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米格的天空

发布时间:2013-04-24  原作者:晨枫   点击数:

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  47 年 10 月,拉沃奇金的拉-11 也研制成功。这是苏联最后的活塞式发动机螺旋桨战斗机,凝聚了所有战时的经验,堪称顶峰。在投产前夜,斯大林把拉沃奇金招来,询问他到底应该投产拉-11 还是米格-9。拉沃奇金告诉斯大林说,如果今天就打仗,应该投产拉-11,马上形成战斗力;如果战争一时半会不会爆发,米格-9 代表着未来。拉沃奇金的坦诚之言是对的,斯大林结果把拉-11 和米格-9 同时投产。

末代活塞式发动机螺旋桨战斗机 La-11

  米格-9 虽然速度快,升限高,但具备早期喷气战斗机的一切缺点,出动性、可靠性、机动性都很成问题。但米格-9 揭示了喷气时代的很多气动、操控、设计、制造上的特点,是苏联航空工业的里程碑。

  进入喷气时代后,过去螺旋桨飞机速度的玻璃顶板 800 公里/小时轻易就能突破,但 0.8 马赫以上的更高的速度似乎并不容易。这实际上已经是进入跨音速区了。尽管飞机的速度只有 0.8 马赫,但机翼上表面可以已经达到音速,阻力急剧增加。面对正在急剧进步的西方喷气战斗机的威胁,苏联空军提出了比米格-9 更高的要求。米格设计局面临着一系列问题:弹射坐骑,更大推力的喷气发动机和后掠翼。

  二战中战斗机飞行员逃生是自己打开座舱盖,从飞机里爬出来跳伞。喷气时代的速度大大提高,这样的逃生方法显然不再现实。在没有现成产品可用的情况下,米格设计局自己着手研制弹射座椅,并在米格-9 上进行试验成功。

米格-9 被用作弹射座椅的试验机。有意思的是,初期的弹射座椅没有专业的设计局,是米格自己设计的

罗尔斯·罗伊斯“尼恩”发动机,这是 40 年代末、50 年代初世界上最先进的喷气发动机之一。注意其进气口,看不见现代发动机常见的叶片。这是离心式压气机,靠把空气沿叶片的径向“甩”出去增压,单级增压比高,但不容易串联成多级达到更大的增压效果

  但更大的问题是发动机。苏联的喷气式发动机的研制工作开始的并不晚,但远远落后于英国和德国。当缴获的德国技术依然没能解决苏联的喷气发动机瓶颈时,航空工业部长克鲁尼采夫和飞机设计师雅可夫列夫向斯大林建议,向英国采购先进的喷气发动机。斯大林根本不相信英国人会出售这样的先进军事机密,据说曾亲口质问“那个糊涂蛋会卖给我们这样的机密”?但斯大林还是批准派米高扬、克里莫夫和基什宁前往英国,考察并商谈采购当时最先进的罗尔斯·罗伊斯“尼恩”和推力较小但尺寸也较小的“德温特”发动机。出乎意料的是,英国工党政府批准了出售罗尔斯·罗伊斯“尼恩”发动机的请求,于 46 年 9 月出售给苏联 10 台“尼恩”发动机,47 年 3 月再次出售“尼恩”和“德温特”发动机各 15 台。英国先进喷气发动机的到达对正在陷入困境的苏联喷气发动机研究机关是一个极大的促进,几天之内,英国发动机就被大卸八块,个把月后,克里莫夫仿制的“尼恩”(苏联代号 RD-45)就开始下线,供各大设计局用于新一代战斗机的研制。关于英国是否容许苏联按许可证生产,这一直存在争论,但罗尔斯·罗伊斯却曾向苏联索要2亿英镑专利费无果。

  为了达到更高的速度,航空界从两个方面入手,一是特别薄的翼型,另一个是后掠翼。后掠翼是德国气动学家 Adolf Busemann 在 1935 年意大利罗马的一次国际空气动力学会议上提出的,马上就引起了世界各国的注意。苏联的后掠翼研究开始得并不晚,在 30 年代已经开始了理论研究。在二战中的 42-43 年间,TsAGI 已经对各种后掠翼作了很多风洞研究。在 45-46 年间,TsAGI 还用火箭动力,设计了机翼后掠角可以在地面手动改变的研究机,取得了大量高价值的数据。但还是到大量缴获德国的研究成果后,苏联的后掠翼研究才走上高速发展的轨道,其中包括用翼刀解决后掠翼上表面气流展向流动的问题。后掠翼推迟了飞机接近音速时机翼上表面激波的产生,但和前进方向成较大角度的机翼前缘也使机翼上表面气流产生了较大的沿机翼的横向流动,而只有纵向流动才能产生升力,所以后掠翼带来一定的升力损失。翼刀是机翼上表面竖直的一块薄板,用于理顺气流,迫使上表面气流沿纵向流动,产生升力。翼刀本身产生一定的阻力,但不用翼刀,展向流动导致的升力损失需要用更大的机翼来补偿,将产生更大的阻力。另外一个问题是后掠翼的结构和重心。平直翼和机身的连接处通常在重心附近,后掠翼为了保持升力压力中心和重心的位置比较接近,机翼的连接处需要大大前移。由于机翼不仅要承受向上的升力,还要承受向前的扭力,必须大大加强中央翼盒结构才能保持刚度。在解决了一系列具体技术问题后,拉沃奇金勇拔头筹,47 年 6 月 24 日首飞的拉-160 后掠翼研究机成功地达到 0.92 马赫的高速。

拉-160 后掠翼研究机

  米格实际上开始的比较晚,在这时候还在忙于完善米格-9。但英国的新发动机一到手,米格立刻把两台“尼恩”装上一架图-2 双发轻轰炸机,研究其性能和特点。与此同时,雅可夫列夫将一台“德温特”装上全新设计的雅克-23,并迅速将其投产,不过很快就被后来居上的米格-15 取代了。

Yak-23,苏联早期喷气机的造型都大同小异

  在领教了米格-9 的喷气流给机尾带来的麻烦之后,米高扬对发动机前置不感冒了,开始研究英国流行的双尾撑布局,也就是在机翼中安装两台发动机,发动机短舱结构向后延伸成尾翼,类似洛克希德 P-38 或德哈维兰“吸血鬼”的样子。但这样不仅有 Me 262 的问题,还有尾撑结构的刚性问题,喷流与尾翼的不利交互作用问题,更严重的是,还有发动机维修、更换不易的问题。在喷气发动机可靠性不好的早期,发动机的维修和更换是一个不可忽视的问题。于是米高扬决定在保持米格-9 的基本的机头进气布局的同时,把发动机后移,喷口设置在机尾,这样喷流可以自由地射入空中,既减少喷气损失,也没有机尾结构被炽热喷流烧蚀的问题。由于机身结构紧凑、轻小,单台“尼恩”的推力就足够了。另外,连带尾翼的后机身可以整个地卸下来,便于发动机的维修和更换,这是额外的优点。

  尽管德国首先把喷气战斗机投入实战使用,英国在研制喷气发动机方面起步也很早。“尼恩”就是罗尔斯·罗伊斯在战后结合早期实用经验和德国的成果后,改进而成的,当然比当时苏联仿制的战时德国设计要先进。和德国的 BMW003 和 Jumo004 采用的轴流式压气机不同,尼恩采用离心式压气机。轴流式压气机像多极串联的电风扇,流量大,增加级数后可以达到很高的增压比,但每一级的单级增压比不高,压气机叶片和机匣之间的空隙容易产生高压气体的回流,影响效率。离心式压气机则像一个螺蛳壳,叶轮像勺一样兜起空气,在高速转动的离心力作用下,把空气“甩”出去,达到增压。离心式压气机的单级增压比高,但不容易多级串联以达到更高的总增压比。和轴流式压气机相比,离心式压气机很短,但直径较大。对于“尼恩”这样推力级别的喷气发动机,离心式压气机的效率更高,发动机的总重小,不失为一个先进的选择。但推力要求更高后,离心式压气机的缺陷就暴露了出来,现代大推力喷气发动机基本上都是轴流式压气机了。克里莫夫在仿制成功“尼恩”后,很快改进为 RD-45F,但大改后的 VK-1 把推力从“尼恩”的 2,274 公斤提高到 2,702 公斤,这成为米格-15 的最主要型号米格-15 比斯的动力。

第一代苏联昼间喷气战斗机家谱图

第一架伊-310 原型机,这是米格-15 的前身,外形已经非常接近最终的米格-15,座舱盖上有加强筋

修改后的伊-310,座舱盖上的加强筋已经取消

装备单天线雷达的 SP-1 号机,这是第一种装备雷达的米格-15

为了增加航程,米格-15 还进行了空中加油试验,但没有大量装备

米格-15 的座舱是 50 年代典型的样子,充满了圆形仪表

米格-15 的机体是常规的半硬壳构造

  新战斗机的代号为伊-310。研究工作紧锣密鼓地进行中时,米高扬把著名试飞员 Stepanovskiy 请来,Stapanovskiy 试图坐进座舱,但座舱为了最大限度地减小阻力而设计得很小,Stepanovskiy 竟然坐不进去。米高扬只好自嘲地说苏联空军往后都应该招小个子飞行员。当然,米格马上把座舱增大,不过还是谈不上宽敞。

  1947 年 12 月 30 日,伊-310 在试飞员尤加诺夫的手里首飞成功,试飞中没有发现重大问题。48 年 3 月,克里姆林宫决定将伊-310 命名为米格-15 投产,命令在 5 月 10 日前交付空军开始作战试飞。这个时限根本完不成,第一架米格-15 到 5 月 27 日才交付空军。空军只发现了一些小问题,比如尾喷管太长,建议截短 0.3 米,减少喷气损失,这形成了米格-15 独特的垂尾后半“悬空”的样子。保持垂尾位置是为了保持气动控制力矩。在原型试飞后整整一年的 48 年 12 月 30 日,生产型米格-15 首飞,49 年 1 月就交付新组建的国土防空军(PVO)使用。

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