单翼双翼空中切换——尼基金-舍甫琴科IS“折叠战斗机”

“滚回绘图板”被淘汰的飞行器方案378

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尼基金-舍甫琴科 IS-4 机翼折叠状态

尼基金

IS-4 机翼展开状态

在整个航空史上，速度和起降性能总是不能兼得，速度越快的飞机，通常起降速度也越，这意味着起降阶段更难以操纵并且需要更长的跑道。在后掠翼喷气时代之后，设计师开发了变后掠翼技术解决这个矛盾。然而鲜为人知的是，在航空技术的上一次革命——双翼机向单翼机过渡的阶段，速度和起降的矛盾就已经出现，才华横溢的苏联设计师在那时候就提出了可变机翼的概念，不过可变的不是后掠角，而是一个可以折叠的机翼。

IS-4 机翼展开状态

瓦西里·瓦西里耶维奇·尼基金

瓦西里·瓦西里耶维奇·尼基金（Василия Васильевича Никитина）于 1901 年 3 月 14 日出生于莫斯科的一个官员家庭。1912 年，瓦西里进入建筑与工程学校，尽管发生了革命和内战，他还是于 1919 年毕业，获得“土木工程师”的资格。最初在铁路人民委员会 1 号工厂工作，1923年在戈罗维奇设计局开始从事航空设计，直接在著名设计师戈罗维奇和波利卡波夫领导下工作。后来转到伊留申领导的部门，直接参与了 I-2 和 I-3 战斗机、U-2 教练机、R-5 侦察机和TB-2 轰炸机项目。

NV-1教练机

NV-2 教练战斗机

1933 年尼基金成为 39 号“缅任斯基”工厂的轻型飞机设计师，开始独立领导项目。尼基京的第一架飞机是 NV-1教练机，只造了一架。但三年后，完成了 NV-2 教练战斗机。这架单翼飞机配备了当时广泛使用的 M-11 发动机，最大起飞重量仅为 750 公斤，速度高达 230 公里/小时。虽然非常成功，但是也没有投入量产。随后是水上飞机NV-4和初级教练机NV-5。

NV-4

U-5（NV-5）

1937年NV-5获得奥索维亚希姆安全飞机竞赛冠军，终于迎来空军青睐，作为U-2教练机的替代品命名为U-5，生产了12架，不过后来空军还是选择了波利卡波夫。随后的NV-6侦察机也没有量产。

折叠战斗机

尼基金于 1938 年构思了一种独特的折叠机翼的设计，用以解决当时逐渐普及的单翼飞机的起降性能问题。

IS-1建造过程

由于设计师本人的籍籍无名，尼基京的这个想法并没有获得多少支持，直到试飞员弗拉基米尔·瓦西里耶维奇·舍甫琴科（Владимир Васильевич Шевченко）参与该项目后，这位试飞员在当时已经是圈子里的知名人士。舍甫琴科吸收了失去了图波列夫（因为“间谍罪”被关押）的OKB-156成员，组建 OKB-30 的设计团队。

弗拉基米尔·瓦西里耶维奇·舍甫琴科

尼基金的设计在地面上看是一架传统的双翼飞机，前舱由四个30KhGSA 钢管框架组成，四个框架相互连接成桁架。中心部分附有一个篮子。它的中间包含一个用于机翼和起落架的提升和释放的气压动作筒。在篮子的外侧有用于下部中心部分的连接点。

IS-1结构

发动机安装点位于前框架上。第四个是后机身的连接点。第一和第二框架之间是前油箱，第三和第四框架之间是后油箱。后机身用十字张线支撑。机身外蒙皮分为前部和尾部。尾部框架由D16硬质铝合金框架和纵向异形纵梁制成，并覆盖有 ACT-100 织物。

IS-1

上机翼由海鸥形状的中心部分和两个控制面组成。机翼采用两翼梁设计，带有硬铝蒙皮。由铬锰硅管焊接而成的桁架式翼梁。翼肋由硬铝冲压而成，并用钢夹固定在翼梁上。上机翼的中心部分蒙皮有用于维修机枪的动力舱口。稳定器有两个翼梁，上面组装有冲压肋。稳定器通过四个螺栓固定在机身上，这使得稳定器在地面上的安装角度可以在+2到-4度的范围内改变。尾翼采用可拆卸的两翼梁设计，通过四个点固定在机身上。该机在上机翼中部配备了四挺ShKAS 7.62毫米机枪。

IS-1

当完成起飞后向内缩回起落架的时候，神奇的一幕就来了，起落架和下层机翼联动，向内向上折叠，一半的下翼收纳在机身侧面的凹槽中，另一半的下翼收纳在主机翼下表面的凹槽中。机翼的收回是通过机身中的单个垂直安装的气动动作筒驱动的，执行机构解锁两侧的支撑支柱，并在支撑支柱被向上拉动时向上拉动机翼。

IS-1

在起落架收起状态，飞机变成一架上单翼飞机。起落架收回和机翼折叠的控制是通过驾驶舱内的一个三位置操纵杆来完成的。选择“起落架向下”，机翼和起落架伸出，选择“起落架向上/机翼向下”，将起落架收回到内下机翼中，选择“机翼向上”，将机翼收回，可以随时选择机翼位置使飞行员能够根据飞机所处的情况选择最佳配置。

折叠机构示意图

在 TsAGI 风洞中吹扫 IS-1

到 1939 年，舍甫琴科领导的团队已经建造了一个全尺寸的“单双翼飞机”模型，对外宣称它结合了单翼飞机在速度方面的优势与双翼飞机的机动性和起飞和着陆特性。这时候，这架飞机意外的被斯大林获知，舍甫琴科获得召见，领袖给予了强有力的支持。

IS-1驾驶舱内的机翼折叠操纵杆

这架单双翼飞机在苏联 NKAP 的 No156 工厂制造，新飞机命名为“IS”，字面上是俄语“折叠战斗机”（ Истребитель складной ，罗马化： Istrebitel skladnoi ）缩写，但同时向人民的领袖致敬（也是斯大林名字的缩写）。

IS-2

第一架原型机即IS-1，1940 年 5 月 29 日，试飞员瓦西里·库列绍夫 (Vasily Kuleshov) 进行了首次飞行。随后他又进行了五次飞行。与普遍的担忧相反，虽然没有收起起落架飞机的表现无可挑剔。传奇试飞员格奥尔吉·希亚诺夫于1940年6月21日完成了起落架和下机翼折叠动作。

试飞中的IS-1

在 1941 年 1 月 9 日的最终报告中，希亚诺夫写道：“IS-1 的驾驶舱设备与 I-153、I-16 飞机类似。这些设备位置便利。发动机、飞机和武器的控制装置都位于合适的位置。驾驶舱的座位位置很舒适，但滑行时的视野太窄。起飞时，飞机升空轻松，不怕侧向移动。爆炸起飞是可能的。在高攻角下，没有失速的趋势。最佳爬升速度为200-210公里/小时。在240公里/小时的爬升速度下，观察到尾部单元有轻微的抖振型振动。

试飞中的IS-1

这架飞机很容易驾驶，并且“紧紧地坐在”空中。低速时尾部有轻微晃动。转动平稳，但感觉发动机动力不足。前方空中能见度也不足。根据仪器显示，IS-1在2000米的高度时速度增加到300公里/小时，并且可以在不使用舵的情况下滑行。以 190 公里/小时的速度接近地面着陆。但着陆能见度不足。着陆时侧风45 度 10 m/sec ，这架飞机毫无问题。”

IS-2

在 1940 年的试验中，著名飞行员S. 苏普伦和A. 格林奇克在飞行中成功地收起了机翼，并注意到 IS-1 出色的起飞和着陆特性。苏普伦表示“机翼和起落架可以轻松收起，此时飞机的行为正常，没有下沉。飞机很容易飞。非常擅长转弯和战斗转弯。您可以旋转 70 度进行转弯。以300公里/小时的速度。以 220 公里/小时的速度退出战斗转弯。平衡的飞机在操纵杆放下时飞行良好。飞机的横向和纵向稳定性都非常好。当机翼和起落架展开时，飞机表现正常。着陆很容易。”

IS-2

但其主要问题是配备 M-63 发动机的功率不足， 450 公里/小时的最高速度显然对1940年代是不够的，甚至远远低于 528 公里/小时的计算值。

IS原理被证明是可行的，因此，1941 年制造了的改进型配备950 马力 M-88 发动机的IS-2 ，改进了其前身的许多缺点。武器装备也得到加强——两挺12.7毫米机枪和两挺7.62毫米机枪。最高速度（估计）达到600公里/小时。因此，滚转性能不低于 Yak-1 或 Me-109。除了增加发动机功率外，IS-2的机身中部显着缩小，展弦比增大，发动机罩也变得更加流线型。

IS-2

但随后的德国入侵终断了一切，IS-2 只进行了四次试飞，没有进行飞行实验项目即被终止。除了生产复杂度高和成本相对较高的原因之外，IS-2在双翼机版本中无法在战斗中实现机动性。它的下机翼与起落架同步展开，这会急剧增加阻力，从而降低飞行性能。该设计的优点仅在起飞和着陆模式下更加突出。

IS-2原型机

生不逢时

IS-4

但尼基金和舍普琴科的设想并没有止步于此，IS系列还有两个图纸方案，对于IS-3的资料丢失了，而尼基金的最终版本IS是IS-4。

IS-4

IS-4将配备功率为 2000 马力的 AM-120 或 AM-37 发动机、采用流线型空气动力学设计和前三点起落架。预期在 6000 米的高度最大为650公里/小时！最大设计高度为13300米，这个数据显然过于乐观，不过这架飞机追平同时代的主流战斗机性能还是可能的。机翼可以选择单翼或双翼展开，起落架可单独收起，此时将拥有上一代双翼机优秀的起降和低速性能。