农场怪物:波兰M-15农用机

农场怪物:波兰M-15农用机

M-15

M-15

LaLa-1

中国航空报讯:纵观航空史,总能发现一些称得上独一无二的飞行器。它们中有的诞生时所属的时代已经结束,比如马丁的“海霸王”;或者用途实在异想天开,比如诺斯罗普在二战后研制的空中撞击的飞机XP-79。其中就有一架飞机,它的设计起点就已经被政治因素所拖累,所以尽管设计团队做出了努力,也拥有很多项历史上的唯一,但最终也被取代,它就是波兰的M-15农用机。

政治家异想天开的起点

M-15设计需求并非来自波兰本国,而是来自华约的牵头者苏联。而且,尽管确实存在实际需求,但这个需求更多是政治性的。苏联的经过战争的锤炼,无论是设计还是大批量生产都获得了长足的进步,有能力满足农业对专业飞机的需求。苏联还有广袤的国有农场,仅依靠人工和地面作业机具已无法满足产量需求。安-2是苏联安东诺夫设计局于1946年设计的轻型多用途单发双翼运输机,这种外观复古的双翼机虽其貌不扬,但具有皮实耐用、对机场条件不挑剔、低空低速性能好、载重量大等特点,非常适合播种、杀虫等作业。它迅速批生产,并在苏联的农用航空中占据了重要地位,至今仍活跃于世界各地。到了20世纪70年代,苏联高层认为喷气机才是一切航空领域的未来,因此活塞发动机加上螺旋桨来驱动的安-2已经过时,需要一架喷气农业机来取代它,并在华约范围内推广。

当时苏联的设计部门和批生产部门精力都放在满足国内的军用和民用需求,将资源用于设计一款纯粹的农业飞机并不划算。而当时波兰已经在生产安-2的专用农业型号安-2R,也在自行研制专用农业机,所以将这种新农业机交给盟国设计生产,不但技术上可行,在政治上也是有好处的。

很有价值的前期探索

对于农业飞行而言,喷气动力绝对不是好选择。且不说喷气发动机的价格、复杂程度、对外来物的敏感程度,仅是更高的耗油率、更高的维护和后勤需求都与农业飞行任务相背离。简陋的机场条件、遥远且交通不便的作业现场、不充足的地面支援人员都是农业机必须要适应的作业条件。

为此,波兰-苏联设计团队首先用现有飞机改装出了Lala-1。Lala-1沿用了1架安-2的前机身和双翼,不但尽可能减少了工作量,也意味着无需重新设计喷洒系统。后机身和尾翼完全重新设计,由1架L-39“信天翁”喷气教练机的发动机安装在缩短的后机身内,再把一个明显向上偏转的桁架式尾梁连接到机身上,尾梁的最后端布置了新的平尾和双垂尾。喷气发动机需要的空气,则来自前机身侧面增加的进气口。至于明显上偏的桁架式尾梁和双垂尾,显然是为了避开高温的发动机喷流。可以推测,Lala-1的试飞结果证实了喷气农用机的可行性。与此同时,一个全新设计也逐渐成型,这就是后来的PZL M-15。

M-15农用机的具体设计思路包括以下几点。首先就是发动机的选择和布置。选择1台14.7千牛推力的AI-25涡扇发动机,相对省油也相对安静,这也缓解了喷气动力的劣势。此外,成熟发动机更便于获得备件,对于农业作业也是一个有利条件。相对Lala-1的侧面进气口,M-15选择背部进气口,最大限度地拉开进气口与地面之间的垂直距离,以避免地面作业时进气口吸入外来物。

其次是选择双翼构型。农业机必须具备良好的低空低速飞行性能,这意味着要在低速下获得足够升力。双翼布局在获取足够大升力的同时,还能将翼展控制到合理的程度。而且机翼设计按照功能分工,下机翼重点考虑布置喷洒设备并强化耐化学腐蚀能力,上机翼集中布置各种高升力装置来提高起降性能。背部进气道也迫使双翼之间的垂直间隔距离拉大,有助于降低两个机翼之间的气动干扰。

M-15上设计得最巧妙的部分是支柱式储箱。按照其他农用机的设计惯例,1个2900升容积的储箱(可携带2200千克干粉载荷)可以布置在机身内。但这意味着机身截面尺寸要按照能容纳这个储箱来设计,无法缩小尺寸。此外,机身储箱的设计不但要考虑与驾驶舱的隔离,还要进行耐坠毁设计,防止迫降或事故时因泄漏而威胁机上人员。而将储箱布置在两翼之间,也是个一举多得的好做法。其他一些特征包括:驾驶舱的位置相当靠前,前方的机头很短,而且机头的倾斜角度几乎与风挡相同,可改善飞行员的前/下视界。固定式的前三点起落架,都配用直径略大的轮胎,以适应农业作业所使用的简易机场的低等级跑道。

M-15机身狭窄而不长,1台AI-25涡扇发动机布置在机身顶部,喷口位于机身后端。上下布置的双翼,分别安装在进气道顶端和机身下部;下机翼翼展更短,位置略靠前;两个机翼均由平直中央翼和上反的外翼段组成;机翼之间连接着储箱和斜向支柱。储箱上表面的后端,向后延伸出双尾梁,尾梁末端各自布置1套垂尾/方向舵;双垂尾上端,安装平尾/方向舵;双垂尾延长到尾梁末端之下,形成面积相当大的下垂尾。固定式前三点起落架,主起固定在下机翼下表面,位置比储箱略靠内。从尺寸看,22.33米翼展比安-2更大,但12.72米全长与安-2基本相同,全高5.34米,机翼总面积64.5平方米。空重3090千克,最大起飞重量5650千克。作为喷气机,它的最大速度只有200千米/时,这甚至比安-2还低。正常作业时巡航速度为140~165千米/时,失速速度更是只有108千米/时,所以可以推测它的起降性能应该不错。不过,航程确实是短板,只有400千米,远不如安-2。

在完成了设计和原型机生产后,1973年5月30日,第1架M-15原型机首飞,9个月后第2架试飞原型机首飞。完成试飞后,1976年正式批生产。不过它的生产和使用都相当短暂,最初曾经规划过生产数千架去替代安-2,但这个想法很快就被证明不切实际。到1981年就停产了,此时总产量只有175架。从这个意义上说,M-15项目可以认为是失败的。

作为图波列夫的天才设计,安-2几乎是完美的农业用飞机。它飞起来对飞行员很简易,用起来不要求地勤经过严格的培训。它能轻易地适应最简陋的机场,也能装下体积不小的货物或多名乘客。它有庞大的产量,所以获取备件相当容易,它不但能去相当偏远的地点,也能在农场上空长时间作业。而对比起来,M-15的每个优点几乎就是它的对应缺点和不足。所以在停产之后不久,M-15机队就彻底退出了农业作业。