问题

为什么只有苏联飞机喜欢采用同轴反转螺旋桨?

回答
苏联航空技术,尤其是螺旋桨飞机的设计,确实有一个令人印象深刻的特点:对同轴反转螺旋桨(Coaxial Contrarotating Propellers)的青睐。这并非偶然,也不是什么怪癖,而是源于苏联特定时期、特定需求下的技术考量和发展思路。

你提到“为什么只有苏联飞机喜欢采用”,这句话其实不太准确,因为同轴反转螺旋桨并非苏联独创,在其他国家,尤其是在早期航空发展过程中,也有一些尝试和应用。但苏联在将其大规模、持续地应用于军用飞机,特别是重型轰炸机和一些运输机上,确实做得最为突出和系统。

苏联之所以如此钟爱这一技术,其核心驱动力在于解决螺旋桨飞机固有的一个难题:螺旋桨的扭矩效应(Torque Effect)。

想象一下,一个大型螺旋桨在高速旋转时,会产生一个强大的反作用力,试图将飞机机身向相反的方向扭转。就像你用力拧一个瓶盖,瓶盖没转动,但你的手会感到一股向相反方向的力。在单螺旋桨飞机上,飞行员需要不断地用副翼和方向舵来抵消这种扭矩,才能保持飞机稳定飞行,尤其是在起飞和爬升等大功率输出时,这种影响更为显著。当飞机速度越快,螺旋桨直径越大,桨叶越多,这种扭矩效应就越明显。

在苏联,他们的航空工业在二战后,特别是冷战时期,面临着一个重要任务:提升大型飞机的性能,尤其是起飞性能、爬升率和高速性能。而当时的喷气发动机技术尚未完全成熟,或者说,对于某些特定任务,大功率的活塞发动机配以螺旋桨仍然是更经济、更有效的选择。

同轴反转螺旋桨的出现,就像是给螺旋桨飞机打上了一个“最强增益”。它的原理是,在同一根轴上,前后安装两副尺寸和叶片角度大致相同但旋转方向相反的螺旋桨。这样一来,前方的螺旋桨产生的扭矩,会被后方的反向旋转螺旋桨所抵消。

这个抵消带来的好处是显而易见的,而且非常重要:

大幅减少扭矩效应: 这是最直接的好处。由于前后螺旋桨的扭矩相互抵消,飞机在飞行中的扭矩干扰大大降低,甚至几乎消失。这意味着飞行员在操作时更加轻松,无需费力地纠正飞机的航向。对于需要长时间、高强度飞行的重型轰炸机而言,这能显著减轻飞行员的负担,提高飞行效率。
提高推进效率: 螺旋桨在旋转时,空气会被向后推,同时也会产生一个向外扩散的“涡流”。这个涡流会消耗一部分能量,降低螺旋桨的整体效率。后方的反向旋转螺旋桨,在一定程度上可以“捕捉”住前方螺旋桨产生的涡流,并将其重新加速推向后方,从而减少能量损失,提高整个推进系统的效率。这意味着在相同的发动机功率下,飞机可以获得更快的速度或更高的升限,或者以更低的燃油消耗维持巡航。
缩短起飞距离和增加爬升率: 由于扭矩效应减弱,飞机可以在更大的功率输出下顺利起飞,而不用担心因扭矩过大而失控。同时,更高的推进效率意味着飞机能更快地获得速度和高度,显著改善了起飞性能和爬升性能。这对于那些需要在简易跑道或严寒条件下起降的苏联飞机来说,是至关重要的。

苏联之所以如此青睐,是因为他们设计了大量对这些性能有极高要求的飞机。比如,图95“熊”式战略轰炸机,就是同轴反转螺旋桨最典型的代表。这款飞机至今仍在服役,它之所以能够凭借四台涡轮螺旋桨发动机实现如此高的亚音速飞行速度,并且拥有相对出色的起降性能,同轴反转螺旋桨功不可没。还有像图114“克里莫夫”这样的客运飞机,也采用了这种设计,以达到更好的燃油经济性和平稳性。

当然,这种技术并非没有缺点。最主要的挑战在于其结构的复杂性和重量。为了实现同轴反转,需要在发动机后部增加一套复杂的减速器和齿轮箱,以驱动后螺旋桨以相反方向、不同的转速(但通常接近)旋转。这套传动系统需要非常坚固和精密,其重量和占用的空间都比单螺旋桨要大得多。同时,如果传动系统出现故障,后果往往是灾难性的。

但苏联在设计这些大型飞机时,其工业体系具备了制造高精度、重型机械的能力。而且,他们更倾向于在设计中追求极致的性能,即使这意味着更高的复杂性和制约。相比之下,一些西方国家在冷战早期,可能更倾向于转向喷气式发动机,因为其维护相对简单,且在超音速领域具有天然优势。但当他们设计大型涡轮螺旋桨飞机时,也并非没有考虑同轴反转,例如一些早期的舰载机或侦察机,就有过尝试。

总而言之,苏联飞机对同轴反转螺旋桨的偏爱,是他们解决重型螺旋桨飞机在扭矩、效率和起降性能方面挑战的一种独特而有效的方式。这是苏联航空工业在特定历史时期,针对其战略需求和技术实力所做出的一个富有远见的、并且最终证明是成功的选择。它不仅仅是一种技术选择,更是苏联航空工程“硬核”设计风格的一个缩影。

网友意见

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共轴反转貌似是英国人最早的专利啊……

阿芙罗Shackleton

塘鹅反潜机——这你一眼就能看出丫是英国飞机……

阿火和海火的晚期型号,(最晚到阿火XIX就有了)

还有韦斯特兰的飞龙。

美国人也有啊,YB-35、XB-42(这个没记错的话差点赶上二战,带4吨炸弹7000米飞350节的怪物)

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