直升机发展概述

直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 ·35 · ·综 述 · 直 升 机 发 展 概 述 豫 章 (中国直升机 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究所，景德镇，333001) 摘 要 本文简要介绍了直升机的发展情况。提出了竹蜻蜓在直升机发展历史中的作用，介绍了直升机诞生前的 探索工作，着重介绍了直升机进入实用阶段的发展情况，至今直升机在实用阶段又经历了4个发展时期。 直升机是依靠发动机驱动旋翼产生升力和纵、 横向拉力及操纵力矩，能垂直起落的航空器。它既 区别于以旋翼作为主要升力来源，但不能垂直起落 与悬停的自转旋翼机，又不同于不以旋翼作为主要 升力来源的垂直起落飞机。 直升机属于旋翼航空器，装有一副或几副类似 于大直径螺旋桨的旋翼。旋翼安装在机体上方近似 于垂直的旋翼轴上，由动力装置驱动，能在静止空气 和相对气流中产生向上的升力。旋翼还可以在自动 倾斜器的操纵下产生各个方向的水平分力。因此， 直升机既能垂直升降、空中悬停，又能向前后左右任 一 方向飞行。有机轮的直升机也可以做超载滑跑起 飞。当发动机在空中停车时，直升机可利用旋翼自 转下滑，安全着陆。 由于直升机具有垂直起降能力，不需要专用的 机场跑道，能长时间在空中悬停和在任意方向飞行， 使得它在民用和军用方面获得了广泛的应用。在民 用方面主要用于运输旅客和货物、喷药除虫或施肥、 森林灭火、地质勘探、抢险救灾、医疗救护、新闻摄 影、吊运重物、缉私执法、环境监测、科学探险等。在 军用方面用于运输突击、空降空投、侦察搜索、火力 支援、反坦克、反潜艇、布／扫雷、电子战与预警等。 直升机已经广泛应用于国民经济和国防建设的各个 方面。可以说没有直升机的社会不能称之为现代社 会，没有装备直升机的军队不能看作是现代化的军 队。 1 竹蜻蜓的启迪 自古以来，人类就向往着能象鸟一样在天空自 t 收稿日期：2003-09—10 由飞翔。古老的神话故事反映了人类早年的飞行之 梦，而神话故事中的飞行方式大多是原地腾空而起， 像现代直升机那样既能自由飞翔又能悬停于空中， 并且随意实现定点着陆。例如哪吒使用的风火轮、 阿拉伯人的飞毯、希腊神的战车，都是垂直起落的飞 行器。然而它们毕竟只存在于神话故事中，那个时 代的科学技术水平太低，不可能创造出载人的飞行 器，可以说，那是人类飞行的幻想时期。 即使在这个幻想时期，仍然产生了直升机的基 本思想，昭示了现代直升机的原理。最有价值、最具 代表性的是中国古代的玩具“竹蜻蜓”和意大利人达 ·芬奇的画。 竹蜻蜓又叫飞螺旋和“中国陀螺”，这是我们祖 先的奇特发明。有人认为，中国在公元前 400年就 有了竹蜻蜓，另一种比较保守的估计是在明代(公元 1400年左右)。这种叫竹蜻蜓的民间玩具，一直流 传到现在。 现代直升机尽管比竹蜻蜓复杂千万倍，但其飞 行原理却与竹蜻蜓有相似之处。现代直升机的旋翼 就好象竹蜻蜓的叶片，旋翼轴就像竹蜻蜓的那根细 竹棍儿，带动旋翼的发动机就好像我们用力搓竹棍 儿的双手。竹蜻蜓的叶片前面圆钝，后面尖锐，上表 面比较圆拱，下表面比较平直。当气流经过圆拱的 上表面时，其流速快而压力小；当气流经过平直的下 表面时，其流速慢而压力大。于是上下表面之间形 成了一个压力差，便产生了向上的升力。当升力大 于它本身的重量时，竹蜻蜓就会腾空而起。直升机 旋翼产生升力的道理与竹蜻蜓是相同的。 竹蜻蜓这种小玩具虽然不起眼，却引起了世界 维普资讯 http://www.cqvip.com · 36· 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 上许多学者的注意。15世纪中叶，竹蜻蜓传到了欧 洲，许多学者开始饶有兴趣地研究这种新奇的“中国 陀螺”。 l9世纪末，在意大利的米兰图书馆发现了达· 芬奇在1475年画的一张关于直升机的想象图。这 是一个用上浆亚麻布制成的巨大螺旋体，看上去好 象一个巨大的螺丝钉。它以弹簧为动力旋转，当达 到一定转速时，就会把机体带到空中。驾驶员站在 底盘上，拉动钢丝绳，以改变飞行方向。西方人都 说，这是最早的直升机设计蓝图。 其实，在达·芬奇绘制他的螺旋体直升机想象图 之前，中国的竹蜻蜓就已经传人了欧洲。竹蜻蜓已 不仅仅是一种设想，而是带有实践性质了。 《大英百科全书》记载道：这种称为“中国陀螺” 的“直升机玩具”在 l5世纪中叶，也就是在达·芬奇 绘制带螺丝旋翼的直升机设计图之前，就已经传人 了欧洲。 《简明不列颠百科全书》第9卷写道：“直升机是 人类最早的飞行设想之一，多年来人们一直相信最 早提出这一想法的是达·芬奇，但现在都知道，中国 人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。” 竹蜻蜓传到北美，也产生了不小影响。第一架 飞机的发明者——美国的莱特兄弟在幼年的时候， 就从父亲那里得到过珍贵的礼物——中国的竹蜻 蜓。他们对这种“直升机玩具”有浓厚的兴趣，还亲 自制作过。 在我国的历史文献中，有不少关于“飞车”的记 载。我国的一些古典文学作品中，也有对“飞车”的 描写。“飞车”能垂直升空，能日行数千里。这实际 上反映了人们对直升机之类航空器的想象和渴望。 在距今1600多年前的晋代，葛洪所著的《抱朴子·杂 应》一书记载：“用枣心木为飞车，以牛草结环剑引其 机，或存念作五蛇六龙，三牛交罡而乘之，上升四十 里，名为太清”。对于飞车的内部机构，我们迄今还 搞不清楚。也许它实际上并不存在，只是人们的一 种想象。然而，从这段记载，我们至少可以了解到祖 先的一种设想：用枣心木制飞车，让飞车垂直上升到 四十里高空。 我国清代著名作家李汝珍(1763～l83o)在所著 小说《镜花缘》中，描述过一种“可容二人，每日能行 二、三千里”的飞车，只要开动机关，飞车转眼就能离 地数尺，腾上空中，达到十余丈高度。当然，《镜花 缘》是小说，所描述的事情是虚构的，并非真实记载。 但透过这些描写，可以看到我们前人的理想和追求。 如果说《镜花缘》中所描述的飞车是虚构的，那 么地方志的记载则更具真实性。根据《吴县志·香山 小志》记载：吴县梅杜人徐正明是个穷工匠，其家境 贫寒，经常“缸无粒米”，“社火不举”。但他整天埋头 画图设计，亲手制造各种器械。他断断续续用去十 年的心血和精力，终于造出一辆飞车。其外形如栲 栳椅(即圈手椅)，“下有机关，齿牙错合”，“人坐椅 中，以两足击板，上下之机，转风旋急”，飞车终于“离 地数尺余，飞渡港汉”。看来，是用双足踏动踏板，通 过增速齿轮带动竹蜻蜓似的旋翼旋转，从而产生升 力，使飞车腾空而起，这倒很象一架人力直升机。 在古代，生产力和科技水平低下，当然不能造出 实际的直升机，然而中国人的竹蜻蜓和意大利人达· 芬奇的直升机 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 图，为现代直升机的发明提供了 启示，指出了正确的思维方向，它们被公认是直升机 发展史的起点。 2 直升机诞生的前奏 2．1 对直升机模型开展的探索工作 随着生产的发展和人类文明的进步，直升机的 发展由幻想时期进入了探索时期。l8世纪前后，在 竹蜻蜓的启迪下，人们制作了许多垂直飞行模型，用 来探索直升机的飞行。 俄国的罗蒙诺索夫 1754年表演了以弹簧为动 力的直升机模型。法国的洛努瓦和比安弗尼 1784 年表演了以弹簧为动力的模型。英国的S·G·凯利 1790年制造了以弹性元件为动力的模型，并且绘制 了直升机草图。 在l9世纪的后半期，许多发明家参与了对直升 机的探索，取得了较为实际的进步，但没有出现成功 的飞行器，主要原因是缺少便宜、可靠、重量轻的发 动机。在蒸汽发动机问世之后，英国的菲利普斯 1842年制造了以蒸汽为动力的l0 kg重的模型。法 国的阿梅古1863年制造了蒸汽驱动的小模型，还创 造了“helicopter”(直升机)这个词。意大利的恩里科 ·福拉里尼1878年建造了蒸汽驱动的3．5 kg重的飞 行模型。美国的爱迪生1880年用模型作了实验，并 认识到，在得到重量马力比低于1到2千克，马力的 发动机之前，直升机不可能飞起来。 上述模型让人们认识到，蒸汽发动机的马力重 量比太低，不适合用于飞行器，特别是直升机。寻找 更先进的发动机是解决持续飞行问题的根源。 维普资讯 http://www.cqvip.com 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 ·37· 2．2 直升机的探索取得实质性进展 到了1900年前后，内燃活塞式汽油发动机已经 达到了实用程度，使得直升机的飞行成为可能，直升 机的探索开始进入实质性发展阶段。法国飞机设计 师布雷盖·里歇用一台33．56 kW的安托万内特发动 机作动力，制造了一架最初的旋翼机。这架直升机 称为“布雷盖·里歇1号旋翼机”，它有四副旋翼，每 副旋翼有四片双叶片的桨叶。旋翼直径8 m，总重 580 l【g。它只做了1次载客飞行——在 1 m高度上 持续时间为1秒的系留飞行。虽然没有实现真正的 飞行，但布雷盖毕竟依靠机器的力量，让一个他想象 中的飞行器实现了垂直升空，这在直升机发展史上 是一个巨大的进步。布雷盖的直升机之所以没能实 现飞行，有多方面的技术原因。首先是直升机的结 构不合理，它采用四根钢管十字支撑的一个大钢架， 在中间和各端点分别支撑着驾驶员和动力装置。四 副旋翼中，相对角的两副顺时针旋转，另两副则逆时 针旋转；其次机架太长，稳定性不好，直升机本身又 没有操纵装置，所以是无法自由飞行的。 1907年11月，法国设计师保罗·科尔尼制成了 一 架名为“飞行自行车”的飞行器。这架飞行器比布 雷盖直升机的进步之处在于它不仅靠自身动力离开 地面0．3 m，完成了垂直升空，而且还连续飞行了20 秒，实现了自由飞行。 早期设计师们的失败与成功使直升机一步步走 向现实。在保罗的“飞行自行车”实现升空与飞行 后，直升机依然有诸多重大技术难题无法解决。其 中最重要的是怎样使这个庞然大物升起来，在人的 操纵下向要求的方向飞行。于是，很多致力于直升 机发展的设计师都围绕怎样操纵直升机飞行的难 题，提出了许多设计方案。例如，布雷盖采用将旋翼 直接倾斜的办法设计了一架“布雷盖·里歇2号”直 升机。试图通过这种办法，使直升机既有升力，又可 以向前飞行，结果也因一系列技术难题而未能如愿。 自1907年以后，英国、法国、德国、美国、丹麦、 西班牙、俄国等国家的设计师们，分别以各自的思维 方式探索直升机的飞行。仅在四、五年的时间里，就 有十几种机型问世，但都未获成功。在吸收前人经 验和当时科技成果的基础上，丹麦的埃勒哈默尔推 出了一架双旋翼共轴式直升机。该机的旋翼桨叶很 短，上下两个大铝环上各安装6片这样的桨叶。下 圆环用布覆盖，以便在旋翼出现故障时用作降落伞。 为了实现直升机的可操纵性，埃勒哈默尔推出了许 多有趣的创新。例如，与活塞式发动机结合，设计了 液压离合器和减速器；由上下两副反转的旋翼提供 升力；每片旋翼桨叶的末端安装可以活动的叶片，通 过改变叶片的角度来改变直升机的飞行方向。埃勒 哈默尔的设计率先把直升机的操纵技术推向了实用 化，在直升机的发展史上迈出了关键的一步。可惜 的是，埃勒哈默尔的直升机于1916年不幸坠毁。这 次失败竟使他停止了十几年的实验。 就在埃勒哈默尔为坠机事件而沉默、沮丧的日 子里，西班牙设计师佩斯卡拉仍在继续着这一关键 技术的攻关。埃勒哈默尔的侧重点是对飞行方向进 行操纵，佩斯卡拉则试图同时解决对升力和方向两 个方面的操纵。1924年他设计的“佩斯卡拉3号” 直升机也是双旋翼共轴式直升机，每副旋翼有4片 双翼桨叶。第一次令人信服地向世人表明，直升机 的升力和飞行方向都是可以操纵的。这架直升机在 20世纪20年代初，创造了飞行736米的世界纪录， 但是仍存在稳定性问题。 这时候直升机的发展虽然已经取得了相当大的 进展，但是，稳定性和操纵特性仍然是一个急待解决 的难题。 在1920年至1930年间，自转旋翼机逐渐发展 起来。自转旋翼机是一种利用前飞时的相对气流吹 动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器，简称为旋翼 机，这是直接升力旋翼的第一次实际应用。旋翼机 与直升机在外形上有些相似，但它的旋翼不象直升 机那样由动力装置直接驱动，而是前进时在空气动 力作用下象风车那样自行旋转，产生升力。其前进 力由动力装置直接提供。而在直升机上，前进力是 由旋翼前倾产生的。自转旋翼机没有反扭矩作用， 无须安装尾桨。第一架成功的旋翼机是西班牙人J ·西尔瓦在 1923年研制出来的。20年代末和30年 代初旋翼机曾得到发展，后来被直升机代替，几乎消 失。旋翼机必须具有前进速度，才能使旋翼自转以 产生升力。它不能垂直上升，也不能在空中悬停，必 须滑跑加速才能起飞。后期的一些旋翼机，为了缩 短起飞滑跑距离，在起飞前利用发动机带动旋翼在 零桨距下旋转，然后把旋翼同发动机断开，突然增大 桨距，实现所谓跳跃起飞。旋翼机着陆时，只需关掉 发动机，靠旋翼自转下滑便可接近于垂直着陆。旋 翼机的结构比直升机简单，起飞滑跑距离比轻型飞 机短。 西尔瓦设计的一架固定翼飞机在 1919年由于 维普资讯 http://www.cqvip.com · 38 · 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第136期 靠近地面时失速而坠毁。于是他想设计一种低速起 飞和着陆的飞机。他从模型旋翼的风洞试验中发 现，在没有动力传给旋翼轴的情况下，把旋翼后倾， 即使在低速状态下也能获得良好的升阻比。能在低 的、正的旋翼总距下获得最好的结果。1922年，他 制造了C一3自转旋翼机，采用5片桨叶的刚性旋 翼，但该机存在“侧倒趋势”。不过他制作的一个配 有柔性棕榈木质桨叶的模型却飞得很好，这表明柔 性的旋翼桨叶是造成模型成功飞行的原因。这一发 现促使他决定在自转旋翼机上采用铰接式旋翼桨 叶，为此他在设计中采用了桨根有挥舞铰的桨叶。 挥舞铰消除了前飞时由于流过旋翼的气流不对称而 引起的飞行器滚转力矩。西尔瓦是第一个把挥舞铰 成功地用在旋翼飞行器上的人。在1923年，他制造 了C一4旋翼机并实现了成功的飞行。C一4旋翼机 使用有四片桨叶的旋翼，在桨叶上安装了挥舞铰(旋 翼直径9．8 1TI，110马力的发动机)。 1927年的一次旋翼机坠毁导致了对桨叶挥舞 运动引起旋翼旋转平面内的桨叶大摆振载荷的深刻 认识，于是又把摆振铰增加到旋翼桨叶里，形成了全 铰接式旋翼。1932年，西尔瓦用旋翼操纵机构代替 在低速时效果不佳的飞机操纵面，用旋翼桨毂的直 接倾斜来实现旋翼机的纵向和横向操纵。 到1935年，旋翼机在欧洲和北美得到了充分的 发展。由于没有垂直飞行能力，所需的功率较低，同 时也不需要动力驱动的旋翼，因此在机械上要简单 些，所以它的成功先于直升机。然而，由于旋翼机缺 乏垂直飞行能力，在速度上又无法与固定翼飞行器 相比，故没有多久旋翼机就衰落了，但旋翼机在旋翼 上取得的成功为直升机的发展奠定了基础。 1936年，德国福克公司在对早期直升机进行多 方面改进之后，公开展示了自己制造的Fw一6l直 升机，1年后该机创造了多项世界纪录。这是一架 机身类似固定翼飞机，但没有固定机翼的大型双旋 翼横列式直升机，它的两副旋翼用两组粗大的金属 架分别向右上方和左上方支起，两副旋翼水平安装 在支架顶部。桨叶平面形状是尖削的，用挥舞铰和 摆振铰连接到桨毂上。用自动倾斜器使旋翼旋转平 面倾斜进行纵向操纵，通过两副旋翼朝不同方向倾 斜实现偏航操纵。旋翼桨叶总距是固定不变的，通 过改变旋翼转速来改变旋翼拉力。利用方向舵和水 平尾翼来增加稳定性。该机装有两副三桨叶旋翼， 旋翼直径7 m。动力装置是一台功率140马力的活 塞发动机。这是世界上第一架具有正常操纵性的直 升机。该机时速 100～120 km，航程200 km，起飞重 量953 kg。在1937年的柏林博览会上，女飞行家汉 纳·赖奇驾驶FW一6l，成功地完成了100多km的直 线飞行，创造了直升机航程世界纪录。 1939年春，美国的伊戈尔·西科斯基完成了VS 一 300直升机的全部设计工作，同年夏天制造出一 架原型机。这是一架单旋翼带尾桨式直升机，装有 三片桨叶的旋翼，旋翼直径8．5 1TI，尾部装有两片桨 叶的尾桨。其机身为钢管焊接结构，由V型皮带和 齿轮组成传动装置。起落架为后三点式，驾驶员座 舱为全开放式。动力装置是一台四气缸、75马力的 气冷式发动机。这种单旋翼带尾桨直升机构型成为 现在最常见的直升机构型。 自首次系留飞行以来，西科斯基不断对 VS一 300进行改进，逐步加大发动机的功率。1940年5 月13日，VS一300进行了首次自由飞行，当时安装 了90马力的富兰克林发动机。 综上所述，在实用型直升机诞生之前，经历了漫 长的探索阶段。众多的学者和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师经受了一次又 一 次的挫折和失败，不断总结经验，长期不懈努力， 才使直升机这种新型航空器不断发展。20世纪20 年代以前，尽管出现过几架直升机，但留空时问只有 几秒钟或几十秒钟，飞行高度只不过几米，基本上都 不能自由飞行。20年代初，由于出现了铰接式旋 翼，才使直升机有了较大的_发展。30年代中期以 后，直升机的稳定性和操纵性问题初步得到解决。 这以后，直升机的发展速度加快，性能显著提高。但 这时的直升机基本上都是处于试验阶段，还不能实 际应用。 3 直升机进入实用阶段 经过几代人的不懈努力，使得直升机从外型到 结构逐步趋于科学、合理，其飞行性能也得到很大发 展，开始进入实用化发展阶段。直升机的应用范围 不断扩大，使用数量迅速增加，现在已有几万架直升 机应用于世界各国的民间与军事部门。与此同时， 直升机在技术上不断取得重大进展，使用效能和飞 行性能不断提高，技术逐步走向成熟。 直升机的动力装置如同人体的心脏一样，动力 装置的性能直接影响到直升机的总体性能，动力装 置的先进程度直接决定着直升机的先进性。直升机 进入实用期后，其重大技术进展仍然集中在动力装 维普资讯 http://www.cqvip.com 直 升 机 技 术 2OO3年第4期 总第136期 ·39· 置和旋翼上。我们以直升机所使用的动力装置和旋 翼系统为主要标志，结合直升机的机体结构、电子设 备等，可以将直升机进入实用期后的发展分为4个 阶段：20世纪4O年代至5O年代中期为第一阶段；50 年代中期至60年代末为第二阶段；70年代到8O年 代为第三阶段；90年代至今为第四阶段。 3．1 活塞式发动机和木质桨叶直升机 在20世纪40年代至5O年代中期是实用型直 升机发展的第一阶段，这一时期的典型机种有：美国 的s一51、S一55／H一19、贝尔47；苏联的米一4、卡一 18；英国的布里斯托尔一171；捷克的HC一2等。 贝尔47是美国贝尔直升机公司研制的单发轻 型直升机，研制工作开始于1941年，试验机贝尔3O 于1943年开始飞行，1945年改名为贝尔47，1946年 3月8 13获得美国民用航空署(CAA)的适航证，这是 世界上第一架取得适航证的民用直升机。该机是单 旋翼带尾桨式布局、两叶桨叶的跷跷板式旋翼。旋 翼下面有稳定杆，与桨叶呈直角。普通的自动倾斜 器可进行总距和周期变距操纵。尾梁后部有两个桨 叶的全金属尾桨。 卡一18是苏联卡莫夫设计局设计的单发双旋 翼共轴式轻型多用途直升机，于1957年年中首次飞 行，此后不久投入批生产。采用两副旋转方向相反 的3桨叶共轴式旋翼，桨叶为木质结构。装1台275 马力的九缸星形活塞式发动机。机身为钢管焊接结 构，具有轻金属蒙皮和硬壳式尾梁。座舱内可容纳 1名驾驶员和3名旅客。采用四轮式起落架，前起 落架机轮可以自由转向。 从上述典型机种可以看出，这个阶段的直升机 具有以下特点： ·动力源采用活塞式发动机，这种发动机功率 小，比功率低(约为 1．3 kW／kg)，比容积低(约247．5 kg／m3)。 ·采用木质或钢木混合结构的旋翼桨叶，寿命 短，约为600飞行小时。桨叶翼型为对称翼型，桨尖 为矩形，气动效率低，旋翼升阻比为6．8左右，旋翼 效率通常为0．6。 ·机体结构采用全金属构架式，空重与总重之比 较大，约为0．65。 ·没有必要的导航设备，只有功能单一的目视飞 行仪表，通信设备为电子管设备。 ·动力学性能不佳，最大飞行速度低(约为200 km／h)，振动水平在0．25 g左右，噪声水平约为110 分贝，乘坐舒适性差。 3．2 涡轴发动机和金属桨叶直升机 20世纪5O年代中期至60年代末是实用型直升 机发展的第二阶段。这个阶段的典型机种有：美国 的s一61、贝尔209／AH一1、贝尔204／UH一1，苏联的 米一6、米一8、米一24，法国的SA321“超黄蜂”等。 这个时期开始出现专用武装直升机，如AH一1和米 一 24。 这个阶段的直升机具有以下特点： ·动力源开始采用第一代涡轮轴发动机。涡轮 轴发动机产生的功率比活塞式发动机大得多，使直 升机性能得到很大提高。第一代涡轮轴发动机的比 功率约为3．62 kW／kg，比容积为294．9 kW／m~左右。 ·直升机旋翼桨叶由木质和钢木混合结构发展 成全金属桨叶，寿命达到1200飞行小时。桨叶翼型 为非对称的，桨尖简单尖削与后掠，气动效率有所提 高，旋翼升阻比达到7．3，旋翼效率提高到0．6。 ·机体结构为全金属薄壁结构，空重与总重之比 降低到0．5附近。已采用减振的吸能起落架和座 椅。机体外形开始考虑流线化，以减小气动阻力。 直升机座舱开始采用纵列式布置，使机身变窄。 ·性能明显改善，最大飞行速度达到200～250 kW／h，振动水平降低到0．15 g左右，噪声水平均为 100分贝，乘坐舒适性有所改善。 3．3 复合材料桨叶和大规模集成电路直升机 2O世纪7O年代至8o年代是实用型直升机发展 的第三阶段，典型机种有：美国的S一70／UH一60“黑 鹰”、s一76、AH一64“阿帕奇”，苏联的卡一5O、米一 28，法国的SA365“海豚”，意大利的A129“猫鼬”等。 在这一阶段，出现了专门的民用直升机。为了 深入研究直升机的气动力学和其它问题，这时也设 计制造了专用的直升机研究机(如s一72和贝尔 533)。各国竞相研制专用武装直升机，促进了直升 机技术的发展。 这个阶段的直升机具有以下特点： ·涡轮轴发动机发展到第二代，改用了自由涡轴 结构，因此具有较好的转速控制特征，改善了起动性 能，但加速性能没有定轴结构的好。发动机的重量 和体积有所减小，寿命和可靠性均有提高。典型的 发动机耗油率为0．36 kg／kW·h，与活塞式发动机差 不多。 ·旋翼桨叶采用复合材料，其寿命比金属桨叶有 大幅度提高，达到3 600 h左右。翼型不再借用固定 维普资讯 http://www.cqvip.com · 40 · 直 升 机 技 术 2003年第4期 总第 136期 翼飞机的翼型，而是为直升机专门研制的翼型，即二 维曲线变化翼型。桨尖呈抛物线后掠。桨毂广泛使 用弹性轴承，有的成无铰式。尾桨已开始采用效率 高又安全的涵道尾桨。旋翼升阻比达8．5左右，旋 翼效率提高到0．7左右。 ·机体次结构也采用复合材料制造，复合材料占 机体总重的比例通常为10％左右，直升机的空重，总 重比一般为0．5。 ·对于军用直升机，特别是武装直升机来说，提 出了抗弹击和耐坠毁要求。美军方提出了军用直升 机耐毁 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 NIL—STD一1290，已成为军用直升机的 设计标准。为满足这些标准，军用直升机采用了乘 员装甲保护，专门设计了耐坠毁起落架、座椅和燃油 系统。 ·电子系统已发展到半集成型。直升机采用大 规模集成电路通讯设备、集成的自主导航设备、集成 仪表、电子式与机械式混合操纵机构等。机上的电 子设备之间靠一条双向数字数据总线交连，通过这 条总线可进行信息发射和接收。直升机采用混合布 置的局部集成驾驶舱。第一代夜视系统的使用使直 升机具备了夜间飞行能力。这种较为先进的半集成 电子设备使直升机通讯距离显著增大，导航距离与 精度明显提高，仪表数量有所减少，飞行员工作负荷 得到减轻，也使直升机具备了机动，贴地飞行以及在 不利气象，夜间条件下的飞行能力，从而提高了直升 机的整体性能。 ·动力学性能明显提高。直升机的升阻比达到 5．4，全机振动水平约为0．1 g，噪声水平低于95分 贝，最大飞行速度达到300 kW，h。 3．4 复合材料、电传操纵及隐身直升机 20世纪9o年代是实用型直升机发展的第四阶 段，出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身设计的 武装侦察直升机。典型机种有：美国的RAIl一66和 s一92，国际合作的“虎”、NH90和EH101等。 这个阶段的直升机具有以下特点： ·采用第3代涡轴发动机，这种发动机虽然仍采 用自由涡轴结构，但采用了先进的发动机全权数字 控制系统及自动监控系统，并与机载计算机管理系 统集成在一起，有了显著的技术进步和综合特性。 第3代涡轴发动机的耗油率仅为0．28 kg／kW·h，低 于活塞式发动机的耗油率。其代表性的发动机有 TS00、RTM322和RTM390。 ·桨叶采用碳纤维、凯芙拉等高级复合材料制 成，桨叶寿命达到无限。新型桨尖形状繁多，较突出 的有抛物线后掠形和先前掠再后掠的BERP桨尖。 这些新桨尖的共同特点是可以减弱桨尖的压缩性效 应，改善桨叶的气动载荷分布，降低旋翼的振动和噪 声，提高旋翼的气动效率。球柔性和无轴承桨毂获 得了广泛应用，桨毂壳体及桨叶的连接件采用复合 材料，使结构更为紧凑，重量大为降低，阻力大大减 小。旋翼升阻比达到 lO．5，旋翼效率为0．8。这个 阶段应用了无尾桨反扭矩系统，其优点是具有良好 的操纵响应特性、振动小、噪声低，不需要尾传动轴 和尾减速，使零部件数量大大减小，因而提高了可维 护性。 ·复合材料在直升机上获得了前所未有的广泛 应用。直升机开始采用复合材料主结构，复合材料 的应用比例大幅度上升，通常占机体结构重量的 30％一50％。这一时期的民用型直升机的空重，总 重比约为0．37。 ·高度集成化的电子设备。计算机技术、信息技 术及智能技术在直升机上获得应用，直升机电子设 备朝着高度集成化方向发展。这一时期的直升机， 采用了先进的增稳增控装置，用电传、光传操纵取代 了常规的操纵系统，采用先进的捷联惯导、卫星导航 设备及组合导航技术，先进的通讯、识别及信息传输 设备，先进的目 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 别、瞄准、武器发射等火控设备 及先进的电子对抗设备，采用了总线信息传输与数 据融合技术，并正向传感器融合方向发展。机上的 电子、火控及飞行控制系统等通过多余度数字数据 总线交连，实现了信息共享。采用了多功能集成显 示技术，用少量多功能显示器代替大量的单个仪表， 通过键盘控制显示直升机的飞行信息，利用中央计 算机对通讯、导航、飞行控制、敌我识别、电子对抗、 系统监视、武器火控的信息进行集成处理从而进行 集成控制。采用这类先进的集成电子设备，大大简 化了直升机座舱布局和仪表板布置，系统部件得到 简化，重量大大减轻。更主要的是极大地减轻了飞 行员工作负担，改善了直升机的飞机品质和使用性 能。 ·直升机的全机升阻比达到6．6，振动水平降到 0．05 g，噪声水平小于9o分贝，最大速度可达到350 kW，h。 自从VS一300实用直升机于 1939年成功飞行 以来，直升机已由噪声大、不稳定和振动剧烈而且只 能载运一名飞行员和少量载重的飞行器逐渐发展成 ▲ 维普资讯 http://www.cqvip.com 直 升 机 技 术 2OO3年第4期 总第136期 ·41· 一 种能力非常大的先进飞行器。许多直升机爱好者 的梦想完全变成现实，而且在许多方面还超出了人 们的想象。现在已有四万多架各种直升机在世界各 地使用着。它们执行的任务包罗万象，在民用方面 有空中救护、海上与山地救援、警用监视、行政服务 和石油钻井平台服务，在军用方面有部队运输、反坦 克和反潜等等。直升机已营救了十几万人的生命。 表1 各阶段直升机主要技术特征表 在过去60多年中，许多航空学科的持续发展使 得直升机在性能、升力、巡航效率和可靠性方面有很 大的提高。旋翼效率的不断改进已使直升机的有效 载重量大大超过其本身的空重，最大平飞速度可达 350 km／h。自从20世纪80年代以来，科学技术的飞 速发展有助于搞清和克服与直升机飞行有关的一些 上首 很困难的技术问题，特别是与旋翼有关的空气动力 限制问题。计算机辅助设计和制造的出现和重量轻 的新型复合材料的使用极大地改善了直升机的设 计。现在的直升机已是一种安全、可靠和用途广泛 的飞行器，它将继续是人类现代生活中必不可缺的 工具。 行了飞行表演。ALH是一种军民两用型双发轻型直 升机，最大起飞重量5．7吨，载客 l4名，目前已交付 印度空军、海军、海岸警卫队l8架，预计2004年还交 付2o余架。 印度HAL直升机制造公司并不满足于印度市 场，本次参加巴黎航展的目的就是促进ALH的外销。 2002年问，它与以色列航空公司(taI)签订了一顶协 议，合作开发ALH的出口型，本届航展的以色列航空 工业展台上也展出了1架ALH直升机。协议书规 定，由以色列LILI公司负责ALH出口型机载设备的研 制，其中包括“全屏式”仪表板、激光探测器、雷达、导 巴 黎 航 展 弹、红外干扰器和诱饵等。出口型预计在2003年下 半年获取适航证，主要出口地区为拉丁美洲的山地国 家。 据印度H地直升机公司透露，它目前还在研制 ALH的武装型。这种武装型将安装空一空导弹、前 视红外，可实现仪表飞行，能全天候昼夜执行各种任 务，机上复合材料比例达67％，并采用无轴承尾桨和 无拉杆的旋翼操纵技术，动力装置暂时采用透博梅卡 公司TM333—2B2发动机，2006年后改用透博梅卡最 新型“阿尔迪当”发动机。该发动机采用单元体结构 设计，装有全权数字电子控制系统，具有良好的高温 高原性能。市场预测表明，未来 l0年内对这种武装 型的需要量约600架。 (鸣) 维普资讯 http://www.cqvip.com