铁道游:前苏联航空工业兴衰记 (上篇)

众所周知,前苏联的航空工业在举国体制下,曾经经历过一段辉煌的历史。在二十世纪中叶,其所研制的战斗机,轰炸机,运输机和直升机与美国的各类飞机平分秋色达半个多世纪。许多航空记录,如最大最重的运输机安225和最大最重的直升机米26,至今仍然没有被打破。但随着苏联帝国和东欧集团的解体,前苏联的航空工业已是过眼烟云,辉煌不在。何日才能重整旗鼓,仍然遥遥无期。

其实,前苏联的航空工业早在解体之前,在研制第三代喷气式战斗机的过程中,就已经远远落后于美国和其他西方国家。

本文的目的就是要简要地探讨前苏联的航空的兴起,走过的辉煌,直至衰落背后的历史原因和社会背景。

从根本上讲,前苏联的航空工业兴盛并不以苏维埃政权的建立为起点,而是可以追根溯源到十七世纪后期俄罗斯彼得大帝的以学习西方为前提的改革。改革后的俄罗斯国力日益强盛,不仅仅使它走上了对外扩张之路,而且使它在文化科技各个领域也空前繁荣起来。文学巨匠托尔斯泰(Lev Nikolayevich Tolstoy)的作品<<战争与和平>>至今仍是世界各国人民喜爱的文学作品,作曲大师柴可夫斯基(Pyotr Ilyich Tchaikovsky)的舞曲<<天鹅湖>>经过一百五十多年后还常常回荡在我们的耳边。妇孺皆知的化学家门捷列夫(Dmitri Ivanovich Mendeleev)在化学界更是泰斗一般的人物,他发现的化学元素周期规律让化学作为一门真正的科学步入了科学的殿堂,同时也为后来的量子科学打下了坚实的基础。素有量子狂人之称的俄罗斯物理学家朗道(Lev Davidovich Landau)也出生于苏维埃政权建立之前,他在量子物理领域有许多的建树,并以凝聚态物理理论获得诺贝尔奖。朗道曾经因反对苏共而被打入大牢。

如果说上面的大师们和前苏联的航空工业没有直接的联系,那么下面两位科学家的科研成果就与苏联的航空工业有着直接和重大的影响。出生于1874年儒可夫斯基(Nikolay Yegorovich Zhukovsky)是俄罗斯流体力学的奠基者,被誉为俄罗斯航空之父。他创立的机翼环量理论对整个飞机机翼设计的影响一直持续到上世纪八十年代计算流体力学(CFD)诞生后。他于1921年去世,与苏维埃政权的交集只有短短的四年。另一位对飞机设计产生重大影响的是结构力学家铁摩辛柯(Stephen Prokofievitch Timoshenko)。他撰写了许多著作,其中两本<<材料力学>>,<<高等材料力学>>是结构力学专业大学生和研究生的重要参考书,是飞机机体结构强度设计的重要理论基础。铁摩辛柯出生于1878年,1922年流亡美国,1972年在美国离世。

自美国莱特兄弟于1903年进行了人类首次飞行后,俄罗斯也踏上了研制生产飞机的历程。正是在那些科学家建立的深厚的科研理论的基础上,俄罗斯很快就于1909年研制生产出两款双翼飞机加克尔三号(Gakkel-III,Jakow Modestowitsch Gakkel)和库达什夫一号(Kudaschew-I,Alexander Sergejewitsch Kudaschew),并完成了首飞。就在一年之后,即1910年,俄罗斯人罗辛斯基(Boris Iliodorowitsch Rossinski)在法国通过飞机驾驶考试,拿到了飞行驾驶执照,成为俄罗斯有史以来的首位飞行员。此后,他积极参加了俄罗斯航空工业的创建工作,被称为俄罗斯飞行之父。

1913年,俄国著名航空设计师西科斯基(Igor Ivanovich Sikorsky)研制的 S-6B“俄罗斯勇士号”四发巨型飞机在一个漫长的白夜中,由他亲自驾驶进行了首飞,成为当时世界上最大的最重的飞行器。西科斯基也是世界第一种直升飞机的设计者。他于1919年移民美国,1923年创立西科斯基飞机公司,和力学家铁摩辛柯一样,于1972年在美国去世。

1916年,米库林(Aleksander Aleksandrovich Mikulin)和 谢尔盖耶维奇(Boris Sergejewitsch Stetschkin)设计和建造了俄罗斯第一台航空发动机。当然,这台发动机是活塞式发动机。那个年代,喷气发动机的概念还没有诞生。

1917年,苏维埃政权全面接管了俄罗斯的领导权,顺理成章地也接管了航空工业,对其实行统一领导。在这特定的时期,举国体制的优势发挥出来了。1918年底,苏联建立了中央空气流体动力学研究院。此后数十年间,它一直是指导全苏联航空技术开发的权威机构和学术中心,包括空气动力学,材料,强度,飞机和发动机等许多部门。与此同时,他们对全国所有的航空企业进行了统一管理,航空企业开始迈上国有化、大型化的发展道路。

然而,与高度集中的国家航空管理体制辉映成趣的是,苏联航空工业的核心部分,各个飞机设计局和发动机设计局却走的是一条突出个人特性的道路,他们所有的设计局都以其创办人的名字命名。各大设计局也分别在二战中和二战后设计出许多著名的飞机而在航空界扬名立万,为苏联航空铸就了那一段辉煌历史。

在初期,苏联航空工业仅有两大设计局,以著名飞机设计师图波列夫(Andrei Nikolayevich Tupolev)领导的中央空气动力学研究院设计局,以及伊留辛(Sergey Vladimirovich Ilyushin)领导的中央设计局。但由于飞机种类非常之多,所以两家设计局一统江山的局面并没有维持很久,就衍生出按飞机类别划分的许多设计局。这些设计局都按创办人的名字命名,就连中央空气动力学研究院设计局和中央设计局也分别改名为图波列夫设计局和伊留辛设计局。

下面我们按各个设计局创办的年份为序,分别简单叙述它们设计出来著名飞机。

图波列夫设计局创立于1922年10月。之后不久,该设计局就于1924年设计出一款全金属飞机图-2。这款飞机可以载两名乘客,后期改装成轰炸机。之后图波列夫设计局就专门设计客机和轰炸机。1947年,在二战后期获得的美制B-29轰炸机的基础上,图波列夫设计局仿制成功图-4轰炸机。

1954年,该设计局进一步研发出用涡轮喷气发动机驱动的中型亚音速轰炸机图-16。这款飞机虽然不算世界名机,但因为装备了中国空军,被命名轰-6轰炸机,至今仍然在军中服役,所以英名犹在,为很多军机爱好者所熟悉。

图波列夫设计局出产过许多轰炸机,其中一款曾经震惊世界,即于1969年问世的图-22M超音速战略轰炸机,被西方国家冠名为逆火式轰炸机,听上去就极其吓人。它能够以两倍音速的速度进行突防飞行,令敌方的截击机难以拦截。它也可携带超音速导弹对敌方地面目标和大型舰艇以及航母发起攻击,甚至可以挂载装有核弹头的攻击导弹,其威慑力真的不容小觑。图-22M还有另一大特色是它的可变后掠角(专业术语,机身主轴的垂直线与机翼轴线之间的夹角,机翼越往后倾斜,后掠角就越大)的主机翼。在起飞和低速飞行状态,主机翼的后掠角处于20°, 而在近音速和超音速飞行状态下,则分别在60°和72°的位置。这样多个后掠角分优点是,在低速飞行状态上,可以提高机翼的升力,而在高速飞行时减小飞行阻力。

1980年,图波列夫推出了另一款更大的被西方命名为海盗旗的超音速战略轰炸机图-160。图-22M的最大起飞重量为126吨,最大航程7000公里,而图-160的最大起飞重量则提高到275吨,最大航程几乎提高了一倍,达12700公里,其打击力在冷战时期令人赫然。

但随着美军和北约国家的地面,舰载,机载防空导弹精度,速度和射程的极大提高,这两款曾经显赫一时的轰炸机随即黯然退出了人们的视线。

图波列夫的一款超音速客机图-144也曾让人耳目一新。它令人惊叹之处不仅仅在于它能够以超过音速两倍以上的速度飞行,而且在于它的外形和英法研制的协和号超音速客机有惊人的相似之处。它的可以升降的机头,可以收放的前置鸭翼,细长的机身,超大的三角形主翼,以及矮平的垂直尾翼,与协和号几乎一模一样,让人们怀疑它们是飞机的孪生兄弟。图-144虽然于1975年底投入运营,比协和号还早几个月,但还是有人怀疑是不是苏联人盗窃了英法的设计图纸。要知道,两款由两家独立研发机构研发的飞机有一处或两处相似已经很难,更何况这两型飞机犹如孪生一般。但在那个没有CAD辅助设计的年代,想盗窃那些成吨重的设计图纸几乎就是天方夜谭。那么究竟它们为何如此相像?

自从超临界机翼和宽体客机问世以来,亚音速客机的飞行速度已经接近音速,飞行成本大大降低,而超音速客机由于成本高,噪音大以及污染严重而彻底坠入历史尘烟,图-144和协和号为什么如此惊人地相似谜一般的往事已经再也引不起人们的任何兴趣。

冷战结束后,图波列夫设计局继续设计过几款运输机和客机,其中包括一款超音速客机图-444,意图重新振兴超音速客机市场,但没有引起市场的任何反应,设计项目也因缺乏经费而无以为继,图氏飞机随即彻底淡出了人们的视线。

伊留辛设计局创立于1933年1月,它设计定型的飞机被称为伊尔飞机。该设计局设计过许多军用飞机,其中最著名的要数双座强击机伊尔-2,于1941年进入军中服役,在整个二战中总共生产了36000多架,是整个航空史上建造最多的军用机型之一,也是军事史上最成功的强击机之一,被称为飞行坦克,或者飞行步兵。它最大的特点是它的超低空飞行的反坦克能力。它可以挂载600公斤各类炸弹和集束炸弹,并配备一门23毫米机炮和一挺7.62毫米的机枪。

为了增加其防护能力,设计者在它的驾驶舱,发动机和油箱周围装挂了厚达12毫米装甲, 德军的步枪,甚至机枪都很难击穿这样厚度的装甲。设计者还曾经一度学习德军强击机,在该机前部安装了高音扬声器,它产生的呼啸声被高速飞行的飞机的多普勒效应放大,变成尖锐刺耳的轰鸣声,对德军地面部队造成极大的心理压力。

伊尔-2是苏军在二战中损失率最低的战机。

伊留辛设计局不仅仅设计军用飞机,也设计过非常有名的客机。伊尔-62就是其中的典型代表。这款客机于1967投入运营,最大载客量186人,当时是波音-707的有力竞争机型,在东欧,中东,中国等国家和地区非常受欢迎。最显著的标志是它的独一无二的发动机布局,四台涡轮喷气发动机被两两分别按装机身尾部,而水平尾翼,既升降舵则只能放置在垂直尾翼上方。这样的四台发动机全部置于尾部的布局,是航空史上唯一的一次,前无古机后无来者。

这样配置发动机的优点是,发动机远离大部分乘客,产生的噪音对他们影响较小。另一方面,由于发动机离机身中心主轴比较近,如果一台发动机出现故障,其他发动机造成的偏轴力矩比较小,因此对飞机的操作负面影响也比较小。当然,这样的发动机布局的缺点也是明显的。首先,发动机靠后,远离飞机重心,所形成的力矩对飞机的俯仰操作产生负面影响。其二,发动机增加了后机身的重量,对飞机整体配平也造成困难,飞机一旦失速,就很难解除。

随着大口径的高涵道比的涡扇发动机的投入运营,以及飞机操作系统的日益完善,发动机的尾置布局彻底已在中大型运输机和客机上消失得无踪无影。

如今,我们再也见不到伊尔-62在空中飞行的身影,但作为一代名机,航空爱好者还可以在一些博物馆里窥探它已经被风雨侵蚀的机体。

继伊尔-62之后,伊留辛设计局还设计过一款更大的客机,伊尔-86。这款飞机于1980年底投入商业飞行,按当时新的流体力学理论设计的宽体双通道大型客机,最大载客量350人,其中的一个变型实验机的座位数达450,可以挑战刚刚问世的波音-747。

伊尔-86采用了常规的发动机布局,四台发动机配置于主机翼下方的四个吊舱内。它的问世,是欲与当时的空客A-300和麦道LD-10竞争(美国麦道飞机公司已与波音公司在1997合并,麦道客机从此绝迹民航市场)。但这时候,苏联航空工业后继乏力的迹象已经显露。由于计算流体力学的兴起和应用,西方国家已经研发出大涵道比的风扇发动机,客机的巡航速度和经济性得到显著提高。而苏联在这方面显出短板,没有及时研发出同样档次的风扇发动机,导致伊尔-86的航程极短,仅仅有5000公里,无法直接跨洋飞行,自然无法对西方同级别的客机形成真正的竞争。

如今,伊尔-86已经退出现役,但在它的基础上新研发的伊尔-96仍然有少量在俄罗斯运营。

继伊留辛设计局之后,苏联政府于1934年1月创立了雅科夫列夫设计局,注重发展军用飞机。它研发的飞机被命名为雅克飞机。雅克-1是该设计局最早设计的战斗机,配备一门20毫米的机炮和两挺12.7毫米机枪。它的起落架在飞行时可以收回,所以它的飞行时阻力很小,从而速度极高,使它成为二战时期苏军最优秀的战斗机。它的改进型号雅克-3曾经在一次对阵德军30架的空战中,创造了一举击毁其一半战机而自己毫无损失的战绩,令世人瞩目。包括后期改进的雅克-9型,该战机总共生产了16000多架。

二战以后,苏联从战败的德国人那里获得了喷气发动机的基本技术,开启了自己喷气式飞机的时代。由于苏联政府下达了研发出喷气式战斗机的紧迫命令,雅科夫列夫本人选择了走捷径的方案,以图迅速研制出自己的喷气式战斗机。他的设计局采用了经过实战检验的雅克-3作为基本机型,很快就于1946年4月设计出苏联第一代喷气式战斗机雅克-15,并进行了首飞,取得成功。而几乎同时问世的米格-9喷气式战斗机,由于采用全新的设计,虽然也成功首飞,但本身却带着在活塞式发动机时代预想不到的问题,比如,机炮射击时所产生的浓浓的烟气通过进气道进入发动机进而使其熄火。

所以雅克-15似乎在初期比米格-9更成功。但适应于活塞发动机的机身显然并不适用喷气发动机。首先,发动机喷口安装在机腹下,发动机喷出的高温燃气会熔化机腹下的铝合金。因此需要在机腹下加装耐高温合金钢,从而增加了飞机的重量。其次,喷气式发动机安装在飞机前部,和原来的油箱和弹舱位置重叠,给重新加油填弹造成困难。所以在雅克-15取得成功后,雅科夫列夫设计局后继乏力,彻底退出了苏联战斗机竞争序列。

雅科夫列夫设计局的另一款引人注目的飞机于1963年1月才姗姗来迟,雅克-36。这是苏联第一款垂直起落战斗机,用于实验与研究,仅仅建造了4架。但这款新问世的垂直起落飞机的发展并不顺利,它的后继机雅克-38于1971年才实现首飞,1976年在苏联航母基辅号上开始服役。

雅克-38的外形与当时风靡一时的英国鹞式垂直起落战斗机有几分相像,但其发动机布局却大为迥异。它配置了三台发动机,两台垂直安放在驾驶员座舱的后面,仅产生升力,一旦飞机起飞完毕进入正常飞行状态,这两台升力发动机随即关闭。主发动机在起飞时,两个喷口偏转向下,产生升力,同时在两主机翼下方和飞机尾部喷射出三股气流,以平衡飞机的状态。在正常飞行状态下,主发动机喷口转回到向后喷气的位置,三股平衡气流也随即关闭。

相比鹞式飞机一台发动机机既要担任全部升力又要产生推力的布局,雅克-38的发动机配置就相对简单,使飞机的可靠性大大提高。这一布局之后被美国的新型隐身战斗机F-35B参照。

苏联解体后,母舰基辅号被废弃,雅克-38也跟着走入历史。它的后继机雅克-141具有超音速飞行能力,但仅仅造了4架便被遗弃。

(待续)

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