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运-8的“娘家”解决结冰问题的本钱 竟是靠“烧钱加热”?

扬基帧察站 2019-07-16 07:19:44
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上次盘点运-8/9家族特种飞机的时候,很多读者都很关心困扰运-8系列飞机安全性的尾翼结冰问题,以及为什么这些问题的解决速度不尽人意。运-8是以苏联安-12军用运输机为原准机仿制发展的,我们之前在讲述这一问题时,也曾提到过安-12处理结冰问题的方式。

比如要从这里爬进去才能看到平尾结冰情况啥的

比如要从这里爬进去才能看到平尾结冰情况啥的

作为高寒地带国家,苏联对航空器的除冰要求一直较高,但在其卫国战争时期的主力国产运输机里-2上,除冰装置的性能却很低,紧急购买的美制气动除冰设备直到“柏林空运”时期才到货,此时其性能也无法满足苏军使用要求。

运-8的“娘家”解决结冰问题的本钱 竟是靠“烧钱加热”?

逼迫美国人通过“柏林空运”展示出的强大空运实力,不仅让苏联更方便得到一些因冷战爆发而拖延交货的美制设备,更是让苏联认识到了自己的差距

终于到了1949年,由于采用БО-2型汽油炉加热器取代了老式的蒸汽锅炉作为取暖设备,里-2在升级中顺便将这个加热器的管路延伸到水平尾翼前缘,同时发动机排气管也增加了通往机翼前缘的管路,初步解决了这一机型的除冰问题。

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一直到最终停产,在苏军和民航部门中,里-2都不如美国原装的C-47/DC-3受欢迎,这也客观反映了当时美苏航空实力的巨大差距

这套经过实际验证的热空气除冰系统,很快用于1957年首飞的安-10客机上,然而在上世纪50年代末60年代初,安-10仍然因平尾和发动机进气口结冰等原因多次坠毁。究其原因,升限10000米、采用涡桨发动机的安-10,与升限7000米、采用活塞发动机的里-2,在气动外形和巡航高度上差异都很明显,导致了结冰情况不同,效率不足的热空气除冰系统不能完全满足使用需要。

安-10客机,该机气动外形与安-12接近,但垂尾较小,通过增加腹鳍和平尾端板的方式补偿安定性

安-10客机,该机气动外形与安-12接近,但垂尾较小,通过增加腹鳍和平尾端板的方式补偿安定性

其实苏联也并没有把希望全寄托在热空气除冰上,此前在里-2的问题还没有解决时,苏联曾在计划取代里-2的战后第一代运输机伊尔-12上测试过电加热除冰设备。但从少量的信息看,当时的试验效果并不成功,所以伊尔-12的后继型伊尔-14也只好靠热空气除冰先对付着用了。

作为苏联最后一代双发活塞式运输机,伊尔-14生产了1300多架,一直“对付”到本世纪初才全部退役

作为苏联最后一代双发活塞式运输机,伊尔-14生产了1300多架,一直“对付”到本世纪初才全部退役

安-12是苏联空军的主力运输型号,这个问题不解决肯定不成,为此苏联决定双管齐下——苏联国家民航研究院(ГосНИИГА,现为俄联邦国家民航研究院)将自用的一架安-12БП用于对安-10/12飞机的结冰情况的研究,总结出了常见结冰区域和冰形特点。

注意机翼、垂尾和平尾前缘的黑白相间条带,当飞机在空中出现结冰情况时,这些条带在视觉效果上会产生明显的变化,便于实验人员观测

注意机翼、垂尾和平尾前缘的黑白相间条带,当飞机在空中出现结冰情况时,这些条带在视觉效果上会产生明显的变化,便于实验人员观测

而在稍早些时候,一架伊尔-28轰炸机搭载了新一代电加热除冰设备开始试验,此时苏联人的手艺多少提升了一些,结合安-12的实验观测,最终拿出了改进方案:发动机进气道前缘、发动机进气导向器前缘和机翼前缘仍使用发动机喷管引气加温除冰,而尾翼前缘、螺旋桨及其整流罩和风挡玻璃采用电加热除冰。

我国订购的安-12Б也沿用了这一配置,并沿用到了运-8上。那么为什么运-8之后还是结冰问题频发呢?之前也曾讲过,这里稍微展开一点:从根源上说,苏联的天气特点,与我国特别是我国南方地区区别明显;例如相对湿度大于70%,空气温度-3°C-12°C这种结冰概率最大的条件,在我国南方出现的概率就远大于苏联。

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根据后来与俄罗斯格罗莫夫试飞院的交流,在俄罗斯,尾翼前缘结冰多形成楔形冰(b)或矛形冰(c),而在我国则多会结成槽状冰(a),后者不仅更难除掉,还会导致平尾升力损失更快,更早形成失速

苏联给安-12搞除冰系统的时候,显然不会专门考虑过中国的气象条件。这使得安-12只在机头和进气道上加装了除冰告警系统,等到这两个部位出现结冰情况时,“顺便”启动除冰设备对机翼和尾翼除冰即可,完全来得及;但在中国,由于形成的槽状冰对飞行安全影响更快、更严重,而除冰速度反而更慢;这就往往导致除冰系统“无力回天”。

运-8的“娘家”解决结冰问题的本钱 竟是靠“烧钱加热”?

在降落阶段,因不了解平尾结冰情况或未来得及完成除冰,导致放下大角度襟翼后平尾失速的“海豚跳”,是我军多起运-8系列事故的重要原因

我军和民航部门虽然前后引进了14架安-12飞机,但在前期使用中积累的数据仍然相对有限,使得运-8在仿制期间并未注意结冰特点不同的问题;加之用户当时对此缺乏认识,以及运-8本身从研制到定型装备就拖了很长时间等原因,也就没有对结冰问题进行专门试飞。

国内最早在运输类飞机上进行系统的结冰/除冰试飞,还是1986-1987年进行面向美国联邦航空局(FAA)认证试飞的运-12Ⅱ

国内最早在运输类飞机上进行系统的结冰/除冰试飞,还是1986-1987年进行面向美国联邦航空局(FAA)认证试飞的运-12Ⅱ

而苏联不仅针对安-12的结冰问题进行了专门试飞,就在这项试飞工作尚未彻底结束的1960年,还将第6架量产型伊尔-18客机(该机除冰设备与安-12类似)转交试飞中心使用,专门用于测试其他飞机的除冰系统。值得注意的是这架飞机仅仅在试飞院飞行了9年就到寿报废了,可见其试飞任务之繁重。

运-8的“娘家”解决结冰问题的本钱 竟是靠“烧钱加热”?

上图为该机的主要测试设备,下图为该机测试伊尔-62客机机翼前缘除冰系统,其试飞成果不仅用于各类运输机,由于战斗机也需要在速度400-500千米/时这一高结冰概率区间飞行,因此这架伊尔-18对苏联战斗机特别是进气道的除冰设计也做出了贡献

上图为该机的主要测试设备,下图为该机测试伊尔-62客机机翼前缘除冰系统,其试飞成果不仅用于各类运输机,由于战斗机也需要在速度400-500千米/时这一高结冰概率区间飞行,因此这架伊尔-18对苏联战斗机特别是进气道的除冰设计也做出了贡献

接替这架伊尔-18的又是一架安-12,不过起初该机只是用作安-72短距起降运输机定型期间,测试后者除冰能力的“洒水机”——这种简单粗暴的方式,让整个除冰试飞的周期缩短到了原来的1/4,不过也使得该机最早向外界曝光时,还让西方世界误认为这是一架空中加油机。

这瞅着确实像个软管

这瞅着确实像个软管

后来该机正式接过了伊尔-18试验平台的职责,也就成了下面这个样子:

运-8的“娘家”解决结冰问题的本钱 竟是靠“烧钱加热”?

运-8的“娘家”解决结冰问题的本钱 竟是靠“烧钱加热”?

1.主喷水栅格;2.输送泵站;3.8700L水箱;4.带有前缘除冰器的测试气动面;5.水滴云参数测量组件;6.小喷水器,用于大气数据传感器(空速管等)的试验;7.被试大气数据传感器安装架;8.试飞工程师工作站;9.观测摄像机

这架飞机一直以此构型服役到苏联解体,为几乎所有冷战中后期服役的苏制飞机进行了结冰/除冰领域的领先试飞工作。除此之外,苏联还曾在图-16、米-6和雅克-25等飞机和直升机上进行类似改装,而这些相对冷门的试飞用机,不过是为苏联/俄罗斯航空事业服务的庞大的试飞系统里的沧海一粟。

一个强大的航空工业,背后必须有一支强大的试飞力量做支持。很多朋友可能对美国的X系列验证机津津乐道,而国力并不如美国的苏联,同样拥有门类齐全、规模庞大的试飞验证机体系,很多机型的验证任务非常单一,看上去很没效费比。然而这种细致到不厌其烦的“烧钱”,是苏联能够在冷战期间还能勉力维持与美国航空工业的总体实力对比,部分领域甚至齐头并进的重要原因。而且红色巨人的这份遗产,至今仍为今日的俄罗斯所不断受用。

例如С-37前掠翼验证机后来就作为苏-57弹舱的验证机继续使用

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责任编辑:傅鑫 CM033
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