生产1000架,后因时局变化而作罢。在已生产的22架早期型中,有3架在第40空运中队服役,用于敌后高级官员的营救作业。F1282的交叉双旋翼(双桨)技术,成为战后美国卡曼系列直升机的参考雏型。
  曾获航空史专家“世界第一种完全成功的直升机”美称的,是福克·武夫公司于1936年6月研制成功的Fa61(又Fw61),人们将Fa61的问世视之为直升机发展史上的一次飞跃。这种直升机在机头装有一台140马力的Sh14型发动机,机身两侧伸出的支架上装两副3叶并列旋翼。1937年5月,该机完成直升机史上首次无动力自转着陆。1938年2月,著名德国女飞行家汉娜·莱茜在仅仅熟悉了三小时后就驾驶着Fa61完成了精确的室内飞行表演。并在柏林德意志·兰特哈雷大型体育场连续绕场飞行十四个夜晚,引起了人们的广泛关注。凭借着汉娜高超的飞行技艺和Fa61可靠的飞行性能,此后Fa61又以平均时速68千米从柏林飞抵伦敦,创造了又一项飞行壮举。据一些军队飞行员反映,这种直升机即使在山丘地带飞行,也只需以一个手指触杆即可很方便地控制它,Fa61优异的飞行稳定性可见一斑。
  Fa61的成功,导致福克·阿哈盖里斯公司经放大的改型Fa223“龙”的问世,又名“风筝”。1940年8月,该机飞行成功。
  在Fa223钢管构架、麻市蒙皮的机身中段,装有一台980马力大功率BMW323D型发动机,一对并列旋翼直径各为11.9米。前机身用多块平板玻璃组成一个座舱,可容飞行员及射手各一名,在稍后的主机舱内,另可安排四名士兵或货物。该机还采用了前三点起落架和T形尾翼布局。军方对Fa223寄以很大希望,计划用于船队护航、侦察、布雷、空运、机降和山地联络飞行,曾订购1000架。后因工厂连遭空袭,实际只生产出11架(一说20架,但仅10架参加过飞行),累计飞行时数400小时。其中有3架在第40空运中队服役,有资料说明至少在1941~42年间在战场从事过吊运及伤员救护等飞行任务。
  1943年7月,德国最高当局和党卫军曾密谋利用它营救被囚于亚平宁山脉顶峰一家旅馆中的墨索里尼,因临时故障而未出动。战后,机组人员奉命驾驶Fa223首次飞渡英吉利海峡移交英国当局,此次飞行记录被载入吉尼斯大全。专为汉莎航空公司设计的6座客运改型称Fa266,但未投产。
  福克·阿哈盖里斯公司还利用DFS230A滑翔机的机身,改装过Fa225运输用旋翼机,试图利用自转下滑实现较陡航迹的准确机降。而Fa284则是另一种完全不同的巨型双桨吊运型直升机,与当今CH—64之类的“空中吊车”相似,所以只有一个构架式机身和孤立的驾驶舱,装二台2000马力的BMW801发动机,全重可达15吨,但未来得及制造出来。
  阿拉德公司曾向海军推荐过一种专供潜水艇携带使用的Ar231型单座小型两栖观察直升机,但实际推出的是另一种Fa330单座旋翼机。该机小巧轻便,旋翼直径仅7.3米,折叠后可收进潜艇舱内,使用时只需十分钟便可装配完毕,它用一根长300米的绳索牵引飞行在艇体后方海面100米上方,平均时速40千米,并拥有完备的三舵操纵系统。乘员通过一根电话线与艇长保持联系,可充当潜艇之耳目,但也同样没有来得及制造出来。
  1940年,德国人布鲁诺·纳格拉和奥地利人法兰兹·罗
  尔兹开始研制民用单人超轻型直升机,他们的处女作是NR55,发动机功率仅40马力。该发动机及一副微型螺旋桨既作为罕见的单叶旋翼的配重,也作为直接带动旋翼旋转的动力装置而被安装在桨叶另一侧的桨根位置。全机重349千克,曾作过室内垂直起落飞行。NR54是更轻便的型号,净重84.2千克,便于人力搬运,它的旋翼仍采用上述方式驱动,但已改用正常的双叶桨,故发动机也采用两台。最高时速80千米,垂直爬升速度146米/分。战后曾运往美国试验,是单兵直升机的鼻祖。
  前苏联
  在前苏联,尤里耶夫院士是一位建树累累的直升机专家,他在这方面的试验研究可追寻到本世纪之初。1928年,另一位直升机设计师卡莫夫率先研制成功苏俄第一架旋翼机,但第一架直升机则诞生于1930年,它就是中央流体力学研究院(hH[F)的“1—3A”型。切廖莫欣驾驶它完成过一系列试验飞行,并在1932年8月创造出605米的直升机升限世界记录。
  1—pA在苏联航空史上占有重要的一席之地。后来问世的还有3—pA和5—pA等,都是无蒙皮的构架式结构双尾桨单桨试验型直升机。1938年问世的双座舱身式11—pA使前苏联的直升机技术朝前迈进了一大步。该机采用630轴马力的美国产“征服者”发动机,由两副变距螺旋桨(而不是尾桨)产生抗扭矩力矩并承担过渡到平飞后的水平拉力。1940年10月,11—pA自由飞行成功,成为世界上最早的复合式直升机,这些成就,主要是由布拉图欣取得的。
  从1929年到1937年的战前八年中,旋翼机成为苏联非固定翼飞行器的主攻方向,先后试验过从A—4到A—15以及2—pA等型号的旋翼机,其中的A—12最高时速可达300千米,升限7000米,成为战前性能出众的优秀旋翼机型号。在不间断的科研试飞中,积累了丰富的设计与飞行经验,也为战时和战后发展直升机作出了贡献。这些型号的施翼机虽然都属于试验机种,但其中的A—7—3A在卫国战争中曾为重型火炮作空中校射并在夜间出入于敌后,后来的直升机大师米里就在当时的部队中任机械师。
  在战前近十年中,前苏联却只发展了三种不太成熟的直升机型号。1940年1月,尤里耶夫和布拉图欣携手组建了一个新的设计局,专事直升机的研制。第一个型号为2~MO“奥米加”,这是1940年试飞的并列双桨直升机。装二台220马力空冷发动机,起飞总重2050千克。“奥米加”首次借助于独创的自动倾斜仪达到了操纵自如的目的,这对于现代直升机的进步作出了重要贡献。在系留飞行之后,因战争爆发,就没有作进一步的发展。
  改装330马力M[—31]型发动机的[—3型直升机的飞行速度达到了170千米,是苏军最早的实用型号。试飞时即被陆军订购5架。战时虽造出数架,但未发现战场使用记载。
  其改进型是[—4,它们都成为战后发展J—5到J—10直升机的技术基础。
  从1944到45年初,雅科夫烈夫设计局研制出苏联第一架共轴反转双桨直升机,升限180米,时速60千米,为战后一系列共轴布局的卡莫夫型直升机的大发展提供了技术储备。
  中国
  中国在抗战时由中央航空研究院开展过有限的直升机理论研究。1944年,清华航空研究所又在大后方的昆明从事过直升机的研究,并有论文发表。战后的1948年,中国第一架直升机“蜂鸟”甲型由朱家仁研制成功,后又有乙型,都属于单座全封闭机舱的共轴反转双桨直升机,技术起点是不低的。
  法国在战时被占领法国的SNCASE公司,于1944年研制成功SE700型全金属双立尾前三点布局的旋翼机一架,经小批生产后用于邮政飞行。布烈盖公司也在30年代设计试验过几种共轴反转直升机,但均属试验性质。
  日本
  日本的萱场工业株式会社战前从英国引进了C·30旋翼机技术,并在1941至45年间生产出240架,成为战时产量最多的非固定翼飞行器,它在日本陆军中称作“ヵ”号观测机。
  曾在菲律宾战场用于弹着点观察、沿岸反潜等,并曾搭载于陆军的航母兼运输舰“秋津洲丸”上,用于船队护航。后又计划改成装填60千克炸药的无人驾驶特攻旋翼机,但未见进一步报道。
  二战中得到实用的几种军用直升机的参数见表16—1。
  

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