【簡介:】直升機發(fā)展的起點中國的竹蜻蜓中國的竹蜻蜓和意大利人達芬奇的直升機草圖,為現(xiàn)代直升機的發(fā)明提供了啟示,指出了正確的思維方向,它們被公認是直升機發(fā)展史的起點。竹蜻蜓又叫飛
直升機發(fā)展的起點中國的竹蜻蜓中國的竹蜻蜓和意大利人達芬奇的直升機草圖,為現(xiàn)代直升機的發(fā)明提供了啟示,指出了正確的思維方向,它們被公認是直升機發(fā)展史的起點。竹蜻蜓又叫飛螺旋和“中國陀螺”,這是我們祖先的奇特發(fā)明。有人認為,中國在公元前400年就有了竹蜻蜓,另一種比較保守的估計是在明代(公元1400年左右)。這種叫竹蜻蜓的民間玩具,一直流傳到如今。現(xiàn)代直升機盡管比竹蜻蜓復(fù)雜千萬倍,但其飛行原理卻與竹蜻蜓有相似之處?,F(xiàn)代直升機的旋翼就好像竹蜻蜓的葉片,旋翼軸就像竹蜻蜓的那根細竹棍兒,帶動旋翼的發(fā)動機就好像我們用力搓竹棍兒的雙手。竹蜻蜓的葉片前面圓鈍,后面尖銳,上表面比較圓拱,下表面比較平直。當 釋放誘餌氣流經(jīng)過圓拱的上表面時,其流速快而壓力??;當氣流經(jīng)過平直的下表面時,其流速慢而壓力大。于是上下表面之間形成了一個壓力差,便產(chǎn)生了向上的升力。當升力大于它本身的重量時,竹蜻蜓就會騰空而起。直升機旋翼產(chǎn)生升力的道理與竹蜻蜓是相同的?!洞笥倏迫珪酚涊d道:這種稱為“中國陀螺”的“直升機玩具”在15世紀中葉,也就是在達芬奇繪制帶螺絲旋翼的直升機設(shè)計圖之前,就已經(jīng)傳入了歐洲?!逗喢鞑涣蓄嵃倏迫珪返?卷寫道:“直升機是人類最早的飛行設(shè)想之一,多年來人們一直相信最早提出這一想法的是達·芬奇,但現(xiàn)在都知道,中國人比中世紀的歐洲人更早做出了直升機玩具?!比芴觳胚_芬奇的畫達芬奇的直升機(3張)? 2013 Baidu - Data ? NavInfo & CenNavi & 道道通北京 直升機總公司意大利人達芬奇在1483年提出了直升機的設(shè)想并繪制了草圖。19世紀末,在意大利的米蘭圖書館發(fā)現(xiàn)了達芬奇在1475年畫的一張關(guān)于直升機的想象圖。這是一個用上漿亞麻布制成的巨大螺旋體,看上去好像一個巨大的螺絲釘。這種飛機器由四個人操縱,在達·芬奇時代流行的旋轉(zhuǎn)玩具可能引發(fā)了這位大發(fā)明家的設(shè)計靈感,他建議以旋轉(zhuǎn)一繞垂直軸的螺旋面來達到垂直的飛行。它以彈簧為動力旋轉(zhuǎn),當達到一定轉(zhuǎn)速時,就會把機體帶到空中。駕駛員站在底盤上,拉動鋼絲繩,以改變飛行方向。事實上,達·芬奇稱自己的發(fā)明也只是提供一個直升動力,而不是真正能工作的飛機。西方人都說,這是最早的直升機設(shè)計藍圖。盡管現(xiàn)代科學家認為達·芬奇設(shè)計的“直升機”可能永遠不會起飛,但這一設(shè)計仍舊是達·芬奇最著名的發(fā)明之一。直到今天,人們還將達·芬奇視為雙旋翼直升機概念的鼻祖。早期在20世紀40年代至50年代中期是實用型直升機發(fā)展的第一階段,這一時期的典型機種有:美國的S-51、S-55/H-19、貝爾47;蘇聯(lián)的米-4、卡-18;英國的布里斯托爾-171;捷克的HC-2等。這一時期的直升機可稱為第一代直升機。貝爾47是美國貝爾直升機公司研制的單發(fā)輕型直升機,研制工作開始于1941年,試驗機貝爾30于1943年開始飛行,1945年改名為貝爾47,1946年3月8日獲得美國民用航空署(CAA)的適航證,這是世界上第一架取得適航證的民用直升機。該機是單旋翼帶尾槳式布局、兩葉槳葉的蹺蹺板式旋翼。旋翼下面有穩(wěn)定桿,與槳葉呈直角。普通的自動傾斜器可進行總距和周期變距操縱。尾梁后部有兩個槳葉的全金屬尾槳。 卡-18是蘇聯(lián)卡莫夫設(shè)計局設(shè)計的單發(fā)雙旋翼共軸式輕型多用途直升機,于1957年年中首次飛行,此后不久投入批生產(chǎn)。采用兩副旋轉(zhuǎn)方向相反的3槳葉共軸式旋翼,槳葉為木質(zhì)結(jié)構(gòu)。裝1臺275馬力的九缸星形活塞式發(fā)動機。機身為鋼管焊接結(jié)構(gòu),具有輕金屬蒙皮和硬殼式尾梁。座艙內(nèi)可容納1名駕駛員和3名旅客。采用四輪式起落架,前起落架機輪可以自由轉(zhuǎn)向?!∵@個階段的直升機具有以下特點:動力源采用活塞式發(fā)動機,這種發(fā)動機功率小,比功率低(約為1.3千瓦/千克),比容積低(約247.5千克/米3)。采用木質(zhì)或鋼木混合結(jié)構(gòu)的旋翼槳葉,壽命短,約為600飛行小時。槳葉翼型為對稱翼型,槳尖為矩形,氣動效率低,旋翼升阻比為6.8左右,旋翼效率通常為0.6。機體結(jié)構(gòu)采用全金屬構(gòu)架式,空重與總重之比較大,約為0.65。沒有必要的導航設(shè)備,只有功能單一的目視飛行儀表,通信設(shè)備為電子管設(shè)備。動力學性能不佳,最大飛行速度低(約為200千米/小時),振動水平在0.25g左右,噪聲水平約為110分貝,乘坐舒適性較差。中期20世紀50年代中期至60年代末是實用型直升機發(fā)展的第二階段。這個階段的典型機種有:美國的S-61、貝爾209/AH-1、貝爾204/UH-1,蘇聯(lián)的米-6、米-8、米-24,法國的SA321“超黃蜂”等。這個時期開始出現(xiàn)專用武裝直升機,如AH-1和米-24。這些直升機稱為稱為第二代直升機。這個階段的直升機具有以下特點:動力源開始采用第一代渦輪軸發(fā)動機。渦輪軸發(fā)動機產(chǎn)生的功率比活塞式發(fā)動機大得多,使直升機性能得到很大提高。第一代渦輪軸發(fā)動機的比功率約為3.62千瓦/千克,比容積為294.9千瓦/米3左右。直升機旋翼槳葉由木質(zhì)和鋼木混合結(jié)構(gòu)發(fā)展成全金屬槳葉,壽命達到1200飛行小時。槳葉翼型為非對稱的,槳尖簡單尖削與后掠,氣動效率有所提高,旋翼升阻比達到7.3,旋翼效率提高到0.6。機體結(jié)構(gòu)為全金屬薄壁結(jié)構(gòu),空重與總重之比降低到0.5附近。已采用減振的吸能起落架和座椅。機體外形開始考慮流線化,以減小氣動阻力。直升機座艙開始采用縱列式布置,使機身變窄。性能明顯改善,最大飛行速度達到200~250千米/小時,振動水平降低到0.15g左右,噪聲水平為100分貝,乘坐舒適性有所改善。20世紀70年代至80年代是直升機發(fā)展的第三階段,典型機種有:美國的S-70/UH-60“黑鷹”、S-76、AH-64“阿帕奇”,蘇聯(lián)的卡-50、米-28,法國的SA365“海豚”,意大利的A129“貓鼬”等。在這一階段,出現(xiàn)了專門的民用直升機。為了深入研究直升機的氣動力學和其它問題,這時也設(shè)計制造了專用的直升機研究機(如S-72和貝爾533)。各國競相研制專用武裝直升機,促進了直升機技術(shù)的發(fā)展?!∵@個階段的直升機具有以下特點:渦輪軸發(fā)動機發(fā)展到第二代,改用了自由渦軸結(jié)構(gòu),因此具有較好的轉(zhuǎn)速控制特征,改善了起動性能,但加速性能沒有定軸結(jié)構(gòu)的好。發(fā)動機的重量和體積有所減小,壽命和可靠性均有提高。典型的發(fā)動機耗油率為0.36千克/千瓦小時,與活塞式發(fā)動機差不多。旋翼槳葉采用復(fù)合材料,其壽命比金屬槳葉有大幅度提高,可達到3600小時左右。翼型不再借用固定翼飛機的翼型,而是為直升機專門研制的翼型,即二維曲線變化翼型。槳尖呈拋物線后掠。槳轂廣泛使用彈性軸承,有的成無鉸式。尾槳已開始采用效率高又安全的涵道尾槳。旋翼升阻比達8.5左右,旋翼效率提高到0.7左右。機體次結(jié)構(gòu)也采用復(fù)合材料制造,復(fù)合材料占機體總重的比例通常為10%左右,直升機的空重/總重比一般為0.5。對于軍用直升機,特別是武裝直升機來說,提出了抗彈擊和耐墜毀要求。美軍方提出了軍用直升機耐毀標準MIL-STD-1290,已成為軍用直升機的設(shè)計標準。為滿足這些標準,軍用直升機采用了乘員裝甲保護,專門設(shè)計了耐墜毀起落架、座椅和燃油系統(tǒng)。電子系統(tǒng)已發(fā)展到半集成型。直升機采用大規(guī)模集成電路通訊設(shè)備、集成的自主導航設(shè)備、集成儀表、電子式與機械式混合操縱機構(gòu)等。機上的電子設(shè)備之間靠一條雙向數(shù)字數(shù)據(jù)總線交連,通過這條總線可進行信息發(fā)射和接收。直升機采用混合布置的局部集成駕駛艙。第一代夜視系統(tǒng)的使用使直升機具備了夜間飛行能力。這種較為先進的半集成電子設(shè)備使直升機通訊距離顯著增大,導航距離與精度明顯提高,儀表數(shù)量有所減少,飛行員工作負荷得到減輕,也使直升機具備了機動/貼地飛行以及在不利氣象/夜間條件下的飛行能力,從而提高了直升機的整體性能。動力學性能明顯提高。直升機的升阻比達到5.4,全機振動水平約為0.1g,噪聲水平低于95分貝,最大飛行速度達到300千米/小時?,F(xiàn)代20世紀90年代是直升機發(fā)展的第四階段,出現(xiàn)了目視、聲學、紅外及雷達綜合隱身設(shè)計的武裝偵察直升機。典型機種有:美國的RAH-66和S-92,國際合作的“虎”、NH90和EH101等,稱為第四代直升機。 這個階段的直升機具有以下特點:采用第3代渦軸發(fā)動機,這種發(fā)動機雖然仍采用自由渦軸結(jié)構(gòu),但采用了先進的發(fā)動機全權(quán)數(shù)字控制系統(tǒng)及自動監(jiān)控系統(tǒng),并與機載計算機管理系統(tǒng)集成在一起,有了顯著的技術(shù)進步和綜合特性。第3代渦軸發(fā)動機的耗油率僅為0.28千克/千瓦小時,低于活塞式發(fā)動機的耗油率。其代表性的發(fā)動機有T800、RTM322和RTM390。槳葉采用碳纖維、凱芙拉等高級復(fù)合材料制成,槳葉壽命達到無限。新型槳尖形狀繁多,較突出的有拋物線后掠形和先前掠再后掠的BERP槳尖。這些新槳尖的共同特點是可以減弱槳尖的壓縮性效應(yīng),改善槳葉的氣動載荷分布,降低旋翼的振動和噪聲,提高旋翼的氣動效率。球柔性和無軸承槳轂獲得了廣泛應(yīng)用,槳轂殼體及槳葉的連接件采用復(fù)合材料,使結(jié)構(gòu)更為緊湊,重量大為降低,阻力大大減小。旋翼升阻比達到10.5,旋翼效率為0.8。這個階段應(yīng)用了無尾槳反扭矩系統(tǒng),其優(yōu)點是具有良好的操縱響應(yīng)特性、振動小、噪聲低,不需要尾傳動軸和尾減速,使零部件數(shù)量大大減小,因而提高了可維護性。復(fù)合材料在直升機上獲得了前所未有的廣泛應(yīng)用。直升機開始采用復(fù)合材料主結(jié)構(gòu),復(fù)合材料的應(yīng)用比例大幅度上升,通常占機體結(jié)構(gòu)重量的30~50%。這一時期的民用型直升機的空重/總重比約為0.37。高度集成化的電子設(shè)備。計算機技術(shù)、信息技術(shù)及智能技術(shù)在直升機上獲得應(yīng)用,直升機電子設(shè)備朝著高度集成化方向發(fā)展。這一時期的直升機,采用了先進的增穩(wěn)增控裝置,用電傳、光傳操縱取代了常規(guī)的操縱系統(tǒng),采用先進的捷聯(lián)慣導、衛(wèi)星導航設(shè)備及組合導航技術(shù),先進的通訊、識別及信息傳輸設(shè)備,先進的目標識別、瞄準、武器發(fā)射等火控設(shè)備及先進的電子對抗設(shè)備,采用了總線信息傳輸與數(shù)據(jù)融合技術(shù),并正向傳感器融合方向發(fā)展。機上的電子、火控及飛行控制系統(tǒng)等通過多余度數(shù)字數(shù)據(jù)總線交連,實現(xiàn)了信息共享。采用了多功能集成顯示技術(shù),用少量多功能顯示器代替大量的單個儀表,通過鍵盤控制顯示直升機的飛行信息,利用中央計算機對通訊、導航、飛行控制、敵我識別、電子對抗、系統(tǒng)監(jiān)視、武器火控的信息進行集成處理從而進行集成控制。采用這類先進的集成電子設(shè)備,大大簡化了直升機座艙布局和儀表板布置,系統(tǒng)部件得到簡化,重量大大減輕。更主要的是極大地減輕了飛行員工作負擔,改善了直升機的飛機品質(zhì)和使用性能。直升機的全機升阻比達到6.6,振動水平降到0.05g,噪聲水平小于90分貝,最大速度可達到350千米/小時。編輯本段里程碑第一架直升機1907年8月,法國人保羅·科爾尼研制出一架全尺寸載人直升機,并在同年11月13日試飛成功。這架直升機被稱為“人類第一架直升機”。這架名為“飛行自行車”的直升機不僅靠自身動力離開地面0.3米,完成了垂直升空,而且還連續(xù)飛行了20秒鐘,實現(xiàn)了自由飛行。保羅科爾尼研制的直升機帶兩副旋翼,主結(jié)構(gòu)為一根V形鋼管,機身由V形鋼管和6個鋼管構(gòu)成的星形件組成,并采用鋼索加強,以增加框架結(jié)構(gòu)的剛度。V形框架中部安裝一臺24馬力的 Antainette 發(fā)動機和操作員座椅。機身總長6.20米,重260千克。V形框架兩端各裝一副直徑為6米的旋翼,每副旋翼有2片槳葉。試飛成功1938年,年輕的德國姑娘漢納賴奇駕駛一架雙旋翼直升機在柏林體育場進行了一次完美的飛行表演。這架直升機被直升機界認為是世界上第一種試飛成功的直升機。1936年,德國??斯驹趯υ缙谥鄙龣C進行多方面改進之后,公開展示了自己制造的FW-61直升機,1年后該機創(chuàng)造了多項世界紀錄。這是一架機身類似固定翼飛機,但沒有固定機翼的大型雙旋翼橫列式直升機,它的兩副旋翼用兩組粗大的金屬架分別向右上方和左上方支起,兩副旋翼水平安裝在支架頂部。槳葉平面形狀是尖削的,用揮舞鉸和擺振鉸連接到槳轂上。用自動傾斜器使旋翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜進行縱向操縱,通過兩副旋翼朝不同方向傾斜實現(xiàn)偏航操縱。旋翼槳葉總距是固定不變的,通過改變旋翼轉(zhuǎn)速來改變旋翼拉力。利用方向舵和水平尾翼來增加穩(wěn)定性。FW61旋翼轂上裝有周期變距裝置,在旋翼旋轉(zhuǎn)過程中可改變槳葉槳距。還有一根可變動槳距的操縱桿來改變旋翼面的傾斜度,以實現(xiàn)飛行方向控制。FW61就是靠這套周期變距裝置和操縱桿保證了它的機動飛行。該機旋翼直徑7米。動力裝置是一臺功率140馬力的活塞發(fā)動機。這是世界上第一架具有正常操縱性的直升機。該機時速100~120公里,航程200公里,起飛重量953千克。實用直升機1939年春,美國的伊戈爾·西科斯基完成了VS-300直升機的全部設(shè)計工作,同年夏天制造出一架原型機。這是一架單旋翼帶尾槳式直升機,裝有三片槳葉的旋翼,旋翼直徑8.5米,尾部裝有兩片槳葉的尾槳。其機身為鋼管焊接結(jié)構(gòu),由V型皮帶和齒輪組成傳動裝置。起落架為后三點式,駕駛員座艙為全開放式。動力裝置是一臺四氣缸、75馬力的氣冷式發(fā)動機。這種單旋翼帶尾槳直升機構(gòu)型成為現(xiàn)在最常見的直升機構(gòu)型。自首次系留飛行以來,西科斯基不斷對VS-300進行改進,逐步加大發(fā)動機的功率。1940年5月13日,VS-300進行了首次自由飛行,當時安裝了90馬力的富蘭克林發(fā)動機。投入批生產(chǎn)R-4是美國沃特-西科斯基公司20世紀40年代研制的一種2座輕型直升機,是世界上第1種投入批量生產(chǎn)的直升機,也是美國陸軍航空兵、海軍、海岸警衛(wèi)隊和英國空軍、海軍使用的第一種軍用直升機。該機的公司編號為VS-316,VS-316A。美國陸軍航空兵的編號為R-4,美國海軍和海岸警衛(wèi)隊的編號為HNS-1,英國空軍將其命名為“食蚜虻”1(Hoverfly1),英國海軍將其命名為“牛虻”(Gadfly)。編輯本段國產(chǎn)型號民國的直升機中國在抗戰(zhàn)時由中央航空研究院開展過有限的直升機理論研究。1944年,清華航空研究所曾在大后方的昆明從事過直升機的研究,并有論文發(fā)表。更令人震驚的是,幾乎于美國的R-4同時,中國開始設(shè)計制造直升機。1944年,中國飛機制造業(yè)的先驅(qū)朱家仁先生設(shè)計了中國第一架直升機。1945年秋,“蜂鳥式甲型單座直升機”研制成功,一架居然有共軸雙旋翼直升機誕生了!這是中國自己研制的第一架直升機,朱家仁也被稱為“中國的直升機之父”。1948年7月“蜂鳥”乙型直升機研制成功,這架直升機發(fā)動機功率91.7千瓦,旋翼直徑7.62米,機高2.63米,總重725.5千克,最大飛行速度每小時136千米,航程219千米。采用封閉式坐艙,甚至超過了國際上同類直升機。但由于內(nèi)戰(zhàn),蜂鳥直升機下落不明。在這里我們不能不提一下中國航空事業(yè)的先驅(qū)朱家仁,他畢業(yè)麻省理工學院航空工程系,回國后一直致力于中國航空事業(yè)。朱家仁是一位精干的實業(yè)家,一生埋頭工作,不圖名利,一生都獻給了中國的航空事業(yè),即使退休之后仍然進行研究設(shè)計。他先后研制有 “蜂鳥”甲、“蜂鳥”乙、縱列雙旋翼直升機,綽號“飛行香蕉”的CJC一3和CJC一3A等多種不同型號的直升機。他所取得的成果,比起歐美人一點也不遜色。這位航空先驅(qū)者由于內(nèi)戰(zhàn)去了臺灣,始終未能再回到自己的故土和奮斗過的那片土地,最后在美國逝世,長眠于異國。除此朱家仁外,還有很多航空人才值得我們銘記。他們中的很多人選擇了留在大陸。這也許是舊中國在航空事業(yè)留給中國的最大一筆財富。直5直-5(Z-5)是中國制造的第一種多用途直升機,也是新中國直升機科研應(yīng)用的開端。研制初期代號“旋風25”,原型為蘇聯(lián)米-4直升機。 直升機1958年2月,哈爾濱飛機工業(yè)公司按照蘇聯(lián)提供的全套圖紙資料開始仿制米-4,1958年12月14日首次試飛,1959年初由國家鑒定委員會正式驗收,投入批生產(chǎn)。63年9月21日航定委同意直5直升機優(yōu)質(zhì)過關(guān),批準定型投產(chǎn);其動力裝置活塞-7于同年12月25日優(yōu)質(zhì)過關(guān),投入批生產(chǎn)。共生產(chǎn)了545架。直-5可用于物資、人員輸送、救生、邊境巡邏。1980年停產(chǎn)。直-5采用1臺活塞-7氣冷星形14缸發(fā)動機,功率1770馬力(1250千瓦)。主螺旋槳直徑21米,長為16.8米,高為4.4米。起落架為固定四點式,前起落架橫向輪距1.53米,主起落架輪3.82米、前主輪距3.79米。機艙體積達16立方米,一個側(cè)艙門,一個蚌式后艙門。一次可運載11名全副武裝的士兵,或8個傷員擔架和1名醫(yī)務(wù)人員。發(fā)動機艙位于機頭,通過傳動軸驅(qū)動機艙頂部的主旋翼和尾部的尾槳。駕駛艙位于機頭前上部,兩人機組,兩人均可獨立完成飛行操縱??裳b載1.2噸貨物,吊運時可運載1.35噸。直-5的機艙內(nèi)可裝卸北京212A吉普,該吉普常用于作為78式82毫米無座力炮的載車,為空降兵提供火力支援。更大威力的是75式105mm無坐力炮,于1964年研制,可摧毀主戰(zhàn)坦克、裝甲車輛和堅固野戰(zhàn)工事等,1975年設(shè)計定型。火炮由炮身和炮架兩部分組成。采用了高、低壓發(fā)射原理和炮口制退器與縮小噴口相結(jié)合的方法。仍由北京-212A輕型越野車攜帶。初速(破甲彈)503米/秒,最大射程(殺傷爆破榴彈)7400米,有效射程(破甲彈)1100米;直射距離(破甲彈)580米,射速5~6發(fā)/分,炮身長3409毫米。尾槳為3片推進式玻璃鋼獎葉,駕駛員座艙位于機身前上部 艙內(nèi)有2個座椅。起落架為4輪式;動力裝置:1臺氣冷式14缸塞—7發(fā)動機,最大功率1250千瓦(1700馬力)。直6根據(jù)直升機部隊換裝的需要,為改進直-5存在的發(fā)動機功率低、高溫高原性能差、載荷小的缺點,哈爾濱飛機廠從1966年開始自行研制直6(Z-6)機(1968年,直6的設(shè)計工作轉(zhuǎn)為新組建的直升機設(shè)計研究所負責)。該機裝用一臺渦軸5發(fā)動機,動力艙在機身上部,是以空降為主的多用途直升機,根據(jù)需要還可進行其它改裝。1969年12月15日,飛行員王培民駕駛直-6首飛上天。1972年8月7日,一架直-6機在吉林省公主嶺附近飛行時發(fā)生一等事故,飛行員傅貴法等6人全部遇難.事故是因發(fā)動機體內(nèi)減速器抱軸卡死而引起的。為吸取這次慘重的血的教訓,設(shè)計單位對直升機及發(fā)動機做出了11項技術(shù)改進。1977年,國務(wù)院、中央軍委正式批準直-6機設(shè)計定型。直6研制邁出了中國直升機從活塞式走向渦軸化的關(guān)鍵一步,但由于發(fā)動機選型不當,單發(fā)動機不安全等原因,直-6未能正式投產(chǎn);簡介:直-6多用途直升機是哈爾濱飛機工業(yè)公司在直-5基礎(chǔ)上改型設(shè)計的以空降為主的多用途直升機,1969年12月15日首飛。后由中國直升機設(shè)計研究所負責,1970年轉(zhuǎn)至常州飛機制造廠和昌河飛機工業(yè)公司進行生產(chǎn),1977年設(shè)計定型,共生產(chǎn)了15架,未能正式投產(chǎn)。動力系統(tǒng):直-6機身上部安裝1臺渦軸-5發(fā)動機,功率1618千瓦。載12人?;緮?shù)據(jù):機長20.962米,機高5.593米;旋翼直徑21米;空重4820千克;最大起飛重量7600千克;性能數(shù)據(jù):最大速度192千米/小時;最大航程651千米;載重1200千克。直760年代中期,中國在研制輕型和中型直升機產(chǎn)品的同時,也開始考慮自個研制能裝載一個加強排兵力的重型直升機產(chǎn)品。根據(jù)部隊提出的需求,1969年,中國航空研究院決定由新組建的直升機設(shè)計研究所承擔重型直升機的設(shè)計任務(wù),直升機的編號為直7(Z-7)。1970年3月,直7研制工作開始,承擔研制的有直升機設(shè)計研究所等5個研究所、2個工廠。直7的研制方案是:裝兩臺渦軸5甲發(fā)動機,采用6片旋翼;除重新設(shè)計槳轂和減速器外,其它盡量采用直5和直6的零部件。直7設(shè)計為最大起飛重14400千克,有效商載3500千克,最大速度240千米/小時,最大航程350千米,實用升限6000米。1971年直7開始進行機體和部件的靜力試驗及調(diào)試。其間,領(lǐng)導機關(guān)曾決定將直7作為艦載直升機的試驗機,到1971年9 月,直7改艦載的工作停止,繼續(xù)作為普通直升機研制。1975年5月,直7零部件加工完成了97%,并已裝配成兩架機體,配套生產(chǎn)的成品已到貨90%。1979年,直7重型直升機完成了全機靜力試驗。然而,1979年6月28日,國家決定直7重型直升機研制工作停止.其原因是由于國家財力有限,不可能同時投資研制兩種重型直升機,為了全力確保由江西景德鎮(zhèn)直升機廠承擔研制直8型直升機項目,直7直升機只得為直8讓路,從而宣告了直7重型直升機的夭折。盡管直7項目下馬了,但直7研制的許多成果為后來成功研制出最大起飛重量達13000千克的直8重型直升機打下了堅實的基礎(chǔ)。直8中國于70年代末購進了14架法國航宇工業(yè)公司研制的SA321“超黃蜂”大型多用途直升機, 交由海軍航空兵部隊使用。該機型在法國于1966年開始交付使用,裝備后成為中國第一代艦載機。隨后,中國開始在“超黃蜂”得基礎(chǔ)上仿制直-8。直8直升機(12張)直-8(Z-8)的研究工作由中國直升機設(shè)計研究所與昌河飛機工業(yè)公司共同執(zhí)行??傮w的規(guī)劃是以直-8艦載反潛型為突破口,進行引進仿制,隨后進而改進研制直-8陸軍型,從而逐步提高中國大中型直升機科研、生產(chǎn)和裝備的水平。1976年研制工作開始,首架原型機于1985年12月首飛,1989年11月通過國家技術(shù)鑒定,1994年12月設(shè)計定型。1989年,首架生產(chǎn)型直-8于交付海軍航空兵使用。(文字:加特林)早在60年代中期,中國在研制輕型和中型直升機產(chǎn)品的同時,已開始考慮研制能裝載排級單位的重型直升機。1969年中國航空研究院決定由新組建的直升機設(shè)計研究所承擔重型直升機的設(shè)計任務(wù),機型編號為直-7。1971年直-7開始進行機體和部件的靜力試驗及調(diào)試。其間一度決定將直-7作為艦載直升機。1975年5月,直-7零部件加工完成了97%,并已裝配成兩架機體,配套生產(chǎn)的成品已到貨90%。1979年直-7完成了全機靜力試驗。1979年6月28日決定直-7研制工作停止。據(jù)說原因是國家財力有限,不可能在研究直-7的同時,在資金上保障由景德鎮(zhèn)直升機廠的仿制直-8型直升機項目。因此直-7被迫夭折,但研制的許多成果為研制直-8打下了基礎(chǔ)。直-8曾經(jīng)被看作中國陸航、海航的一大飛躍,因為這是中國第一種國產(chǎn)大中型多用途直升機。不想在2002年前的漫長歲月里,直-8生產(chǎn)量很低,不超過20架,又變成了一個雞肋。直-8采用了常規(guī)的直升機總體布局,單旋翼帶尾槳。旋翼為6片矩形膠接全金屬槳葉,槳轂鉸接式,裝有揮舞鉸、軸向鉸和帶液壓減震的擺向鉸。位于尾翼頂端的尾槳共5片。為適應(yīng)水上用途,采用船形機身,水密艙,兩側(cè)有固定水陸兩用短翼浮筒,可以進行水上起降。在陸上采用不可收放前三點式起落架。直-8采用3臺渦軸-6型發(fā)動機,兩臺在減速器前,一臺在后,單臺最大起飛功率1128千瓦(1550馬力)。機內(nèi)主油箱由3組8個軟油箱組成,總有效容積3900升。燃油箱及相關(guān)艙室均有通風系統(tǒng),每組油箱有一個重力加油口,位于機身左側(cè)。直-8可載運27名全副武裝的士兵,此時航程700千米,最大載重情況下可載運39人;也可以載運一輛BJ-22吉普及有關(guān)人員;或裝載3000公斤貨物飛行500千米,或外掛運送5000千克貨物到50千米外的目標區(qū)域,然后返回原地。用于救護時直-8艙內(nèi)可載15名傷病員及擔架,以及一名醫(yī)護人員。執(zhí)行搜索救援時,機上可裝備一臺液壓救生絞車和兩只救生艇,在陸地和海上執(zhí)行救援任務(wù)。實際上中國仿制直-8的目的不在于陸基使用,而是為獲得一種可靠的艦載直升機。因此直-8很快發(fā)展了艦載型號。直-8可裝備吊放聲納、搜索雷達,可采用的武器包括魚雷或?qū)椀?。?zhí)行掃雷任務(wù)時,可拖曳一個掃雷具,在距基地92千米的水域以46千米的時速掃雷兩小時。布雷作戰(zhàn)時可攜帶8枚250千克的水雷。海軍型號的直-8已多次參與實際任務(wù)。直-8還發(fā)展了陸軍型直-8A直-8還可用于人員運輸、地質(zhì)勘探、航空測繪、建筑施工、森林防火、邊防巡邏、通訊聯(lián)絡(luò)指揮等民用用途。直-8曾順利執(zhí)行過搶險救災(zāi)和科研試飛等任務(wù),1993年首飛西沙成功。直-8產(chǎn)量低的原因尚無公開資料可詢,估計最大的可能是仿制品的性能不行,或核心部件無法自行生產(chǎn),如發(fā)動機。從陸航大量購入米-17來看,直-8在陸軍沒什么地位。海航裝備了直-9,也許這種輕型直升機才是噸位還不大的海軍艦艇所急需的。直-8原型SA321性能其實不錯,是法軍主力,我們辛辛苦苦仿制出來,卻又無法解決核心部件問題的國產(chǎn)化問題。2002年5月外電報道,中國計劃恢復(fù)直-8的生產(chǎn),將采用加拿大普·惠公司的PT6系列發(fā)動機,進而引進其發(fā)動機生產(chǎn)技術(shù)。報道稱昌河公司在1997年停止生產(chǎn)直-8之前,已經(jīng)制造了17架,其中12架在海軍服役。如報道屬實,說明軍方還是希望能有一種自行研制的大型直升機可用。此外也側(cè)面印證了直-8存在發(fā)動機無法自行研制的問題。所謂“柳暗花明又一村”,2002年航展上直-8F的出現(xiàn),宣告了直-8吐氣揚眉的日子到來了。F型是直-8A的最新改型,換裝了進口PT6B-67A發(fā)動機(下圖為PT-6B),最大起飛功率從1190千瓦提高到了1448千瓦,升限提高到4700米,有效地效懸停由原來的1900米提高到2800米。F型能在4500米高原啟動,發(fā)動機大幅度增加了首翻期,達到了3500小時。進氣口增裝防沙裝置,改善野外使用性能,因此座艙上方機體外形上有所變化。用有防冰除冰能力的復(fù)合材料槳葉替換原先的金屬槳葉,提高了懸翼的壽命效率和性能,改裝新的航電系統(tǒng)。F型當前仍在研制階段,計劃2005年換發(fā)型投放市場,有望大量裝備解放軍使用。而PT6系列發(fā)動機也必然要展開國產(chǎn)化工作。請善用百度搜索。謝謝,祝您生活愉快!
字數(shù)有限更多知識去 看 直升機是靠發(fā)動機驅(qū)動旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力和推進力,能在大氣中垂直起降、懸停、定點回轉(zhuǎn)、前飛、后飛和側(cè)飛等可控飛行的重于空氣的飛行器。按照旋翼數(shù)量的多少和布局形式,可分為單旋翼帶尾槳的直升機、雙旋翼直升機(包括共軸式、縱列式、橫列式)以及新概念直升機(V-22)。直升機的發(fā)展經(jīng)歷四代,分別是:以活塞式發(fā)動機為動力裝置,最大平飛速度 200km/h,如貝爾-47、米-4等; 20世紀60年代,采用渦輪軸發(fā)動機,最大平飛速度 250km/h,如AH-1、米-24、超黃蜂等; 20世紀80年代,以復(fù)合材料槳葉為突出特點,最大平飛速度 300km/h,如AH-64、卡-50、S-70、黑鷹等; 近年來,以復(fù)合材料在槳葉和機體進一步增大為突出特點,最大平飛速度 350km/h,如RAH-64、NH-90、S-92、AS-350等。直升機發(fā)展史第一節(jié) 緒論人類的航空發(fā)展史始于十六世紀,早期觀察鳥類的飛行,人類夢想著有朝一日能像鳥類一般自由自在的遨游于天空。自然地,由觀察鳥類飛行所得的現(xiàn)像,引導著早期航空的發(fā)展。鳥類的飛行大底上可劃分為三個階段:起飛,飛行及降落;而起飛亦可分為兩種:跑步起飛和跳躍起飛;而飛行亦可分為兩種:前進飛行和空中停留。一開始,人們想利用可上下移動的翅膀靠著其運動而如鳥類般的飛行,但是此一構(gòu)想除了玩具外并無法真正地讓人類飛上天空。雖然如此,人類并不因此而放棄,經(jīng)過長期的努力終于在十九世紀發(fā)明了固定翼的飛行機器,此即目前大家所熟悉在運輸上扮演非常重要角色的飛機。而飛機的發(fā)明雖然讓人類可以飛上天空,但這只能仿真鳥類的跑步起飛以及前進飛行。對于另外的跳躍起飛及空中停留的現(xiàn)像卻一直無法達成。但當時航空的先驅(qū)們并不因此而停止,他們曉得如果要完全的了解飛行的現(xiàn)像,必須解決在無前進速度下空中的停留以及在限制的環(huán)境下垂直地起飛和降落。而此方向的探討一直持續(xù)到直升機的開發(fā)。當時研究直升機的他們所面臨的最大問題有三:(1)降低機身結(jié)構(gòu)及引擎的重量,以便飛行器有足夠剩余的升力可供使用;(2)抵消因主旋翼轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的扭力;和(3)飛行時如何操控。降低重量主要朝著利用較輕的材料和提高引擎的效益,亦即提高引擎所能提供的有效功率和引擎的重量比著手,前者導致鋁合金的使用和最近復(fù)合材料的使用,而后者因限于早期只有往復(fù)式引擎而無法有突破性的進展,一直到后來渦輪引擎的發(fā)明才有進一步的發(fā)展。其次為克服旋翼所產(chǎn)生的扭力,結(jié)果導致目前所能看到的各種不同的直升機外型,如主尾旋翼、橫向雙主旋翼、前后主旋翼、同軸上下旋翼等。最后對于飛行的操控則導至目前主旋翼的通用型態(tài),包括翼插梢及翼切面集合傾角(collective pitch)和循環(huán)傾角(cyclic pitch)的控制。所謂集合傾角即同時改變所有翼片的傾角來達到不同升力的效果,此時升力垂直于旋翼旋轉(zhuǎn)平面。另外旋翼循環(huán)傾角即翼片傾角隨著旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)動做周期性的改變,而其功用在于旋翼的升力隨著翼片旋轉(zhuǎn)時的位置不同而改變,使得旋翼的旋轉(zhuǎn)平面由水平往側(cè)邊傾斜,造成旋轉(zhuǎn)翼之升力由垂直向上往旁傾斜,因此有水平的分量來拉直升機做水平的飛行,如果其往前傾斜,則直升機亦往前飛行。 第二節(jié) 直升機概念的萌芽最早直升機的概念可以追溯到前(B.C. 400)中國已有的竹蜻蜓,竹蜻蜓包含一螺旋槳裝在一根垂直軸上,人們以手轉(zhuǎn)動此軸即可使竹蜻蜓升空飛行,這可能是人類最早的概念直升機。但是此一概念并沒有繼續(xù)的發(fā)展,一直到十五世紀,達芬奇(Leonardo de Vinci)繪出他所認為飛行的機器,在圖中他建議以旋轉(zhuǎn)一繞垂直軸的螺旋面(雙旋翼直升機概念鼻祖)來達到垂直的飛行。達芬奇的直升機設(shè)想,與竹蜻蜓 在十八世紀末期,Launoy 和 Bienvenue 制造了一架可自行起飛的旋轉(zhuǎn)翼玩具。在 1796年英格蘭的George Cayley 公爵制造了一些成功的直升機模型(右圖),其中一架飛到27米高。在 1842年英格蘭的 W. H. Phillips 制造一以蒸氣推動的模型直升機重 10千克。在此必須提到一個人名叫 PontonD'Amecourt,他相信飛行的可能,于 1863年創(chuàng)造了直升機(helicopter)這個字,根據(jù)其定義直升機即螺旋狀的機翼,此機翼繞著一軸旋轉(zhuǎn),如果此軸垂直則機翼沿著軸垂直上升。他制造一以蒸汽引擎推動的模型,為了減輕重量他以鋁材料建造蒸汽缸,雖然在當時人類并未發(fā)現(xiàn)鋁材料;而為了抵消旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的扭力,他利用兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的共軸螺旋槳:但是此模型所產(chǎn)生的升力并無法令模型升空。因而這些先驅(qū)者開始研發(fā)可行的引擎,可以提供足夠的動力。終于在 1877年意大利的 Enrico Forlanini 教授以一個四分之一馬力的蒸汽引擎成功地使一重八千克的模型飛行二十秒,最高達到十二米。十年以后于 1887年,法國的 Gustave Trouve 成功地以電動引擎來推動他的模型。 1880年美國的愛迪生先生制造一螺旋槳的測試臺并以馬達來轉(zhuǎn)動螺旋槳認識到直升機所需要的是一很輕的引擎且能提供大量的功率-即重量對功率的比為 1 to2 kg/hp,而當時的蒸汽引擎并不適合直升機的飛行,所以他開始從事引擎的開發(fā)。于實驗室里,他利用棉火藥作為引擎的燃料,但經(jīng)過一次嚴重的爆炸而放棄。其后經(jīng)過很多年的模型嘗試,一直到了二十世紀初期,才有人開始嘗試一些較大且可攜帶飛行員的直升機。而飛機開發(fā)的成功,對直升機的先驅(qū)們造成很大的沖擊,他們不止努力地急起直追,一些飛機上使用的零件及概念亦被引用到直升機上,如螺旋槳、引擎及垂直徑 6米的螺旋槳裝在一以鐵管制的 V 型機身上,機身中心位置裝有飛行員座位及一二十四馬力的引擎,透過滑輪及皮帶轉(zhuǎn)動前后槳,為了達到方向控制,在螺旋槳下方各裝一平面,透過控制平面的傾斜角度,利用螺旋槳的下洗流方向來達到直升機的方向控制。這一架直升機總重203千克飛行員 57千克共260千克,于十一月十三日的試飛中離地0.3米空中停留約20 秒,試飛時為了防止無法控制,直升機以繩索綁住以防止上升過高。但因些機械及控制的問題,最后于一次試飛中,此架直升機因高度振動而破壞。1909年美國 Emile 和Henry Berliner 父子建造了一架同軸雙螺旋槳以兩個引擎帶動的直升機,沒有以纜線綁住的情況下成功地試飛。其后在1922年他們建造了一架橫向雙螺旋槳的飛行機器,在此不用直升機這個名辭,因為此機并無空中停留的能力,他們將螺旋槳相對于機身往前傾斜,利用螺旋槳產(chǎn)生的升力在水平方向的分量來前進飛行。1912年蘇聯(lián) Yuriev 建造了一架原型機重200千克(下圖),這是世上第一架只有單一主螺旋槳配上一垂直反扭力螺旋槳。而此設(shè)計即目前最常見的型式。因為經(jīng)濟問題再加上第一次世界大戰(zhàn)及蘇聯(lián)革命,他停止繼續(xù)研究。 后來于1923年 Emile Berliner 以此一設(shè)計申請專利。1916年澳大利 Petroczy 和 Van Karman 建造一共軸雙螺旋槳直升機重 815千克,螺旋槳直徑 6米以一 120馬力的引擎帶動,為維持其穩(wěn)定性以纜線綁在地上,此機試飛時離地 49米,但在第十五次降落時墜毀。在第一次世界大戰(zhàn)前后,因戰(zhàn)爭需要高性能的飛機,較佳的引擎被開發(fā)出來,直升機所面臨功率不足的問題迎刃而解。有了足夠的動力令直升機起飛,先驅(qū)們開始可以集中精力在直升機穩(wěn)定性及控制性的問題上加以探討。為解決控制穩(wěn)定的問題,一些以前直接引用飛機的概念有了進一步的修正,如不再以垂直尾舵的方式來控制方向而改以翼面循環(huán)傾角和以旋轉(zhuǎn)翼來取代螺旋槳等。旋轉(zhuǎn)翼與螺旋槳最大的不同在其剛性的設(shè)計,旋轉(zhuǎn)翼為柔性設(shè)計,允許翼片大量的位移及變形。反之螺旋槳則為剛性設(shè)計只允許少量的變形。第一次大戰(zhàn)結(jié)束的幾年后,有三位直升機制造者競相地號稱其完成真正的飛行。事實上他們試飛的日期相隔不久,且各自有其破當時直升機第一次飛行的記錄和對直升機的發(fā)展有所貢獻。茲將他們的事跡分別類舉:I. Pescara 在第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束時,一位阿根廷(Argentina)的工程師 Marquis Pescara 建造一架包含兩個轉(zhuǎn)向相反的共軸旋轉(zhuǎn)翼直徑 6.4米,每一旋轉(zhuǎn)翼有上下兩個平面,每一平面有四個翼片:此架直升機經(jīng)過幾次的試飛及修改后具有 180馬力,在1923年十一月十九日破當時飛行距離的記錄飛行了736米。他是第一位有效地以扭轉(zhuǎn)翼片的方法來控制旋轉(zhuǎn)翼的循環(huán)傾角,同時他亦是第一位了解直升機具有自動旋轉(zhuǎn)降落(autorotation)能力的人。在此之前,人們都相信直升機如飛機般只有在引擎運轉(zhuǎn)時才能飛行,當引擎停止時直升機會像飛機一樣掉下來。由他的陳述中得知:當沒有引擎推動的情況下降落,若將翼片傾角降低至非常小可使旋轉(zhuǎn)翼繼續(xù)旋轉(zhuǎn),如風車一般。當下降至一程度時,將翼片傾角增加產(chǎn)生升力,其作用就有如煞車一般減低直升機下降的速度,同時可以提供直生機安全降落所需的升力。II. De Bothezat一位蘇聯(lián)的科學家于蘇聯(lián)革命時被迫逃離母國到美國,于1916年他寫了一本直升機旋翼理論的書。在1921年六月一日他和美國陸軍簽署一項合約,幫軍方發(fā)展一架可升高至 100米且可在引擎轉(zhuǎn)速下降情況下降落的直升機,此為美國軍方第一次直升機訂單的合同。此機為一交叉型鐵管梁組成的機身,于梁的四端各有一六個翼片直徑 6.6米的旋轉(zhuǎn)翼,旋轉(zhuǎn)翼片的傾角則由一飛輪控制,全機重 1610千克配以一200馬力的引擎(下圖)。當前后兩組旋轉(zhuǎn)翼的翼片傾角不同時,造成前后的升力差,由此可達到機身的縱向控制;左右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)翼的翼片傾角不同時,造成左右升力差,由此可達到機身的翻滾控制。而此設(shè)計更利用翼片負傾角來達到自動旋轉(zhuǎn)降落的要求。于1922年十二月十八日在一些人的見證下,在高度約兩米空中停留,但于飛行過程中,機身的水平方向無法有效控制以致機身往側(cè)向移動,因此在空中停留了一分四十二秒后降落。而此計劃亦因其無法達到合約目標及考慮當任一旋翼故障時的非對稱形控制問題而取消。 III. Oehmichen一位法國工程師 Etienne Oehmichen 在1920年建造一架類似 Paul Cornu 所造的直升機,機身由一水平梁構(gòu)成,于梁的兩端各有一雙翼片旋轉(zhuǎn)翼,其直徑 6.4米由一20 到25馬力的引擎透過皮帶來帶動。但此機升力不足,他以纜線將一充滿70 立方米的氫氣球懸吊在上機身架子:氣球不只提供其升空所需不足的升力,同時氣球的阻力亦有穩(wěn)定直升機的功能。但此機并非真正的直升機,他給其一個新的名辭叫“helicostat”,意即靜升力輔助直升機。當時直升機發(fā)展趨勢是朝真正直升機,因此他開始著手建造真正的直升機,而 helicostat 的觀念后來被用來吊起很重的對象而非用來穩(wěn)定直升機。他所建造的直升機類似 Bothezat 所建造的有四個旋轉(zhuǎn)翼,另外他又加上八個小螺旋槳用來推進及控制,所有系統(tǒng)由一 120馬力的引擎帶動,總重大約900千克,如下圖:在1923年五月完成超過五分鐘的空中停留,次年五月四日完成 1 公里長的繞圈飛行,飛行最高點為 16米。一直到1934年,直升機的發(fā)展并無顯著的進步,此一時期亦有些先驅(qū)從事直升機的開發(fā)。英國 Louis Brennan (1924-1925年)建造了一架直升機在其旋轉(zhuǎn)翼的自由端裝有螺旋槳,以螺旋槳的推力來轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)翼。而旋轉(zhuǎn)翼相對于旋轉(zhuǎn)軸則可自由旋轉(zhuǎn),因此無因旋轉(zhuǎn)翼旋轉(zhuǎn)所造成的扭力問題。荷蘭 A.G. von Baumhauer (1924-1929年)開發(fā)一直升機,有一雙翼片直徑 15米的主旋轉(zhuǎn)翼,由一200馬力的轉(zhuǎn)子引擎帶動,同時以一由另一個 80馬力轉(zhuǎn)子引擎帶動的垂直尾旋轉(zhuǎn)翼,用來平衡主旋轉(zhuǎn)翼所產(chǎn)生的扭力。主旋轉(zhuǎn)翼裝有撲動插梢允許翼片上下翻轉(zhuǎn),但同時以一纜線連接兩個翼片形成一翹板式的旋轉(zhuǎn)翼(teetering rotor),所謂翹板式旋轉(zhuǎn)翼即一個翼片如果上升則另一翼片則下降,此型的旋轉(zhuǎn)翼通常使用在雙翼片旋轉(zhuǎn)翼上。翹板式旋轉(zhuǎn)翼其二翼片亦可為連續(xù)性的構(gòu)造以單一撲動插梢連接于轉(zhuǎn)軸上。相同的觀念用于多翼片旋轉(zhuǎn)翼時稱為吊架式旋轉(zhuǎn)翼(gimballed rotor)再利用一片斜盤板(swashplate)的傾斜改變翼片的循環(huán)傾角來達到控制的目的,此發(fā)明得到法國及英國的專利權(quán)。意大利 Corradino d'Ascanio (1930年)建造一同軸雙旋轉(zhuǎn)翼直升機。旋轉(zhuǎn)翼為雙翼片直徑 13米,由一95馬力的引擎帶動,翼片裝有撲動插梢及翼片傾角轉(zhuǎn)動鉸煉(feathering hinge),另外他利用翼片尾端的控制片來改變翼切面外形,進而改變空氣動力的特性來達到翼片集合傾角及循環(huán)傾角的控制,而控制片則由飛行員利用纜線及滑輪來操控,于垂直飛行時,控制片同時移動以增加或減小全部翼片的傾角,藉以改變直升機的升力,水平飛行時控制片則做周期性的改變。其飛行記錄-高度 18米、飛行時間 8 分 45秒及距離 1078米則保持了好幾年。美國 M. B. Blecker (1926-1930年)建造了一架有四片類似機翼的旋轉(zhuǎn)翼直升機,為克服扭力問題,于每個機翼上裝有一螺旋槳,全部機翼則繞旋轉(zhuǎn)翼的主軸自由旋轉(zhuǎn),動力則透過齒輪和煉條由一裝于機身的 420馬力引擎帶動,控制則由機翼上附加的空氣動力板面及機身尾舵的移動來達到。此機經(jīng)過多次的測試,但因振動及不穩(wěn)定的問題而被放棄。Hellesen-Kahn (1926年)建造了一架有兩個旋轉(zhuǎn)機翼的直升機,機翼長度 6.5米,全部機翼面積大約20 平方米。在每個機翼中間裝置有螺旋槳由一75馬力的引擎帶動,因而使機翼繞著軸轂旋轉(zhuǎn),于試飛時因離心力及回轉(zhuǎn)力的問題無法解決而放棄。于法國及英國 Isacco(1929年)采用類似的設(shè)計, 如下圖:兩翼各由一個 32馬力的引擎來推動裝置于翼端的螺旋槳,由兩機翼組成的旋轉(zhuǎn)翼直徑 12.5米,另外他于機鼻部份加裝一引擎及螺旋槳做為水平推進的力量??墒侵糜谝矶说囊嬉驒C翼旋轉(zhuǎn)而承受巨大離心力,使得其供油及潤滑非常困難,因而此計劃經(jīng)過幾次試飛后就停止了。匈牙利 Oscar de Asboth (1928-1930年)建造一架共軸雙旋翼直升機, 如下圖:其旋轉(zhuǎn)翼直徑 4.30米由一 130馬力引擎帶動,翼片由柔性木質(zhì)材料制成。飛行員經(jīng)由一操縱桿及腳踏板控制裝于機身的六片繞水平軸回轉(zhuǎn)的反射板來穩(wěn)定飛行,反射板的功用在于反射旋轉(zhuǎn)翼旋轉(zhuǎn)時所造成的下洗流(downwash)而產(chǎn)生穩(wěn)定的力量。他后來又于機身加裝一水平螺旋槳推進器。在非常平靜的天氣下,此機非常的穩(wěn)定但也非常不容易操控,其控制反應(yīng)非常的緩慢。究其原因,其旋轉(zhuǎn)翼有很高的受力約為每平方米有 34千克,因而其下洗流的速率很大。但如果在不穩(wěn)定的天氣或快速前進的情況下飛行,因下洗流到達反射板的量改變,此機可能無法如試飛時穩(wěn)定。在比利時 Florine (1930-1933年)建造一雙旋翼直升機,不同于其它先驅(qū)們所造的,其兩個旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)向相同,此二旋轉(zhuǎn)翼各往不同的方向傾斜,由此二旋轉(zhuǎn)翼升力的水平分量形成一力偶來克服扭力的問題。全機總重950千克,由一200馬力的引擎帶動。于1933年十月非正式地打破由 Ascanio 所保持的飛行紀錄,飛行九分五十八秒。同一時期蘇俄的氣動力與水動力研究中心(ZAGI),于1928年成立垂直飛行部門,由 G.H. Sabinin 主持直升機的發(fā)展計劃,其第一架直升機(ZAGI 1 A)以鐵管做成機身,主旋轉(zhuǎn)翼有四個翼片剛性地固定在旋翼轉(zhuǎn)軸軸轂,由兩個 120馬力的引擎帶動,此為直升機史上第一架雙引擎直升機。另外有兩個雙翼片輔助旋轉(zhuǎn)翼,各裝置在機身的前后部來控制飛行。經(jīng)過一連串試飛后,此機在一次下降時因引擎超速而損壞。而其第二架直升機除了主旋轉(zhuǎn)翼外基本上和第一架相同,其為一個三翼片固定于旋翼轉(zhuǎn)軸軸轂,直徑 10米的旋轉(zhuǎn)翼,另外有三個較短的翼片(直徑7.8米)裝置于長翼片間以循回傾角來控制飛行。在1934年其非正式的飛行記錄為:每小時20 公里的飛行速率、飛行距離為700米、最大高度為 40米和最長時間 13 分鐘。自從 Oehmichen 于1924年創(chuàng)造了高度紀錄(16米)后,十年間直升機的發(fā)展基本上并無多大的進展。但同一時期,另外一種飛行機器-自旋機(autogyro)卻發(fā)展的相當迅速,到了1934年其技術(shù)已到了成熟的階段。在此提到自旋機的主要原因是自旋機的技術(shù)后來被運用到直升機上,且在直升機發(fā)展上扮演一不可抹沒的角色。而所謂的自旋機一開始的概念是運用旋翼自動旋轉(zhuǎn)降落的能力來提供飛機于低速時和飛行失去動力時的飛行安全,因此最原始的自旋機即在飛機上加裝一旋翼,為利用其自動旋轉(zhuǎn)降落的功能,此旋翼為無動力式可自由旋轉(zhuǎn),也因此自旋機并無垂直升飛行的能力。后來亦有人于自旋機的旋翼加上動力,于地面上先令旋翼在無翼片傾角時超速轉(zhuǎn),以儲存大量的動能,當飛行員突然增加翼片傾角時可將自旋機升空,此方法即所謂的跳躍升空(jump take-off)。西班牙的 Juan de la Cierva 于1920年到1930年間發(fā)展的,同時他亦是創(chuàng)造“autogyro”名辭的人。Juan de la Cierva 于1919年設(shè)計一架飛機,靠近地面飛行時因失速而墜毀。引發(fā)他對飛機具有低速起飛及降落的興趣,而飛機具低速起飛及降落的主要關(guān)鍵在于是否能設(shè)計一于低速下有高升力低阻力的機械。在旋轉(zhuǎn)翼模型的風洞實驗中,他得知在無動力的情況下,如果旋轉(zhuǎn)翼往后傾斜,甚至在低速情況下亦有高升力低阻力的效用,且最好的結(jié)果是于低速下旋轉(zhuǎn)翼有些許的正傾角。在1922年他將一五個翼片的旋轉(zhuǎn)翼裝置在飛機上,一開始翼片剛性地固定在旋轉(zhuǎn)翼軸轂。于前進飛行時,飛機因旋轉(zhuǎn)翼升力的不對稱而有向旁邊翻落的傾向,因此他改用較柔性的棕櫚材料做成的翼片來改善問題,如此發(fā)現(xiàn)成功的飛行在于柔性的翼片的使用,而這個結(jié)果令他在往后的設(shè)計改用活節(jié)式旋轉(zhuǎn)翼(articulated rotor)。而且他亦是第一個成功的運用翼片撲動插梢于旋轉(zhuǎn)翼飛行器上的人。下圖為該型號模型。 同時他學習到為避免高度的振動,于翼片前后移動的方向須加一吸振器(lag damper),其后吸振器成為避免直升機地面共振(ground resonance)不可欠缺的裝置。而所謂的地面共振即當直升機停在地面而旋轉(zhuǎn)翼旋轉(zhuǎn)時,翼片在前后方向移動的慣性力造成轉(zhuǎn)動軸上一周期性的水平力作用于機身上,如果此力的頻率與機身包括起落架的頻率相同時,機身的反應(yīng)會增加很快,一般于幾秒鐘內(nèi)即可將全機摧毀。在1923年他將一四個具有撲動插梢翼片的旋轉(zhuǎn)翼裝置在飛機上。旋轉(zhuǎn)翼直徑9.8米由一具 110馬力引擎帶動,而自旋機的飛行控制則完全利用飛機的空氣動力表面,飛機原有的螺旋槳則用來推進自旋機,此種結(jié)合使他得到非常滿意的飛行結(jié)果,展現(xiàn)出具有直升機的自動旋轉(zhuǎn)降落的功能。之后他再建造一架自旋機,其旋轉(zhuǎn)翼直徑為 11米以一 100馬力的引擎帶動。于1925年在英國皇家飛機航空局(Royal Aircraft Establishment)的飛行表演中非常成功的展出,而此亦一般所稱 Cierva 第一架成功的自旋機。也因為這次的表演激勵了英國早期對旋轉(zhuǎn)翼的分析。同年他于英國成立制造自旋機的公司,在往后的十年中大約有 500 架由其公司或其授權(quán)的公司生產(chǎn)。于1927年的一次飛行意外中自旋機墜毀,經(jīng)過探討后發(fā)現(xiàn)因翼片撲動所導致很高翼片于旋轉(zhuǎn)平面前后運動的力量,因此翼片再加上一前后運動插梢(lag hinge)以除去因翼片前后運動時所產(chǎn)生的彎矩,而活節(jié)式旋轉(zhuǎn)翼到此完全發(fā)展成功且一直沿用至今。到了1932年他以直接控制旋轉(zhuǎn)翼轉(zhuǎn)動軸相對于機身的傾斜來操控自旋機的縱向及橫向飛行,取代了原本于低速時并不很有效的方法即以控制飛機氣動表面的方法來操控。1935年英國 Raoul Hafner 利用控制翼片循環(huán)傾角的方法來使旋轉(zhuǎn)翼之旋轉(zhuǎn)平面的傾斜,而取代了直接使旋轉(zhuǎn)軸傾斜的方法。另外在美國 E. Burke Wilford 也建造一架自旋機,亦以翼片循環(huán)傾角的方法來控制。但其不同于一般自旋機的地方在于旋轉(zhuǎn)翼為無插梢式旋轉(zhuǎn)翼(hingeless rotor),其翼片運動所產(chǎn)生的力量由翼片里的梁來承受而非以插梢消除。到了1935年自旋機的發(fā)展階段已幾乎完成,其發(fā)展進展領(lǐng)先直升機的進展,主要原因在于其旋翼不需動力或只需很少的動力即可達到低速飛行、起飛及降落的目地,在此情況下,其旋轉(zhuǎn)翼的機械構(gòu)造就簡單多了,換句話說自旋機以直升機垂直起飛和空中停留的功能換來較簡單的旋轉(zhuǎn)翼設(shè)計,而這在于自旋機發(fā)展初期并沒有預(yù)料到的。因為旋轉(zhuǎn)翼主要是做為一高升力裝置而沒有其它的功能,發(fā)展時所遭遇的問題較直升機所遭遇的簡單,其問題的解決亦較容易。其次自旋機的技術(shù)基本上是沿習飛機的技術(shù),尤其是在飛行操控及推進系統(tǒng),而當時飛機的發(fā)展已達到相當令人滿意的階段??墒且惨驗楣δ艿南拗?,自旋機一直無法和飛機及直升機競爭。雖然如此,自旋機發(fā)展過程中其解決問題的技巧及結(jié)果對直升機的發(fā)展有無法抹殺的貢獻,尤其是在1920年代針對自旋機旋轉(zhuǎn)翼所發(fā)展出的旋翼理論及分析后來成為直升機理論的基礎(chǔ)。第四節(jié) 直升機發(fā)展的起飛期前面所提到的 Louis Breguet 于1932年成立另一家專門制造自旋機的公司,同時他將發(fā)展直升機的工作交給 Rene Dorand 。而當時一位剛畢業(yè)的年輕工程師 Maurice Claisse 被指定來參與此工作。根據(jù)其事后的回憶我們可了解其發(fā)展的過程。一開始他們建造了一活節(jié)式同軸雙旋轉(zhuǎn)翼,為了易于操控共裝置三十二個油壓幫浦(oil pump)透過裝于旋轉(zhuǎn)軸支撐架里非常復(fù)雜的連桿機構(gòu)來操控翼片集合傾角及循環(huán)傾角。而傾角控制連桿(pitch link)位置的選擇使得當翼片上揚時會減少翼片傾角,以降低翼片上揚角度,其功用在于防止上下旋轉(zhuǎn)翼的相互影響。此種傾角與撲動偶合(pitch-flap coupling)的方法有助于旋轉(zhuǎn)翼的穩(wěn)定,目前的旋轉(zhuǎn)翼設(shè)計中亦常見到此種安置。同時翼片在厚度及寬度方向亦采用漸縮式(tapered)。有了旋翼之后,他們在廢物場找到適用的機身及引擎,經(jīng)過幾個月多次的試驗后決定于1933年十一月進行第一次試飛,不幸地直升機翻覆而損壞。經(jīng)過修復(fù)及一些改良后總重2000千克、旋翼直徑 16.5米,由一個 450馬力引擎帶動,他們在飛行測試中心及飛行俱樂部人員的見證下,于1936年九月二十二日以 158米破了當時的高度記錄,同年十一月二十四日,以ㄧ小時兩分鐘五十秒破當時空中飛行記錄,以 44 公里破了當時來回飛行距離的記錄,十二月九日以每小時 108 公里的速率破當時前進飛行記錄,二十二日以十分鐘破當時空中停留(hover endurance)的記錄:而其自動旋轉(zhuǎn)降落的飛行測試,在其第二次嘗試時機身著地破壞而停止。此后因第二次世界大戰(zhàn)的原因,其公司轉(zhuǎn)移到飛機發(fā)展及制造上而停止繼續(xù)從事直升機的研究。講到直升機的的發(fā)展就必須提到得德國的 Heinrich Focke 教授,他所發(fā)展一系列橫向雙主軸旋轉(zhuǎn)翼直升機不止打破當時的很多記錄,完成直升機史上第一次的自動旋轉(zhuǎn)降落,同時對于直升機的應(yīng)用上亦有相當?shù)呢暙I。于1923年和 G. Wulf 組成一家生產(chǎn)小型商用飛機的公司,但到了1933年這一家公司被納粹(Nazi)收歸國有。因此他決定研究旋轉(zhuǎn)翼飛機,同時取得上一節(jié)所提到 La Cierva 的授權(quán)制造自旋機。由制造自旋機的經(jīng)驗及一些風洞的測試,于1934年建造了第一架直升機,F(xiàn)OCKE 6I。此機由機身橫向向兩旁延伸出三角型支架,各支撐著一個減速齒輪箱及一個三翼片活節(jié)式旋轉(zhuǎn)翼,一般而言,直升機的旋轉(zhuǎn)翼以固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),而引擎轉(zhuǎn)速遠快于旋轉(zhuǎn)翼轉(zhuǎn)速,減速齒輪是用來降低引擎軸所傳遞的轉(zhuǎn)速以達到旋轉(zhuǎn)翼所須的轉(zhuǎn)速。此旋轉(zhuǎn)翼直徑7米,以 160馬力引擎來帶動兩個旋轉(zhuǎn)方向不同的旋轉(zhuǎn)翼,全機總重950千克直升機的方向由雙旋轉(zhuǎn)翼循環(huán)傾角的不同來控制、縱向則由雙旋轉(zhuǎn)翼相同的循環(huán)傾角控制,而其機身的滾動則由雙旋轉(zhuǎn)翼集合傾角的不同來控制,其旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)動軸向前傾斜來增加其穩(wěn)定性,且旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn)平面往前傾斜的角度因而增加,如此可允許較大的前進飛行速率。而其垂直尾舵及水平尾翼則在前進飛行時用來控制其平穩(wěn)性。于1937年五月十日成功的完成自動旋轉(zhuǎn)降落,同年六月二十五、六日以2100米高度和 100 公里的直線飛行距離打破由 Breguet-Dorand 所保持的記錄。 有了此次成功的經(jīng)驗, Focke 教授決定按照比例將其放大為較大型的直升機, FA223 ,并且得到政府的合同。全機總重為 4300千克;包括機重 3200千克、飛行油料 400千克、飛行人員兩人重 180千克和外加負載 520千克。經(jīng)過仔細的計算、風洞實驗及一連串的測試與修改,原型機歷經(jīng)大約四年時間于1942年完成。在1940年八月到1945年底期間,此機通過一連串官方正式的認證包括:最快前進飛行速率每小時 182 公里、爬升速率每秒鐘 8.8米、飛行高度限制7100米、自動旋轉(zhuǎn)降落時的著地速率每小時 55 公里、垂直起飛最大重量 4414千克、垂直提升最大外負荷 1284千克、最大垂直爬升及降落的高度2320米和最長飛行時間 3 小時 42 分 。在其認證過程中,他們首創(chuàng)以纜線懸吊外負載,開拓直升機工業(yè)用途的先機。同時他們亦在高山上測試,山上的起飛降落地點為未鏟平的一般山地,且山上因地理環(huán)境有較嚴重的亂流,但都能安全的通過認證試飛,開創(chuàng)以后直升機于山地救難、游覽觀光及城市運輸?shù)纳虣C。于1943年六月十二日在當時德國的統(tǒng)制者希特勒(Adolf Hitler)前的表演后,直升機開始被使用于戰(zhàn)爭上。一開始他們受命承制三十架,后來又受命增加到每個月四百架,但當時已是第二次世界大戰(zhàn)尾聲,一直到大戰(zhàn)結(jié)束時