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為什麼這架轟炸機會有兩層扇葉?

法律顧問:趙建英律師

圖-95戰略轟炸機,是由蘇聯圖波列夫設計局於1951年研製的一款驚世之作,它是當時唯一能和美國B-52戰略轟炸機相匹敵的戰略轟炸機,且服役至今。它最大的設計特點就在於它發動機上的兩具同軸反轉槳葉,並採用4台NK12型對轉渦輪螺旋槳發動機。

圖-95的最大起飛重量接近200噸,設計上採用後掠機翼,搭載4具庫茲涅佐夫NK-12MV型渦輪螺旋槳發動機,單台額定功率11000kW(14750軸馬力),可讓圖-95最大速度達到870公里/小時。由於發動機功率太大,在槳葉直徑和轉速無法提升的前提下。工程師只能另闢蹊徑,安裝了一副AV-60四葉同軸反轉螺旋槳。


「同軸反轉螺旋槳」(Contra-rotating Propellers),這是渦輪螺旋槳發動機中特有的一種類型,它和普通螺旋槳最大的不同便是發動機上有兩組並列轉動的螺旋槳,而且兩組螺旋槳轉動的角速度方向相反,圖-95憑藉這種獨特的設計從1960年起便保持螺旋槳式飛機速度記錄。

該螺旋槳具有一個很大的優點:兩組螺旋槳反向旋轉,互相之間抵消了扭矩,飛行員無需在飛行中通過調整副翼來對螺旋槳的扭矩效應配平。

但是注意的是,共軸反槳結構並不能提高工作效率,一台共軸反槳結構發動機產生的推力效果,要遠遠低於兩台一半功率的單層螺旋槳發動機的推力!因為前一層螺旋槳打散了氣流,後一層螺旋槳工作效率會大大降低!

而之所以會有這種結構螺旋槳飛機出現,是因為這種結構可以突破單層螺旋槳的極限。螺旋槳飛機增加推力的方式,只能是增加螺旋槳轉速和增大螺旋槳直徑,這樣螺旋槳槳葉葉尖的速度也就不斷提高,但是這個葉尖速度是有極限的,那就是不能超過音速!一旦達到音速就會產生音障和激波,可以輕易的打斷螺旋槳槳葉。

NK-12型發動機的性能十分特殊——其渦輪部分只向螺旋槳輸出發動機總功率的1/3,另外2/3的功率則以噴氣形式產生推力,實際上圖-95在750公里/小時以上速度巡航時,螺旋槳已經處於「順槳」狀態,否則槳尖會提前產生激波阻力。

所以不管怎麼設計,單層螺旋槳產生的推力是有極限的,要想突破這個極限只能再安排一層,共軸反槳,那怕工作效率下降。這種設計在噴氣機時代早期應用較多,比如說英國的世界上最丑的飛機--塘鵝反潛機。

但是這種設計齒輪組傳動結構複雜,噪音大(圖-95是唯一一個可以被浮標聲吶發現的飛機),當圖-95的速度達到750公里/小時,螺旋槳槳尖的速度已經超過音速,產生持續音爆並橫向傳播開來,因而噪音相當驚人。

而且反轉螺旋槳設計使槳尖音爆非常密集,引發的機身震動經常誘發電子設備故障。甚至有傳言說美軍潛艇在水下就能通過聲吶監聽到從頭頂飛過的圖-95。所以在噴氣式發動機成熟後,這種設計基本上取消了。

而圖-95之所以採用這種結構,主要還是被航程給逼得,跟美國在歐洲可以用大把空軍基地不一樣,前蘇聯要想炸美國要困難的多,對航程要求大,而螺旋槳比較省油。

不過,美國和北約其實都低估了圖-95的升限和最大航速,其原本以為升限是9000米,最大時速是580公里左右(這一判斷是基於螺旋槳工作的極限判斷的)。但是沒想到圖-95還有渦噴模式,這種模式下,螺旋槳不產生推力,自由轉動,全靠發動機當做渦噴發動機一樣工作,這種模式下升限可以13000米,時速900到1000公里(不同型號有所不同)。

圖-95轟炸機經過重大改裝的圖-126「苔蘚」(Tu-126「Moss」)成為蘇聯的首架空中預警機,圖-95的民用版仍保持著渦輪驅動飛機的世界最高速度870公里/小時,這項紀錄自1960年以來一直未被打破過。人類歷史上威力最大的人造爆炸裝置1961年蘇聯測試的沙皇核彈,也是一架改裝後的圖-95投擲的。

20世紀50年代以來,蘇聯一共生產了500多架圖-95,其中至少55架改裝版仍在俄羅斯空軍服役,而更多的海上巡邏機版本則效力俄羅斯和印度的海軍。和美國空軍的B-52轟炸機一樣,圖-95很難被取代,通過不斷升級、調整,這頭冷戰時代的空中怪獸可能會一直存在至2040年。

End

來源:航空製造網

資料源:悟空問答/自五嶽掩赤城、鷹眼戰情室、航空之家、百度百科、bing圖庫

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