超前时代,早期直升机军用型号探索,贝尔模型48直升机设计与发展

上世纪三十年代末,在伊戈尔·西科斯基先生的努力之下,世界上第一种真正实用可靠的直升机VS-300(或者叫做S-46)正式问世。这种独特的航空器采用了后来被奉为经典的单旋翼带尾桨设计,它能够实现几乎所有固定翼飞机所无法实现的垂直起降、空中悬停和低速飞行任务,尽管当时的直升机性能很弱,但这并不妨碍人们开始憧憬这种可以弥补固定翼飞机所欠缺的能力的飞行器的潜在发展空间,于是在西科斯基VS-300问世之后引发了航空界的直升机研发热潮。

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△西科斯基先生和他的VS-300直升机

其中有一家飞机公司的行动速度非常迅速,他们所研制的直升机也在当时收获了大量的赞誉,并对其飞行器生产制造业务结构带来了巨大的影响,这家公司就是贝尔飞机公司(Bell Aircraft Corporation),本文的主角也正是贝尔直升机公司的“模型48”(也叫做贝尔48)直升机,下面请看正文。

从民用市场转向军用型号——贝尔48的诞生与发展

上世纪四十年代末,贝尔飞机公司开始初步发展早期的直升机型号,并颇取得了一些令人印象深刻的成功。其中包括双座的“模型47”(该机是第一架通过商用适航认证的直升机)、军用型双座“模型47A”以及六座的“模型42”。

尽管贝尔公司的“模型42”直升机几乎没有引起民用航空市场客户的任何兴趣,但是通过积极游说,贝尔公司还是说服美国陆军航空军(USAAF;U.S. Army Air Forces,美国空军的前身)位于俄亥俄州代顿地区赖特机场的工程部门采购了“模型42”直升机的一种军用衍生型号,也就是正是本文的主角,贝尔“模型48”直升机。

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△飞行中的贝尔47、48和54直升机编组,其中48就是前景中的这架,不过拆除了发动机罩和旋翼轴整流罩

在1946年间,贝尔公司从美国陆航那里接收到了第一份“模型48”直升机的采购申请。作为军用直升机原型机,“模型48”被美国陆军航空军命名为XR-12,它也是当时贝尔飞机公司所制造过的最大型的直升机。美国陆航最初签署的合同是以研发经费的形式来购买3架XR-12直升机,然后以生产制造经费的形式采购10架XR-12。

美国陆航这些小规模的采购合同当然不是指望能借此打造什么直升机机队的,他们只是希望通过这种“经费扶助”的模式来推动贝尔飞机公司持续进行直升机设计研发和生产制造技术探索,同时也希望这些经费能够帮助贝尔飞机公司保证持续正常运转下去。

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△第一架贝尔“模型48”直升机原型机(编号46-214),该机的旋翼轴比“模型42”来得更短一些

按照合同的规划,贝尔直升机公司在“模型42”民用型直升机的基础上,尽快改装出了两架“模型48”,也就是XR-12原型机直升机,外加一架静力测试机。不过这两架直升机都被留在了贝尔公司,被用来进行测试和研究工作。

XR-12直升机可以搭载两名机组成员和四名乘客,可用于执行联络、信使、观察、货运和人员撤离任务。该机与“模型42”显著的差异在于该机尾梁尺寸更小,旋翼轴更短、并在尾梁部位安装了安定面。XR-12直升机配备了普惠R-1340型黄蜂气冷发动机,这种发动机的出轴功率为550马力上下,并配备有齿轮驱动的涡轮增压器。该机的起落架为固定的前三点轮式起落架,机身设计有救生舱口和绞盘。如果需要执行水面起降任务的话,该机还可以在起落架部位选装浮筒。

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△配备有试验性浮筒的贝尔“模型48”(YH-12B型)直升机

虽然之后贝尔公司收到了来自美国陆航的34架R-12A生产型直升机的订单,但是很快(1947年)这份订单就被取消了,所以贝尔公司后续实际上并没有生产任何一架这份合同约定的R-12A型直升机。

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△一架YH-12B(美国空军早期给该机赋予的代号,对应XR-12B)直升机飞越尼亚加拉大瀑布

虽然合同取消了,但是美国陆航对这种直升机的兴趣并没有淡化,他们决定让贝尔公司制造一种更大的“放大版模型48”,这种放大版本的直升机能够容纳多达8名成员。这种型号的直升机被称为“模型48A”(军方代号则是R-12B),贝尔公司很快按照要求制造了一架XR-12B用于评估。放大版的直升机采用了更宽更长的客舱和更可靠的四轮式起落架,并采用了性能更强(出轴功率600马力)的普惠发动机,直升机机头则采用覆盖透明塑料板的设计。

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△第一架XR-12B型直升机,该机的编号为46-217

XR-12B直升机采用了贝尔“模型47”直升机的旋翼系统和稳定杆设计,同样都是贝尔经典的双桨叶单旋翼构型,不过相比“模型47”,XR-12B的旋翼系统尺寸更大,生产制造难度也显著增加。不过凭借这种成熟的旋翼系统,XR-12B的稳定性和可靠性还是得到了保证。该机的尾桨也同样是双桨叶构型,其桨叶总距可变,安装在尾梁端部塔架的左侧,起着补偿主旋翼反扭矩和进行航向操纵的作用。全机的飞行操纵系统由主旋翼总距操纵杆、传统型周期变距操纵杆和尾桨操纵脚蹬组成。

该机在主驾驶员和副驾驶员之间还设计了一个救生舱口和救援绞车,这样,飞行员或者副手都可以进行救援操作任务。座舱也为乘客进出和货物装卸设计了单独的舱门,该机最多可以容纳六名全副武装的士兵。该机的机舱空间设计还是比较宽敞的,必要时可以装载六副担架伤员,医护人员则需坐在副驾驶上。

无疾而终——军用型贝尔48直升机的发展

上世纪四十年代初,美国军方进行了一项军事任务需求评估,评估结果认为他们需要一架内部有效载荷超过680公斤的新型直升机来执行人员和货物运输任务,并且这架直升机还要能够保证一定的续航性能。而贝尔飞机公司对XR-12B型直升机的飞行试验证明,该直升机的有效载荷完全可以达到1040公斤,为此,贝尔飞机公司的设计师们开始展开设计研究,该机机舱的布局和其他部件配置,从而来满足美国军方提出的需求指标。

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△美军士兵进入一架YH-12B型直升机,这是一架被美国军方用来进行任务性能测试评估的XR-12B型直升机

贝尔飞机公司总计制造了10架XR-12B型直升机交付给美国军方进行军事任务测试,这些直升机本来的预期交货时间是1946年夏天,每架直升机的价格在17.5万美元上下。然而,贝尔飞机公司在制造该机旋翼桨叶和旋翼的调速器的时候碰上了技术问题,结果导致无法按时交付这批直升机。为此,在1946年4月份,美国陆军航空军派遣驻扎在赖特机场的“螺旋桨实验室”(Propeller Laboratory)的技术专家介入该项目来帮助贝尔飞机公司解决了XR-12B型直升机旋翼系统中碰上的主要问题。

尽管旋翼系统的问题解决了,但是这样一种在当时显得非常“超前”(尽管现在看起来很普通)的直升机要投入使用显然不会如此顺利,贝尔飞机公司也“毫无意外”地在飞行测试中碰上了其他的一系列问题,并导致该机的交付时间继续延误。在这种情况下,美国陆航相关项目的负责人甚至提出采用西科斯基的S-51型直升机来替代贝尔“模型48A”直升机,不过最终美国陆航还是没有改变最初的合同,第一架XR-12B在1946年9月份交付到美国陆航手中,并被改名为YR-12B。

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△在美国陆航进行YR-12B型直升机任务性能评估期间,士兵将伤员装入机舱

YR-12B型直升机的主旋翼直径为14.48米,机身长度12.06米,机身高度为3.343米。满载的YR-12B总重为2854公斤上下,空机重量则为1680公斤左右。该机的巡航速度为145公里/时,最大飞行速度可达168公里/时,其实用升限为3960米,航程则为480公里。

YR-12B型直升机设计本身就是一种“稳定飞行”的航空器,说白了也就是该机很难完成一系列花里胡哨的特技飞行动作,尤其是在该机的飞行速度低于48公里/时的时候,飞行员就需要特别谨慎操作了。配装有浮筒的YR-12B型直升机能够在地面、水面和雪地上着陆。并且还允许该型直升机在水面上以每小时80公里的速度滑行。

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△起落架装备浮筒的贝尔48型直升机在飞行中

作为基本的兵员运输和货物运输直升机,YR-12B的任务性能测试评估可谓是完成得相当顺利,随后,该型直升机飞往美国陆航分布各处的基地进行试验性使用。

1947年9月18日,美国空军(USAF;United States Air Force)正式成立,直接接管了美国陆军地面部队直升机的采购工作。1948年,美国空军将所有采购直升机代号从R(对应Rotary-Wing)更新为H(对应Helicopter)。所以,YR-12B也就变成了YH-12B。

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△美国空军的YH-12B直升机,这架编号为225

1950年12月,考虑到美国空军可能不会再继续采购YH-12B直升机,贝尔飞机公司开始转向加拿大军方推销该型直升机,并在提交的建议书中将该机的能力稍微夸大了一番——建议书说这种直升机能够运送8名全副武装的士兵执行突击运输任务,也能在部队撤离的时候装下六副担架运送伤员,同时还能够承担运输货物和执行补给的任务。除此之外,贝尔飞机公司还指出该机能够“很方便”地装进标准运输机进行长途运输——只需要地勤人员拆除后轮、主旋翼和旋翼轴,然后将这些部件存放在直升机机身旁侧,就能完成远距离部署任务。

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△YR-12型直升机原型机的三视设计草图

然后,贝尔这份建议书并没有得到加拿大军方的热情回馈,对加拿大方面来说,其中原因很简单:美国军方都不采购了,那就说明他们并不认可这种直升机,加拿大军方肯定也不会采购。事实上,上世纪五十年代早期开始,美国军方确实开始停止使用YH-12B型直升机,也没有继续与贝尔飞机公司签署新的生产合同,不过这倒并不是这种直升机不好,而是当时刚从美国陆军中独立出来、方兴未艾的美国空军实在不知道拿这种直升机来干什么。而到了五十年代中期,美国军方的YH-12B几乎都已经完成退役,还能飞的YH-12B直升机大概只剩下留在贝尔飞机公司工厂中的一架参与了军方早期测试评估工作的YH-12B原型机。

民用版本的“模型48A”直升机构想

由于美国军方没有持续采购H-12B型直升机的计划,于是贝尔飞机公司考试考虑打造民用版本的“模型48A”直升机,在贝尔飞机公司的计划中,这种民用版本的直升机将会采用10座机舱布局,从而满足当时日益增长的直升机商用航空需求。

这种民用版本的“模型48A”直升机空重1907公斤,起飞总重大概在2900公斤上下,不过可以通过滑跑起飞的方式使得最大起飞重量达到3265公斤。这种版本的“模型48A”可以搭乘一名飞行员,一名副飞行员和八名乘客,其发动机采用的是普惠加拿大的R-1340型发动机。

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△贝尔飞机公司的YR-12民用版设计图样,其座位可以坐下八名乘客,加上主副飞行员,总计搭乘10人

这种设想中的改进的“模型48A”还采用了新型的起落架、浮筒,同时还可选装撬式起落架。贝尔飞机公司还为该机配备了早期的直升机自动驾驶仪,以便飞行员进行长时间的仪表飞行。除此之外,贝尔飞机公司还专门考虑了北极作业的需求,其巡航速度为144公里/时,极限飞行速度为224公里/时,同样也配备了救援绞车和设计了救生舱口。

走向欧洲与落叶归根——来往于大西洋两岸的YH-12B

1952年,贝尔飞机公司与意大利制造商乔凡尼·阿古斯塔签署了一份直升机制造许可协议,该许可协议授权的第一种直升机就是贝尔的“模型47D-1”型直升机。到1956年,贝尔剩下的YH-12B型直升机被运往意大利阿古斯塔的公司,阿古斯塔决定以此为基础,开始设计和生产制造属于自己的新型直升机。

阿古斯塔的计划是制造一架尺寸更大的直升机,至少要能够搭乘九名乘客,不过旋翼系统和动力传动系统还是采用“模型48”直升机的那套。贝尔飞机公司的设计师协助阿古斯塔公司的设计师完成了这种新型的被称为AB-102的直升机的设计工作,该机采用了与“模型48A”直升机一样的普惠加拿大R-1340型星形发动机。1959年2月份,AB-102原型直升机完成了首次试飞。

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△阿古斯塔公司生产制造的AB-102直升机

而贝尔运往阿古斯塔的那架YH-12B型直升机在完成了自身作为“样板机”的使命之后,被放入阿古斯塔公司的博物馆中展出,后来被转移到米兰的沃兰蒂亚博物馆。最近一段时间,这架古董直升机又横跨大西洋返航,抵达了位于印第安纳州门托内的贝尔飞机博物馆,目前正在那里进行修复工作,后续将会在那里展开。

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​△XR-12A型直升机的原型机,贝尔只造了两架


尽管贝尔48型直升机在现在看起来很普通,但是对于当时的直升机界以及美国军方来说,这样一架直升机大概已经算是跑在了时代的前头,美国军方可能还没考虑好到底该在哪种任务中应用上这种直升机,这大概就是该机没能大放光彩的重要原因。不过幸运的是,贝尔公司在该机的研制中积累了大量的经验,并在关键的生产制造技术上取得了突破,这一切都促成了后续的贝尔“模型204”或者说XH-40型涡轴动力直升机的成功,当然这就是另外一个故事了,一个同样精彩的故事,感兴趣欢迎持续关注… …

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