直升机

依靠发动机带动旋翼产生升力和推进力的航空器。习称直升飞机。其英文名称起源于希腊文,helix(螺旋)和pteron(翼),意为“旋转的翼”。它能垂直起落、空中悬停、原地转弯,并能前飞、后飞、侧飞;能在野外场地垂直起飞和着陆,不需要专门的机场和跑道;能贴近地面飞行和长时间悬停,超越障碍,或利用地形地物隐蔽活动;能吊运体积大的武器装备,不受本身容积的限制。因此,直升机在军事上得到广泛应用,是现代军队的重要技术装备之一。与固定翼飞机相比,直升机航程短,速度小,振动和噪音较大。

直升机按旋翼数目分为单旋翼式直升机、双旋翼式直升机(又分纵列式、横列式、共轴式)和多旋翼式直升机;按重量分为轻型、中型和重型;按军事用途分为运输、武装、反潜、救护、通信联络等型别。此外,还有无人驾驶直升机。

基本组成和操纵原理

直升机主要由机身、动力装置、起落装置、旋翼、液压系统、操纵系统、电子和特种设备等组成。旋翼通常由2~8片窄长的桨叶和与之相连的桨毂组成,安装在机身上方竖向的旋翼轴上,由发动机通过减速器驱动旋转。多数直升机的旋翼,采用装有水平关节、垂直关节和轴向关节的铰接式桨毂。旋翼旋转时,桨叶可绕水平关节上下挥舞,并绕垂直关节前后摆动一定角度,以减小桨叶根部弯矩,保持直升机平衡稳定;桨叶还可绕轴向关节转动,以改变桨叶相对于气流的迎角,使其升力发生变化。有些先进的直升机,为了改善性能,简化结构,降低成本,已部分或全部取消了关节,称作“无铰旋翼系统”。直升机旋翼布局的形式很多,其中单旋翼式应用最广,其尾部装有1副由水平轴驱动的尾桨,用以平衡旋翼转动时产生的反作用力矩和进行航向操纵。

直升机由1或2名飞行员驾驶。单旋翼式直升机通过3种机构进行操纵(见图):

(1)操纵周期变距驾驶杆(简称驾驶杆),使旋翼桨叶的安装角(桨距)在旋转过程中产生周期性变化,并使桨叶升力也相应地产生周期性变化,从而使桨叶尖部轨迹平面及总的升力线向所需要的飞行方向倾斜,使直升机前飞、后飞或侧飞。

(2)操纵总距 -油门操纵杆,可同时等量改变所有桨叶的安装角,并相应地改变发动机功率,以增大或减小总升力,控制直升机升降。

(3)操纵脚蹬,可改变尾桨桨叶的安装角,使偏转力矩发生变化,以控制直升机航向。发动机在空中停车时,直升机可利用旋翼自转下滑着陆,增强安全性。

直升机的操纵机构 用途和性能

直升机可用于:

(1)运输,主要遂行短途的和其他运输工具难以完成的任务;

(2)机降部队;

(3)航空火力支援;

(4)反潜搜索和攻击;

(5)航空布雷、扫雷;

(6)救护,寻找和营救遇难人员,后送伤病员;

(7)侦察和观测,遂行战场侦察搜索任务,观测和校正炮兵射击;

(8)通信联络,传送战斗文书,敷设通信线路,并可作为中继通信站和对敌电台的机动干扰站;

(9)空中指挥;

(10)其他,如吊装桥梁和工程设备,清除道路障碍等。

直升机的起飞重量不一,小的只有几百公斤,大的达100吨以上;最大速度已达350公里/小时左右;实用升限4000~6000米;航程400~800公里,转场航程1000公里以上。有的直升机还能做“斤斗”、“横滚”、“急跃升”等特技飞行动作。直升机的悬停高度,由需用功率和发动机的可用功率决定。在临近地面时,利用地面效应可增大旋翼升力。例如,当旋翼离地高度是其直径的1/2时,升力约增大10%,这就使超载的直升机能临近地面悬停和起飞,或使正常载重的直升机增加悬停起降的高度。

简史

直升机的发展经历了漫长的道路。中国古代就出现了“竹蜻蜓”玩具,15世纪中叶传入欧洲,称作“中国陀螺”,可以说是旋翼的雏形。1483年,意大利科学家达·芬奇绘制了一幅直升飞行器草图。在随后的几百年中,出现了各种直升机模型。1907年9月19日,航空工业的先驱法国的 L.-C.布雷盖研制了四旋翼直升机,首次载人升离地面,但需4名助手在地面用绳子拉着以保持平衡。同年11月13日,法国工程师P.科尔尼首次驾驶自己研制的双旋翼直升机,保持了约20秒的自由飞行,但在当时还无法解决操纵和稳定的问题。直到1923年,西班牙航空工程师 J.de la西尔瓦发明了铰接桨叶的桨毂后,才为直升机的发展开辟了道路。1936年,德国人H.福克研制出一架双旋翼横列式直升机Fw-61,多次成功地进行了飞行表演。1939年,美籍俄国飞机设计师И.И.西科尔斯基研制出一架接近实用的单旋翼直升机VS-300,其改进型R-4(VS-316)于1942年交付美国陆军。此后,直升机开始实际使用并成批生产。20世纪40年代初,德国海军试用FL-282小型直升机进行海上侦察活动。1943~1946年,美军着手研究试验直升机用于反潜作战。50年代初,美军开始在朝鲜战场使用直升机进行营救、伤员后送和其他支援活动。1956年苏伊士运河冲突期间,英、法两国军队使用直升机机降,增援登陆部队。50年代中后期,法军在阿尔及利亚战场首次把直升机作为武器载机,遂行轰炸、扫射任务。60年代,美军在越南战场先后投入数千架直升机,不仅作为主要的运输和营救工具,而且广泛遂行机降和火力支援任务。以后,在中东、阿富汙和马尔维纳斯群岛(福克兰群岛)等局部战争中,直升机都发挥了明显的作用。大量装备和使用直升机已经是现代战争的重要特征之一,它正在改变一些传统的作战方式和军事概念。目前,美国是装备军用直升机最多的国家,约占其军用飞机总数的三分之一以上。中国于50年代末开始成批生产直升机并装备部队。

图 展望

今后军用直升机的发展重点,是发展专用的武装直升机。在理论和技术方面,继续研究、探讨直升机空气动力学,减少振动和延长使用寿命;采用新材料、新工艺;研制新型旋翼系统、传动机构、高性能动力装置和自动控制系统。为了克服传统形式直升机速度小的弱点,有些国家正在研究试验复合式和组合式直升机。复合式直升机,是在普通直升机上增加固定机翼,以减轻前飞时的旋翼负荷,还增设辅助动力装置,以产生前飞推力,飞行速度可增大到400~500公里/小时。组合式直升机,是在起落和悬停时,由旋翼产生升力;前飞时由固定翼产生升力,这时旋翼收藏在机身内部,或转向作拉力螺旋桨;有的组合式直升机,是由旋翼停转变为固定翼,飞行速度有可能增大到600~800公里/小时。

参考书目
  1. W.Johnson,Helicopter theory,Princeton Univ. Press, Princeton, 1980.
  2. B.Gunston,Helicopters at war,Chartwell Books Icn.Secaucus,1977.

参考文章