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直20上高原!中国用20年攻克旋翼除冰技术,实现全天候全疆域作战

直20上高原!中国用20年攻克旋翼除冰技术,实现全天候全疆域作战
2020年11月20日 07:00 新浪网 作者 谷火平

  作为我国自主研发的第一款10吨级通用直升机,直-20可谓我国直升机发展史的一个里程碑,在攻克了旋翼除冰技术这最后一个"拦路虎"之后,直-20已经完全具备了全疆域、全天候作战能力,而攻克技术难题的邓景辉团队也荣获2020年中国航天航空"月桂"奖中的"技术先锋奖"。

  

  (直-20双机编队)

  在新中国成立后的很长一段时间内,我们虽然通过仿制、进口等手段拥有了一批直升机,但在全疆域、全天候适用的通用直升机方面依然还是0,而在高原地区整个中国只有80年代从美国进口的24架"黑鹰"直升机算得上性能过关,1989年中美交恶之后中国也再无继续进口"黑鹰"的可能性,虽然90年代中国又从俄罗斯进口改进型米-17直升机以代替"黑鹰",但米-17的定位属于排级运输直升机,更大更重,灵活性及通用性不如黑鹰,也无法像"黑鹰"一样装进战术运输机内空运。因此研发一款介于直-9和米-17之间的高机动、高适航性通用直升机成为了当务之急。

  

  (抗震救灾中的"黑鹰")

  我国地形西高东低,呈3级阶梯状,250万平方千米的青藏高原和边界线上蜿蜒的喜马拉雅山脉构成了一道天然长城,是阻挡西侧外敌的重要战略屏障,也是中国西部的第一道大门,因此直-20在设计之初上高原成为了一项硬性技术指标。

  但高原飞行可不止是飞行的相对海拔高度比平原高了那么简单,生活在低海拔平原的人进入高原地区往往会产生或大或小的高原反应,轻者头痛、乏力、食欲不振,重者甚至会呼吸困难、血压异常、手脚抽搐。这是高原地区的氧气含量较平原地区稀薄很多,人体无法获得足够的氧气所导致的,而工作在平原地区的直升机到了高原地区同样会产生高原反应,且比起人类的高原反应要严重的多得多。

  

  首先直升机的基本工作原理是通过旋翼旋转将机身上方空气压缩到机身下方产生气压差从而形成升力,当上升力超过直升机自身重力时就能够起飞了,在4000米以上的高原地区,大气密度只有海平面的66%,这就代表着直升机在功率不变的情况下单位时间内所能压缩的空气总量变小,据统计此时的直升机旋翼效率将下降33%,而稀薄的大气也代表着发动机在单位时间内吸入的氧气含量变少,发动机的功率也会随之下降,旋翼和发动机的功率双重下降导致平原使用的直升机难以上高原。

  

  (高原测试中的直-20)

  因此为了解决高原地区的直升机升力不足,主要有以下几个方案:提升发动机功率、使用增压器提升进气量、增加旋翼直径或叶片数量,而出色的发动机是直升机上高原的必要基础条件,当年"黑鹰"能在青藏高原畅行无阻就得益于其出色的1126千瓦T-700涡轴发动机和先进的多级增压技术。

  

  (央视军事最近公布了一段直-20在高原上试飞的画面,可见直-20在雪山之巅自由飞翔,身形十分矫健)

  增压器对直升机的作用类比到人身上就相当于增加肺活量,同等体重的两个人肺活量大的到了空气稀薄的高原能够比肺活量小的人摄取更多的氧气,而且运动能力也会更强,自然就更容易减轻空气稀薄带来的高原反应。只不过发动机因为燃烧不可控的原因无法跟人一样直接吸氧气,只能通过增大进气量来获得更多的氧气。而我们的直-20则采用了比"黑鹰"更胜一筹的国产1600千瓦大功率涡轴发动机,彻底根治了"心脏病",同时直-20也采用了比"黑鹰"多一片的5桨叶旋翼,在旋翼直径不变的前提下可以有效提升旋翼效率。

  

  (展出的国产1600千瓦级涡轴发动机)

  另外一个难点就是旋翼结冰的问题,在能够结冰的气象条件下大气中含有的过冷水会在桨叶前端聚集并凝结成冰,从而导致直升机的重量分布不均影响气动结构,当冰块的重量达到一定程度时甚至可能破坏气动稳定导致坠机。

  

  应对旋翼结冰主要分两个阶段:第一是防冰,采取措施不让过多的过冷水聚集在桨叶上;第二是除冰,在聚集了一定程度的冰时将冰除掉,除冰的手段主要有气热除冰、气动除冰技术和液体除冰技术,旋翼不同于直升机其他机械结构,输电和安装除冰设备非常复杂,这项技术也一直被牢牢掌握在向我国出口直升机的美、法手中,但历经20年我们中国终于靠自己的力量解决了直升机上高原的最后一个"拦路虎",就此直-20顺利诞生,我们再也不用受制于人,同样我们也有理由相信直-20只是个开始,中国直升机蓬勃发展的时代即将到来。

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