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圖-95,硬是用螺旋槳飛出了噴氣式的水平,它是怎麼做到的?
2022/04/14

跟B-52一樣, 誕生了半個多世紀的圖-95,依然還沖鋒在前線。

不過它的特征卻更加明顯,那4對 同軸反轉的螺旋槳實在太抓人眼球了,當然,也很能抓人的耳朵。所以,為什麼它要這樣裝螺旋槳,而除了它,就沒人這麼裝了呢?

故事需要回到它的誕生之初,二戰結束,冷戰剛剛開始的上世紀60年代。

設計圖-95的是一位天才工程師安德烈·圖波列夫,蘇聯第一架具有核打擊能力的轟炸機圖-4公牛就出自于他的手下。當然,那其實是波音B-29超級堡壘的逆向工程版本。因為在二戰接近尾聲,美軍開始轟炸日本本土時,這些先進的轟炸機中有幾架墜毀在了蘇聯的領土上,自然就被合理的消化利用了。

蘇聯人因此有了屬于自己的第一代核轟炸機,不過,它的缺點是航程太短,無法威脅到遠在地球另一端的美國。于是1952年,圖波列夫領到了一項新的任務,設計一架能夠載著11噸炸彈連續飛上8000公里,直搗美國黃龍的新一代戰略轟炸機。

同時收到這個任務要求的,是圖波列夫的競爭對手,同樣也是天才工程師的米亞西舍夫。但是,兩個人的設計思路完全不同。激進的米亞西舍夫選擇了當時剛剛誕生不久的噴氣式引擎,設計出了M-4野牛,把蘇聯的技術能力掏到極致。

而圖波列夫的判斷是,噴氣引擎是很潮,但并不成熟,如果貿然用上,后患無窮。于是他決定,引擎,咱還是用久經考驗的老技術——螺旋槳,不過,也并不妨礙我從噴氣式飛機那邊借點東西過來嘛,比如那 后掠的機翼就非常不錯,有效降低阻力,達到更高的航速,它們是貢獻明顯的。但光這樣還不夠,還能有別的一些改進嗎?那就只能從螺旋槳上做文章了,把原本只套一個改成套上兩個,并且,還讓它們反著轉。欸,這是什麼道理?

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傳統螺旋槳,是有一些問題的。

首先,它不能轉的太快,因為一旦快了,遠離軸心的葉尖,在周向旋轉時,速度就會超過音速了,由此產生的激波會帶來巨大的阻力,使螺旋槳的效率大減,很不劃算。但發動機的功率卻是越來越大,該拿什麼來消化它爆發的小宇宙呢,只能讓它推著更多的空氣一起做工了。要怎麼推更多,簡單的一招就是,把葉片數加上去。

可是,這恰恰是咱們要說的第二個問題,傳統螺旋槳的葉片數不能太多,否則效率也一樣變低。因為在前一片槳葉劃過空氣時,已經把這里的空氣給攪亂了,形成了所謂的渦流,如果第二片槳葉馬上就跟過來,沒有給渦流的恢復留足時間的話,它面臨的就必將是更大的空氣阻力了,你說效率能不降低嗎。

而要是一個平面上的葉片數越多,它們之間的間隔就會越密,帶來的效率降低當然也就越明顯。

同時緊跟著,還有另外一個問題。旋轉的螺旋槳攪動著空氣,使其旋轉著向后吹去。其中向后運動的部分,沒什麼好說的,很優秀,變成反作用力推動飛機前進了。

但討厭的是,它還有旋轉運動的部分呀。這部分的運動不僅不會對推力產生任何的貢獻,還會在吹到垂直尾翼上時對飛機造成偏航的作用,既損失了效率、又帶來了麻煩,等于是賠了夫人又折兵。所以這些問題該怎麼破呢?

且看同軸反轉的螺旋槳了。從迎風面看起來,它有了更多的葉片,但是卻分布在不同的旋轉平面上,所以既能推動更多的空氣,也避免了相互之間的打架;而前后反轉的好處就是能把前一片螺旋槳帶來朝左或者朝右旋轉的空氣,給重新扭回來,幫助這部分「社會邊緣份子」,回歸「主流價值觀」,成為對推力有所貢獻的軸向流動的空氣了。

所以你看,做為一架螺旋槳飛機,裝著它的圖-95卻能輕松飛出超過800公里的時速,幾乎和現代噴氣式客機一樣快,并且由于效率大增,巡航里程也有了充分的保障。這些,都讓它有理由到了今天,還有立足之地。

可是,為什麼別的飛機不這麼安排自己的螺旋槳呢?比如洛克希德馬丁的C-130大力神,和空客的A400M,它們的螺旋槳,還是只有一層嘛。

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好了,剛才那是同軸反轉螺旋槳的好處,現在來講講它的壞處。

第一個顯然是,復雜。復雜意味著不可靠,復雜意味著更大的重量、更高的費用,復雜還意味著更為繁瑣的維修和保養等等。

第二個是,噪音,可怕的噪音。據說當圖-95飛過頭頂時,美國的潛艇即使是在水面以下,都能通過聲納探測到它。據說一些曾經伴飛過圖-95的戰斗機飛行員,可以越過自己飛機上轟鳴的噴氣式發動機的聲音,清晰聽到來自于它的螺旋槳發出的噪音。所以,當今最吵戰機的頭銜,非他莫屬了。

再反觀C-130或者A400M,一是身為運輸機的它們實在沒必要飛那麼快,二是你看它們的螺旋槳,葉片又多又彎,明顯就是個 超音速的葉型,其實已經很好的解決了效率的問題,干嘛還吃力不討好的把自己變那麼吵呢,不符合咱紳士的一貫表現。

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