金雕的传奇故事:俄罗斯战机的“前掠翼”技术源自何方?

金雕的传奇故事:俄罗斯战机的“前掠翼”技术源自何方?

俄罗斯“前掠翼”发展历程(上)

从“滑翔机”开始

提及“金雕”所代表的俄罗斯前掠翼技术,事实上可追溯的历史还是蛮远的。早在飞机诞生初期的1906年,著名飞行家杜蒙特的14号飞机上已经有了“前掠翼”的影子。至于苏联的前掠翼技术则可追溯到1933年左右,那一时期世界上普遍流行一种“滑翔机热潮”,而新生的苏联则更是如此,每年都有各式各样的“飞行大赛”。从中不仅走出了“雅科夫列夫”、“伊留申”等精英设计师,也积累了相当多的设计经验,“前掠翼”技术正是其中的一种。

飞行家杜蒙特的“14-Bis”号飞机,已经有了“前掠翼”的感觉

1933年,身为“ 茹科夫斯基中央空气流体力学研究院”一员的“别利亚耶夫”与苏联“滑翔机先驱”森科夫一拍即合,分别造出了两架滑翔机——BP-1和BP-2。其中BP-1外形还算正常,是一款飞翼布局的飞机。而BP-2则显得比较怪,即便见惯了各种“奇葩设计”的苏联人民,恐怕也是第一次看见有飞机的翅膀是向前倾斜的。以至于不少人都觉着它飞不起来。

BP-1和BP-2,就时代而言它们绝对称得上是“怪胎”

但之后在“科克捷别利”苏联滑翔机大赛中,BP-2不仅飞上了天,而且还展现了极优的低空稳定性和良好的可控性。或许由于天空中翱翔的BP-2,看起来确实有点像蝴蝶,所以苏联人当时称之为“蝶式设计”。那之后,别利亚耶夫还推出了改进版的BP-3,甚至还尝试了运输机方案。总之将设计师的才能发挥到了极致,并成功引起了“慈父”斯大林的注意。

AviaVNITO-3型飞机的一种方案:与后来的DB-LK相似,只不过将武器换成了乘客

之后,苏联航工委让“别利亚耶夫”基于自己的设计,研发一款“蝶式设计”的轰炸机,即后来著名的DB-LK。总的来说,DB-LK与之前设计的“运输机”类似,但尺寸上要更大一些。其翼展21.6米、长9.78米、高3.65米,机翼前掠5度42分。装备两台950匹马力的M-88发动机,最高航速488km/h,航程2900公里。可以携带6挺航空机枪和超过2吨重的炸弹。

1940年DB-LK成功首飞,尽管不无瑕疵,却还是堪称性能优异。但很快DB-LK计划就伴随着德军的入侵而宣告终止,因为前半场让人平推的苏联,将全部产能投入到已有装备的生产,尚犹恐不及。又哪里会有闲心去要造“反常理”的飞机呢?而入侵的德国人也很快就会知道,出来混总归是要还的。

看着似曾相识?但这是苏联R-1导弹(SS-1),一切都是德国战败后“还”回来的

来自德国的兄弟

时间来到1945年,“后期型”选手苏联对着德军一路反推,报仇的同时也捞到了不少好处。比如,德国还回来的黑科技——喷气式前掠翼战机——容克287(Ju-287)兄弟。由于当时V1号原型机已经被毁,所以苏军真正得到的是流水线上尚未完工的V2号和V3号,此外还有尚在计划中的后期型号图纸和研发小组的全部成员。

Ju287 V1号原型机(模型),应当是世界上第一款喷气式前掠翼战机

我们以V1号原型机为例,其长18.3米、翼展20.11米、高4.7米,使用4台喷气发动机,最高速度560km/h,航程1750公里。其余两兄弟与之相比,尽管外形上颇为相似,但数据上还是有相当差别的,其中最主要的是发动机布局。V1号采用的是4台发动机,其中两台置于机身,两台挂在翼下。V2号则采用了6台发动机,而且呈三角布局全部挂在翼下。V3号同样采用了6台发动机,但布局与V1号相似,两台置于机身,其余挂在翼下。

三架原型机的发动机布局,其中黄色的为翼下发动机,橙色的为机身发动机

难以克服的“自然之力”

之所以出现这样的区别,气动弹性发散是主要原因之一。由于前掠翼战机的翼尖靠前,在气动力作用下会扭曲变形,也就是说机翼会“上翘”。由于上翘所带来的机翼迎角增加会导致升力进一步增加,使机翼“上翘”的更明显,进而形成恶性循环。

气动弹性发散:一个逐渐“上翘”的恶性循环

在可承受的范围内,机翼的结构弹性尚能维持机翼稳定。但若超越限制,机翼的结构就会遭到破坏。所以V2号原型机采用了发动机全部下挂的方式,而V3号原型机则对机翼进行了改进,一定程度上解决“气动弹性发散”问题。

在NASA实验中被“折断”的机翼

1946-1949年间,苏联将缴获的原型机组装完成,还进行了一系列的试飞。得出的结论与DB-LK的试验结果相似,虽然前掠翼具备巨大的优势,但翼尖颤振和气动弹性发散问题仍难以解决。同一时期,苏联设计师塞宾在Ts-1系列验证机中也对相关技术进行了验证。

苏联Ts-1系列验证机,包括平直翼、后掠翼和前掠翼

Ts-1系列验证机共有三种,分别是平直翼的LL-1、后掠翼的LL-2和前掠翼的LL-3,据称LL-2验证的相关技术运用到了米格-15和拉-15身上。而LL-3的试验结论与之前两次并没什么不同。总之,苏联早期的“前掠翼”研究就此告一段落,至少在材料技术进步之前是不现实的。

不过,我们的“前掠翼”故事并不会就此结束!铁幕之下,美苏的冷战巅峰对决,把军事科技发展推到了空前的高度。很快!“金雕”就将逆风登场。