一口吃不了大胖子,回首国产首款重型直升机直-7研制到下马的始末

20世纪60年代,中国在已掌握原子弹制造技术后,决心发展洲际导弹,但这种导弹的射程超过中国陆地国土范围,一旦进行实弹试验,就必须射向远海。而洲际导弹的数据测量与飞行姿态观察,必须出动海上测量船。国防科工委向中央军委提出报告,要搞测量船、护航舰艇和后勤补给船只以及配套的大型舰载直升机。因为开这个会的时间是1967年1月18日,所以工程也就叫“718”工程。这个计划最终催生出来了051型导弹驱逐舰,905型补给舰,“远望1”型测量船等一批新装备,而配套的大型舰载直升机,就是本文的主角——直-7重型直升机。

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本厂长绘制的直-5、直-6、直-7直升机等比例侧视图

不过,718工程只是推动重型直升机项目的催化剂,重型直升机的研制需求早在1962年就已经提出。当时已经研制成功的直-5直升机承载量不足,只能搭载一个班12人的轻步兵或者一辆苏制GAS吉普车,要是投送一个连的兵力连同车辆装备至少需要15架直-5直升机集体出动才行,投送效率严重不足。中国空军要求装备一种至少能一次性搭载一个排兵力或者至少3.5吨有效载荷的重型直升机。时任中央军委副主席叶剑英元帅在下达重型直升机的预研任务时,特地将“可运载一个全副武装的步兵排兵力”加入了预研指标中,可见中国空军对重型直升机的需求是多么的迫切。

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航空博物馆中的直-5武装型直升机

由于当时工业基础薄弱,财力有限,只能优先将资源集中在轻型的直-5直升机和中型的直-6直升机上,重型直升机的预研一下子就预研了四年,在这四年中,哈尔滨飞机制造厂(代号:122厂,今中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司的前身)设计室确定了重型直升机的设计指标:最大起飞重量14400千克,有效商载3500千克,最大速度240千米/小时,航程350千米,实用升限5000米。采用六片桨叶的旋翼系统,装两台哈尔滨东安发动机厂(代号:120厂,今中国航发哈尔滨东安发动机有限公司的前身)最新设计制造的792涡轮轴发动机。这套指标于1966年夏天被最终确定上报中国航空研究院审批。

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保存在北京航空博物馆的直-6原型机

1966年秋,中国航空研究院(简称:六院)正式行文向122厂下达研制重型直升机的任务,要求这种直升机能适应中国南方高温、西南高原、东北严寒以及西北风沙地区的环境使用条件。不得不说,这个要求是比较高的,1967年,重型直升机项目被命名为“直-7”。

1967年5月,122厂组成“直-7机方案论证组”,随后论证组派员下部队进行调研。通过调研结合部队的需求呼声最终确定了直-7直升机的战术技术指标:载重4500千克,航程600千米,在3000米高原、温度30℃条件下可以有效悬停。和最初的预研方案相比,有效载荷增加了1000千克,航程增加了250千米,放弃了在东北极寒以及西北风沙地区正常使用的设计要求(毕竟这种鬼天气敌人也派不出直升机,在这种鬼天气还能正常飞行以当时的技术条件纯粹是强人所难),其余指标保持不变。

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直-7风洞模型,主起落架上带有减阻整流罩

1968年,根据中央关于航空工业部与航空研究院“部院分开”的体制改革精神,122厂在当年4月将只负责直升机的制造,不再负责研发和设计,直-7的研发工作被转交给在哈尔滨成立的中国航空研究院604所(1970年4月随三线建设布局调整,604所被整体搬迁景德镇与602所合并成立新的602所)负责。604所在120厂、331厂(全名:中央重工业部航空工知业局第三三一厂,今中国航发南方工业有限公司前身)协助下对直-7方案进一步论证,于1969年9月提出了细化后的送审方案:总起飞重量14400千克,采用两台792甲涡轮轴发动机(鉴于发动机新研制或改型周期太长,因此采用现成的直-6的动力作为过渡),除重新设计桨毂和减速器外,其他尽量采用直-5和直-6的零部件,以运输为主要任务,可载运35人或3.5吨的货物,在悬停状态下可吊2吨的载荷,货舱可直接驶入一辆北京BJ212吉普车。最大速度240千米/小时,最大航程350千米,实用升限6000米。1970年3月20日这个方案被三机部批准,研制工作全面铺开。全机设计工作由位于江西景德镇的中国直升机设计所(代号602所,今中航工业直升机设计研究所的前身)承担,提供整套图样和相应的技术文件。792甲涡轮轴发动机的设计任务由株洲发动机设计所(代号608所,今航空涡轮轴发动机设计研究所的前身)承担,同时该所还承担减速器和传动系统的设计及试验。位于西安阎良的630所(今中航工业试飞中心的前身)承担机体结构、系统件生产、总装和试飞。573厂(航空工业部573厂,今中航工业上海航空测控技术研究所即633所)承担主尾桨毂和自动倾斜器的生产。574厂(北京教学仪器厂,1984年由厂升级变身为研究所,授予代号航空工业部第634研究所,所名北京航空产品测试技术研究所)和621所(中航工业北京航空材料研究院)承担发动机、主减速器生产。1970年末,直-7项目正式被列为全国重点工程。设计队伍有大约70多人,对外宣称“直-7连”。

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直-7的装载要求就是货仓能直接装入一辆北京BJ212吉普车

为了加快研制进度,争取更多的单位协作,直-7的零部件研制和生产采用“大扩散、大协作”的方式进行,正好海军也需要一款体量大、留空时间较长的重型舰载直升机用于正在酝酿的洲际弹道导弹试验的弹头回收和打捞工作,因此也对直-7一度抱有浓厚的兴趣并给予厚望。甚至一度直-7的风洞模型还被海军借去做了水槽水动模型试验。

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本厂长绘制的风洞模型试验状态的直-7直升机完成设想图

1971年夏,中国中共中央下达了718工程的计划,中国准备在十年内研制并发射洲际弹道导弹。但是洲际导弹发射试验需要在弹头溅落海域进行观测、打捞。因此护航、打捞舰船及直升机均要中国自己建造。当时的形势是"弹等舰、舰等机",即弹道导弹研制进度有保证,就等着相关舰船,而舰船方面也没问题,就等着配套大型舰载打捞直升机。因此直-7作为舰载直升机的候选机型,提上了加快研制的日程。但由于进度实在太慢,等不到直-7研制成功的海军最终退出了直-7项目,1971年9月,直-7的舰载改型计划被停止,继续作为空军用重型直升机研制。而火急火燎的海军则在1974-1975年紧急从法国进口了14架SA.321JA“超黄蜂”重型直升机以解燃眉之急(洲际弹道导弹试验最终在1980年5月19日进行,执行打捞任务的正是“超黄蜂”直升机,而此时直-7直升机项目已经寿终正寝,海军当年选择退出还是有先见之明的)。

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风洞试验中的直-7方案模型

“大扩散、大协作”的研制方式虽然有集思广益、人多力量大、集各行之精锐办大事的优点,但也导致了九龙治水、各自为战的尴尬局面。所有零件都预先装在直-5直升机上进行先期试验。配套生产的成品零件加工屡屡延误于计划(总共六十六个大项目,各种进度有先有后),直到1975年5月才组装完成2架直-7的机体,但还有3%的机体零部件缺装。发动机、旋翼、桨毂、起落架等配套部件还有10%没有到货。

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直-7样机机体全机静力试验现场

另外,由于空军对机体强度要求较高,因此设计部门对机体强度下了较大的功夫,直-7各部位的零件静力试验结果普遍都大大超过预期强度,普遍加载强度达到105%。

1976年,中央军委常规装备发展领导小组发文,要求直-7于1980年前后定型,然后由122厂投入批量生产装备部队。从1976年2月起,将研制直-7的重点从中国飞行试验研究院(即630所)、573厂转至景德镇的中国直升飞机设计研究所(即602所)和景德镇直升机厂(代号:372厂,即昌河飞机制造厂)。

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吊装和运输过程中的直-7机体

1977年3月开始,602所对所有直-7零部件的设计、工艺文件等进行了大复查,设计规范也最终敲定,直-7的庐山真面目渐渐水落石出。

直-7重型直升机的气动布局为传统短翼布局形式的单旋翼带尾桨直升机;机身为变截面、全金属半硬壳式铆接结构。机身前舱上部为驾驶舱,下部为特设舱(这个特设舱在风洞模型上没有)。机身中段为客货舱,全长7.83米,内部最大高度1.95米,最大宽度2.1米,客货舱中段地板处开有0.8米×1米的救生舱口。机身后段有一个3.2米×1.9米的大开口,装有液压操纵的尾舱门,尾舱门打开时可作为进出货舱的跳板。机身两侧采用短翼布局形式,短翼十分粗壮,结构与美制CH-53“超级种马”重型直升机的短翼十分类似,用以固定起落架及储存燃油,水平安定面置于斜梁顶端。

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直-7的短翼结构和CH53直升机非常相似

直-7重型直升机的起降装置由不可收放前三点支柱式起落架及尾撑组成,主起落架两侧各装有两个带有刹车装置的机轮,前起落架装两个不带刹车装置的机轮(在风洞模型上起落架带有减阻整流罩,定型的时候被取消)。尾撑为构架式,由缓冲器、斜撑杆和支座等组成, 尾撑在装卸车辆时可以折叠。

直-7的动力装置为两台涡轴-5A(又称792甲型)涡轴发动机,以左右对称的方式安装在机身顶部的驾驶舱上面。引擎功率2200马力,额定功率1860马力。两台发动机功率通过主减速器并车后由传动系统传给旋翼、尾桨、冷却风扇。

直-7重型直升机的旋翼系统由6片金属桨叶和桨毂组成,桨叶平面形状为矩形,桨叶翼型为NACA230族,弦长0.52米,转速为192转/分。桨叶大梁采用挤压的LDCS铝合金空心型材经铣切加工而成,大梁后部胶接有21块互相独立的后段件。为改善直-7性能,增加旋翼寿命,研制加大弦长至0.6米的新旋翼系统。尾桨采用推力式,共有5片J-6A玻璃钢桨叶,翼型为NACA00族,转速为1076转/分,飞行时驾驶员用脚蹬可实现变距。

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直-7重型直升机完成推想图

直-7重型直升机的操纵系统为复式、双人驾驶体制。一套完整的机组由正、副驾驶,领航员和空中机械师组成,但在紧急时刻正、副驾驶2人就能操纵飞机飞行。手操纵系统由互相联动的驾驶杆,彼此相互独立的纵、横向操纵线系,助力器,加载机构以及自动倾斜器组成。两个互相联动的总距杆分别位于正、副驾驶员左侧,两个互相联动的脚蹬通过尾桨操纵线系控制尾桨桨距角的大小,用以保持或改变飞行航向。液压系统为复式,主、副两个系统的油泵均安装在主减速器传动装置壳体上,主要附件则安装在减速器舱中。

直-7重型直升机的主电源由两台QF-6直流起动发电机供给,备用电源为两个12-HK-28蓄电池。驾驶舱内可安装3个可拆卸的氧气瓶组,分别供给正、副驾驶员和领航员或空中机械师使用。还可在载员/载货舱内加装同样的氧气设备。主要无线电设备有超短波电台CT-1、无线电高度表WG-4、机内通话器JT-5甲、无线电罗盘WL-5,并新研制了多普勒雷达及显示系统。

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本厂长绘制的直-7重型直升机最终方案推想二视图

1978年8月,直-7迎来了一项重要考验——全机静力试验。试验在602所静力厂房进行,一架直-7的机体静静的被固定在台架上,技术人员根据设计载荷的规定数据由弱到强逐步向机体施加应力,当加载到原设计载荷约130%时,机体才被破坏,换句话说,直-7的机体强度实在是太强了,空军对静力测试的结果十分满意。至此,直-7项目迈过了关键的一步。其后机体又进行了其他十多项试验(如主减速器及传动系统循环功率试验、滑油系统模拟实验、液压系统模拟实验、全机电网原理试验、全机天线布置模拟试验、机身吹风试验、旋翼桨叶疲劳试验、尾桨共振试验、自动倾斜器适用性试验、起落架落震及刚度阻尼试验),均都获得满意的结果。同时已经被定名为涡轴-5A的792甲型涡轴发动机也完成了各部件试验和整机台架试车试验。直-7项目的前途似乎是一片光明。

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直-7方案想象图,陈应明绘制

但是,注定要在半路杀出的程咬金终于还是杀出来了。事情就坏在心急火燎的急需大型舰载直升机的海军航空兵身上,当他们在1975年从法国接收了14架到货的法制SA.321JA“超黄蜂”重型直升机后发现这实在是一款好东西。这款拥有3台单台功率为1320轴马力的默透-3C2涡轴发动机的直升机总功率虽然不及直-7,但由于总重量较轻(13000千克对14400千克),使得超黄蜂在最大有效载荷只比直-7少0.5吨(3吨)的情况下的航程为800千米,这个数值比直-7远了足足200千米。实用升限也只比直-7少了不到800米而已(6000米对6780米),更何况——人家是1965年就已经首飞成功的成熟机型,而直-7折腾了十多年至今还是个半成品!

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SA.321JA“超黄蜂”重型直升机

没有对比就没有伤害,经过对比试验,航空工业部认为SA.321JA“超黄蜂”重型直升机的先进程度和成熟程度都全面压倒直-7重型直升机。因此,在1976年,国务院、中央军委常规装备发展领导小组向三机部和国防科工办下达了日后被命名为“直-8”的对“超黄蜂”重型直升机进行测绘仿制国产重型直升机的任务,具体由602所负责设计、372厂负责具体试制。而602所和372厂正好是之前指定为直-7重型直升机的设计单位和生产单位,这就意味着直-7和直-8项目产生了“撞车”。况且当时的国家财力不可能允许同时研制两种性能相近的重型直升机。所以,虽然已经有了两架原型机,但是许多配套设备还处在攻关阶段,尚有许多技术障碍,试飞遥遥无期的直-7面对仿制成熟可靠的现成机型的直-8,让路成了必然的结局。

另外,直-7重型直升机的研制是在中国直升机强度规范、飞行品质规范尚未完善,直升机设计理论和计算方法尚未通过验证的情况下开展的。为探索自行设计直升机的路子,直-7直升机在总体布局、气动及强度等设计中主要采取了借鉴国际同类直升机布局、在气动强度等力量计算方面选取偏保守的参数、尽量沿用直-5和直-6的成熟技术等措施。虽然这些措施保证了研制工作的顺利展开,但也严重影响了直-7直升机的先进性和实用性,最典型的例子就是过强的机体结构强度导致了直-7结构超重严重,死重超标,直接影响了飞机的性能。

当602所把原本用于直-7的研究骨干力量分批抽调到直-8项目上时,人们心里都明白:直-7的下马已经只是个时间问题了。

该来的总是要来的。

1979年6月28日,总参谋部和国务院国防工办正式下达行政文书,决定取消直-7重型直升机的研制任务。已经试制完成的零部件、材料、成品、工艺装备等均做报废处理。研制队伍解散并且转入到直-8的研制中。宣告了历时只留下

接着三机部对终止研制的直-7零部件、材料、成品、工艺装备等做出处理。原因是由于国家财力有限,不可能同时投资研制两种重型直升机,为了全力确保由372厂承担的仿制法国“超黄蜂”直升机(即直-8)项目,直-7直升机只得为直-8让路,宣告了直-7重型直升机的夭折。至此,历时超过13年的直-7重型直升机项目正式宣告下马,只留下一具直-7的机身躯壳静静的躺在某个角落,无声的诉说着中国第一款国产重型直升机

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保留下来的一具直-7直升机机体躯壳

尽管直-7项目下马,但直-7研制的许多成果为后来成功研制出的直-8重型直升机打下了基础,也填补了中国未研制过重型直升机(10吨级)的空白。

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直7完成推想3D模型,彩虹熊_白玮

直-7直升机性能数据

乘员:机组2人+载员35人

长度(连带旋翼尾桨):25.31米

旋翼直径:21.3米

高度:7.03米

空重:8730千克

最大起飞重量:14400千克

最大有效载荷:5670千克

燃油重量:1830千克

发动机:两台涡轴-5甲型涡轮轴发动机,单台最大功率2200马力

经济巡航飞行速度:234千米每小时

最大载重航程:600千米

实用升限:6780米

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