。从前三集我们大家可以看出,图波列夫设计局对于在自家轰炸机的基础上“魔改”出客机的套路屡试不爽。图-114客机作为世界上速度最快的螺旋桨客机,也是源于图氏家族的轰炸机,“魔改”的原型就是前苏联大名鼎鼎的图-95“熊”式轰炸机。
提到熊,大多数人你的第一反应是高猛雄壮,威风十足,用于图-95这种轰炸机上恰如其分,但和其它苏联飞机的代号一样,图-95的“熊”的名称依旧为北约所赐,而熊在西方的语境中常被代指莽夫,好吧,依然是一如既往的贬义词。
图-114客机的原型图-95“熊”,从1951年开始研制,1954年第一架原型机首次试飞,1956年开始交付使用。优异的性能使其不仅司职于轰炸机的角色,更被改装成海上巡逻机、预警机和特种飞机,也参与了一系列重大事件,例如在新地岛的“大伊万”氢弹投掷实验,改造成图-119核动力飞机等。
图-95在研制时,喷气式发动机已经普及,对面的美帝有8台发动机的B-52“同温层堡垒”,没落的“约翰牛”也有3V喷气式轰炸机,但是以涡喷式为主的早期喷气式发动机结构较为复杂、耗油率大,无法支撑战略轰炸机所需巨大的航程,图波列夫设计局因此决定采用库兹涅佐夫设计局的NK-12型涡桨发动机,每台额定功率高达11014千瓦(14975马力),而单位油耗仅有涡喷的一半左右;时至今日,NK-12仍然是当今世界上最大的涡桨发动机,而为了充分的利用巨大的发动机功率,每台发动机匹配两个直径达6.2米的同轴对转式四叶螺旋桨,也就是两个螺旋桨在同一轴线上转动,转速相同,但转动的方向相反。这套精心设计的动力系统,使得图-95能够达到不亚于喷气式飞机的900km/h的极速,在搭载20吨“莫洛托夫面包”的同时达到11000km的航程(作为对比,同时期喷气式的米亚4“野牛”只能达到5500km的载荷航程),成为苏联空军可靠的战略打击力量和“核平使者”。
实践证明,采用这种发动机不仅动力强大,在油耗上、维修保养上和耐用度也比涡轮喷气发动机有较大优势。简单来说,同时代比图95省油的轰炸机没它速度快,比它速度快的又没它省油。更换发动机之前的美帝B-52“同温层堡垒”,也不见得飞得过“熊”。
长寿的“熊”在经历了冷战对峙、东欧剧变、苏联解体之后,至今还在俄罗斯空军服役,是俄罗斯战略轰炸“三驾马车”(图-95MS、图-22M3、图-160)之一,目前还在持续中乌克兰战争中也有它的影子,当然它的任务已不再是临空扔铁疙瘩了,而是像B-52一样远远的发射巡航导弹进行背刺。囊中羞涩的俄罗斯空天军更是计划进一步延长其服役寿命,和它大洋彼岸的死对头B-52“同温层堡垒”一起,向着服役100年的目标迈进。
图-114客机立项是在图-104客机之后的。图-114原型机在1957年11月15日首飞,比图104晚了差不多两年半。至于研发的背景,现在流传最广的还是那个耳熟能详的的“玉米晓夫同志争气机”的故事:大概就是玉米同志想通过乘坐巨无霸的苏联国产民航客机访问米畜,彰显苏维埃国力的强大。但是这一个故事还是经不起推敲,毕竟1957年底图-114即实现了首飞,立项工作更是可以追溯到1955年左右,而玉米同志1959年才收到美帝的访问邀请。所以图-114的研发需求其实还是苏联民航对于远程客机的刚需,毕竟苏维埃地广人稀,陆地面积为2227.4万平方公里,从西边的加里宁格勒到东边的勘察加半岛足足跨越11个时区,直线万多公里,早期喷气式发动机过高的耗油率使得图-104客机载客航程只有约2750公里,即使是同期螺旋桨式的伊尔-18和安-10客机,载客航程也仅仅4000公里左右,所以研制一款能够直飞国内远程航线的客机,是苏联民航的刚需。
有了需求,苏联民航当局再看看国内有潜力改造成客机的轰炸机:图-104的原型图16太小,航程也不太够;米亚4“野牛”轰炸机的大小倒是够了,但是涡喷发动机太耗油,满载时5500公里的航程也不够看;新服役图-95轰炸机倒是个不错的选择,对转式涡桨发动机的低耗油率加持下,能达到11000公里的最大航程。那么,新型远程客机的就用图-95来进行“魔改”吧。
有了图104的经验,图-114的改造工作轻车熟路,图-114保留了图-95的对转涡桨发动机、机身后部结构和起落架系统,对机身和机翼进行了改进,加大了图-95细长的机身直径以获得更大的客舱空间,35度后掠翼也从军机常用的上单翼改为民航客机常见的下单翼,使得大翼不再穿过机身中部,以获得连贯的机身客舱空间,同时保留苏式风格的机头透明领航员座舱和其它主要设计,图-114诞生了。
发动机是一款飞机研发成功的关键,得益于涡桨发动机在图-95上的“良好使用体验”,图-114直接移植了图-95标志性的NK-12型涡桨发动机。使得图-114在保持大航程的同时最高飞行速度超过880公里/时,为螺旋桨式客机世界之最,也不输大部分的喷气式民航客机。
虽然外表看来都是螺旋桨,但是涡桨发动机与二战时的活塞发动机已经大不一样,功率从二战后期活塞式发动机的2000马力左右一跃窜升至15000马力。涡桨发动机的核心其实已经和涡喷发动机相似,只是涡桨发动机绝大部分能量由燃烧室出口的涡轮叶片汲取并传导到螺旋桨,小部分能量通过喷射高压气体产生推力;涡喷发动机则是大部分推力由喷射的高压气体产生,涡轮叶片只汲取小部分能量用来维持压气机工作。
之所以用双层对转式螺旋桨,也是一种妥协。涡桨发动机的功率,最终都是一定要通过螺旋桨体现。所以发动机马力越大,螺旋桨直径也就越大,桨叶也相应增加。但是螺旋桨的尺寸不能无限制增加,否则尺寸太大叶尖容易超过音速,这会引起:
为了避免叶尖超速,只能减小螺旋桨尺寸或者降低螺旋桨转速,但是这样又会导致发动机强大的功率无法全力发挥,因此只能用折衷的对转螺旋桨方案。同轴反转螺旋桨的前后两个螺旋桨,在行星齿轮带动下以不同方向旋转,除了能够发挥发动机强大的功率之外,也能够平衡螺旋桨产生的扭矩,不需要额外的配平。
1.螺旋桨结构较为复杂。正常螺旋桨飞机布局是一台发动机带一副螺旋桨(当然也有例外,例如二战德国的He-177是两台发动机带转一副螺旋桨),对转是一台发动机带动2副,转动方向还是相反的。这导致传动装置的设计复杂,还增加了额外的重量;
2.螺旋桨效率下降。两幅距离很近并且气流互相扰动的桨叶,虽然能够发挥发动机的强大功率,但是也不可避免的带来效率下降的影响,达不到1+1=2的效果;
3.螺旋桨噪声感人。如此巨型的双层螺旋桨反向旋转时会将气流撕裂,产生巨大噪音和震动。近期笔者看到一个新闻,2022年11月中俄两国空军在西太平洋海域上空组织实施例行性联合空中战略巡航,联合巡航后俄罗斯空军的图-95MS降落杭州机场,经过约四小时的整备后启程返回俄罗斯,起降期间的噪音之大令整个杭州都在颤抖,而冷战时期图-95飞行时,据说远在大西洋海底监听潜艇的水声监听网都能听见它。
图-95和图-114作为螺旋桨飞机,因为速度“过快”,达到高亚音速,所以围绕这套动力系统也有许多的传言,最著名的一个说法莫过于:NK-12型涡桨发动机的性能十分特殊——涡轮部分只向螺旋桨输出发动机总功率的1/3,另外2/3的功率则以喷气形式产生推力,图-95在750千米/小时之后速度巡航时,螺旋桨完全处于“顺桨”状态,只依靠喷气动力使得图-95的最大时速超过了900千米,成为速度最快的螺旋桨飞机。
这个传言在许多关于图-95和图-114的资料当中被引用,但是经过笔者考证,这个传言没有一点的依据,并且从技术上经不起推敲。首先,如果以喷气形式产生推力,就算螺旋桨处于“顺桨”状态,螺旋桨巨大的风车阻力也会极大的降低飞机的速度。其次,前文提到过,涡桨和涡喷发动机的涡轮盘设计和涡轮间隙有巨大差异,涡桨发动机涡轮盘需要吸收燃烧室产生的大部分能量驱动螺旋桨,而涡喷发动机的涡轮盘只需要吸收少部分能量维持压气机的自持转速,这两种涡轮盘结构差异巨大,要完成从低速螺旋桨驱动到高速喷气式驱动的转换,需要这台发动机能够在空中完成两种差异巨大的涡轮盘之间的“变形”,这是至今都没有实现的技术。最后,这个传言只有中文版本,笔者在图-95的外文资料中没找到相关的资料。
图-114原型机在1957年11月15日首飞,该机被命名为“俄罗斯”号。图-114飞机在很久是全世界最大和航程最远的客机,最大载客量224人,后期也有改造成170个卧铺的型号,有效载荷航程高达约10000公里。在波音B747出现前,一直霸占世界上最大的民航客机的宝座。
1958年起,图-114在古比雪夫(苏联解体后改回旧名萨马拉)飞机制造厂开始缓慢的批量生产,直到1964年停产,总产量仅33架。
1959年玉米同志在收到访美邀请之后,表示不想再坐小飞机一路经停去到美帝,也拒绝了将图-95临时改造成图-116专机的方案,而是想直接乘坐巨大的图-114给山姆大叔一个下马威。但此时原型机仍在试飞中,并且因为螺旋桨巨大的抖动和机翼改成下单翼之后的结构问题导致发动机周边、机身和机翼的连接处出现裂纹。但是赫鲁晓夫没放弃,他不断督促图波列夫加快进度,1959年6月,修复结构问题的原型机进行了首次跨大西洋验证飞行并取得成功。
1959年9月,赫鲁晓夫登上图-114原型机真正开始了访美行程。高度紧张的不仅有图波列夫本人,还有苏联的军方,苏联海军更是沿飞机航线在海面上部署了大量船队以防不时之需。据说飞机的下部舱室里坐满了图波列夫的工程师不断监控各种仪表,飞机上也配备了救生设备和充气筏。
好在飞行一切顺利,8000多公里的航程图-114没有经过一次经停就顺利抵达,但是专机降落后,尴尬的问题出现了。前文提过图-114的螺旋桨尺寸巨大,为了给巨大的螺旋桨保留足够的离地间隙,图-114的起落架非常高,美国的机场根本就没有与之匹配的登机梯,最终,从飞机上放下了一小段舷梯,搭在美国机场提供的客梯车上,让赫鲁晓夫同志成功的下了飞机。值得一提的是,正是此次访美对农业的考察,让赫鲁晓夫同志下定了决心在苏联展开广泛的玉米种植。
1960年,这架飞机又搭着赫鲁晓夫参加在美国举行的十五届联大会议,也正是在这次会议上,赫鲁晓夫用皮鞋敲打桌子,表示抗议,成为著名的外交事件。
1961年,图-114客机正式投入民航运营,执行从莫斯科到远东的哈巴罗夫斯克(伯力)的航线开始执行国际航班,目的地包括西欧、北欧、加拿大、印度以及古巴。其中最著名的航线当属古巴航线,苏联飞古巴的单程航程超过10000km,比图-114的有效航程略大,需要在海外经停一次进行加油,古巴导弹危机之后,美国对古巴做全面封锁,并且迫使海外国家的经停站点停止对图-114的油料支持。不服气的苏联当局当即要求图波列夫设计局专门研制了图-114远程型,该机增加载油量并减少了人员和货物搭载量,从莫斯科起飞之后只需在苏联境内的摩尔曼斯克做短停后就能直飞哈瓦那,从而绕开了美国的封锁。
图-114客机的总产量只有33架,服役时间也仅仅从1961年-1976年短短15年,但是源自轰炸机的坚固设计和作为领导人专机的可靠改进让其成为最安全的苏联客机,15年间运输了超过600万名旅客,仅仅发生一次重大事故,并且事故原因并非飞机设计问题,而是因为跑道积雪清理不及时导致飞机起飞时和积雪相撞起火。
当然,螺旋桨巨大的噪声和震动让不少旅客对这种飞机嗤之以鼻,尤其在国际航线上的长时间飞行,耳塞成为许多旅客的必备品,和同座乘客的沟通交流以及安静的用餐也成为一种奢望。
70年代起,图-114开始慢慢地退役,飞往古巴的航线远程客机执行,虽然图-114的燃油经济性比伊尔-62要好,但是飞行寿命短、维护费用贵、飞机备件少。1976年底,图-114彻底从苏联民航退役。
图-114比较出名的一个改进型号就是苏联第一种预警机—图-126,总共有12架图-114在生产线“苔藓”预警机,之所以说图-126是从图-114改进而来而非从图-95改进而来,是因为图-126采用了和图-114一样的下单翼而非图-95的上单翼。
同时,图-114也是第一种向非社会主义国家出口的苏联客机,1967年,日本航空公司(也就是JAL)为了获得从苏联领空过境飞往西欧的航权,曾经短暂的向苏联民航“湿租”(同时租赁机组人员和飞机)了2架图-114飞机,与苏联民航联营执飞莫斯科-东京航线,不过,据说聪明的美国佬也是借此机会在东京羽田机场接近停留的图-114客机,并根据其设计特点和飞行参数推测出了图-95轰炸机的性能。