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第8章 从竹蜻蜓到直升机(1)

古老的竹蜻蜓当人类于1903年发明飞机后,飞机很快就被用于战争和民用航空运输,发展极为迅速,但直升机的发展从公元3世纪“人力直升机”的竹蜻蜓至带机械动力的直升机出现,却历时2200多年,经历了人类科学发展史上少有的曲折。

直升机的概念最早可追溯到中国古代的儿童玩具竹蜻蜒。据史料记载,在晋朝葛洪所著的《抱朴子》一书中就描绘了通过旋转的竹蜻蜒垂直升空的情景,体现了可以通过旋转的螺旋桨产生垂直的向上拉力,实现垂直起降的直升机的基本原理。

在西方,早在1475年,达·芬奇就画出了—个直升机的方案图,被航空界认为是世界上第一种直升机草图。在达·芬奇画出的直升机设计图上,它的主要部件是—个螺旋面,其几何图形相当于桨叶旋转与前进合成运动画出的曲面,两个端面间的夹角约540度,中间是一个直轴,上面缠绕着弹簧来驱动螺旋面旋转。可惜的是达·芬奇并未将自己的研究和论文对外发表,他的天才科学思想和伟大的航空成果一直不为人所知。

直到200年以后,即18世纪末,拿破仑军队入侵佛罗伦萨,将达·芬奇的遗物送回法国,达·芬奇的手稿方见天日,但是由于在当时公众眼里,达·芬奇是一位伟大的艺术家,所以航空界根本不曾想到在达·芬奇的手稿中还会有航空研究成果,所以达·芬奇的航空成果仍旧不为人知。

到了20世纪20年代,即又过了200多年,人们才发现了达·芬奇的伟大航空奠基工作,但是此时的人类在航空、包括直升机方面均已有了突破性进展,达·芬奇的手稿就只能成为弥足珍贵的文物了。

短暂的腾空俄国伟大的科学家与发明家米哈依·罗蒙诺索夫在1754年设想并制作了一个当时被称为“腾空机”的直升机机械模型。

这个机械是被悬挂在一条支在两个滑车上的绳索上,绳索的另一端挂着与它平衡的砝码,下面装了普通钟表的弹簧,只要弹簧一上紧,弹簧力就会带动上部的叶片在水平面上转动,机械就腾空而起了。

18世纪后期,法国的波克顿也曾实际设计过直升机。它包括两副螺旋桨,一个用于支撑,一个用于平衡,螺旋桨由人力驱动。

进人19世纪,英国航空之父乔治·凯利从科学的角度研究过竹蜻蜓的飞行原理,并且画出了具有4个旋翼的垂直飞行器,不过他没有将其制造出来。

由于没有找到合适的动力,所以所有这些设计和模型都是靠人或靠别的短暂作用的冲击力将模型推向空中,靠模型的旋翼旋转产生短暂的举力在空中支持一段时间,然后落地,空中停留时间很短。

蒸汽机的出现为航空事业带来了生机。

1842年,英国的菲利普斯制造出了第一架采用持续动_力装置驱动器的直升机。据说这架小直升机在试验时上升了大约15米,并持续飞行了几百米的距离。

此后,又有不少探索者致力于这种以蒸汽机为动力的直升机的研制,然而都没有成功,从而使人们认识到蒸汽机用作航空动力具有先天的缺陷,它大功率小重量比太低,直到1876年德国人奥托发明了四冲程内燃机,才使发动机的功率小重量比达到了一个合乎航空要求的值,为直升机乃至各种重于空气飞行器的发明提供了动力保证。

破茧成蛾

直升机旋翼问题一直是早期发展的难点,直到20世纪一批科学家和设计家们才弄清了直升机旋翼的工作原理。

旋转的旋翼会产生一个与旋翼旋转方向相反的作用力矩,为了平衡这个力矩,最常见的方法就是在直升机后面加—个尾桨,通立尾桨的旋转来抵消旋翼旋转产生的力矩。

直升机的先驱者还设计出多个旋翼的直升机,通过不同旋翼以相互反方向旋转产生互相抵消的力矩。

1906年,法国直升机设计师保罗·科尔尼研制出的世界上第一架纵向排列的双旋翼直升机,在1907年11月13日进行了试飞,试飞结果是离地30厘米、留空20秒。这架直升机是“人力直升机”进入“带热机械动力直升机”的重要转折点,标志着直升机的发展进入了新阶段。

被认为世界上第一架真正实用的直升机是德国著名飞机设计师海因利希·福克设计的:Fw-61双旋翼横列式单座载人直升机,它在1936年6月26日的首次试飞中飞行了28秒。

1937年6月,Fw-61创造了122.35千米的直升机闭合航空距离纪录、1小时20分的留空时间纪录、3427米的升空高度纪录和122千米/时的飞行速度纪录。

苏联的卡莫夫设计了将两个旋翼上下放在一根轴上的共轴直升机,以后成了卡莫夫设计局的独家产品。

1939年,福克公司研制的Fw-282小型直升机成功地投入小规模的应用,大大推动了世界直升机事业的发展。

相关知识全接触直升机的分类直升机按旋翼数量和布局方式可分成四类:单旋翼带尾桨式直升机,双旋翼共轴式直升机,双旋翼纵列式直升机,双旋翼横列式直升机。

辉煌的纪录直升机技术的发展换来了直升机I生能的大幅度提高。目前,起飞重量最大的直升机是苏联的米里在1969年研制成功的米-12,能运载安-22大型运输机所能运载的火箭和其他重型货物。

载重能力最大的直升机是米里在1977年研制的世界上第一个成功地采用8叶主螺旋桨的米-26,曾将重56.8吨的物体提升至2000米高空,创下提升重量的最高纪录,而且飞行速度仍能保持295千米/时。

目前世界上爬升最高的直升机是法国宇航公司生产的sA315B“美洲驼”单发轻型多用途直升机,1969年它在世界屋脊喜马拉雅山作飞行表演时,曾载着2名乘员在7500米高山上实现了起飞降落。1972年6月,这架直升机在法国伊斯特试飞中心作飞行表演时,又创造了起飞25分钟后爬升至12442米高度的绝对飞行高度纪录,这个纪录一直保持至今。

不仅如此,1971年5月在一次营救飞行中,“美洲驼”在珠穆朗玛峰南侧海拔70104米处进行了着陆,创造了世界E有记载的直升机最高着陆点的纪录。

目前航程最远的直升机是美国的“印第安种小马”OH-6A轻型直升机,它于1966年创造了直线飞行3561千米的纪录,这个纪录一直保持至今。

这种直升机能够比其他直升机飞得远的主要原因是,它的体重轻,肚子大。它自重只有557千克,而装油量却多达590千克。该直升机1966年3~4月间共创造了23项世界纪录。

“印第安种小马”是由美国休斯公司设计制造的,1961年开始设计,1966年9月开始在美国陆军服役,共生产1434架。

“印第安种小马”的主要设计特点为:旋翼直径8.03米,尾桨直径1.30米,机长9.24米,机高248米,巡航速度216千米/时,最大爬升率560米/分,实用升限4815米,悬停高度2595米,正常航程611千米。

不断的突破直升机第一次不着陆横跨大西洋是1967年由美国空军第48航空航天搜索和救护中队的两架西科斯基公司HH一3E完成的,起点是美国纽约。1967年5月30日起飞,经过30小时36分的飞行,6月1日到达巴黎参加航空展览会。这次飞行的航程为6872千米,两架直升机共在空中加油9次。

世界上首次单人驾驶直升机进行环球飞行的是澳大利亚百万富翁迪克·史密斯。1982年8月5日,他驾驶“远程突击队员”I型直升机从美国得克萨斯州沃思堡的贝尔直升机公司试验场起飞,于1983年7月22日返回原地,共飞越56765千米。

世界上第—个单人直升机飞抵北极的也是澳大利亚迪克·史密斯,1986年4月7日,史密斯先后两次试图驾机飞抵北极,但因机载设备在寒冷条件下失灵和着陆点冰层破裂等原因,都未成功。1987年4月,史密斯第三次闯北极,终获成功。直升机第一次不着陆横跨太平洋飞行是1970年8月22日,是由两架西科斯基公司HH-53(:完成的。这两架直升机飞行了14484千米,途中由洛克希德公司KC-130“大力士”加油机进行了空中加油。

世界上首次双人驾驶直升机进行环球飞行的是美国得克萨斯州达拉斯的罗斯·小皮罗特和杰伊科本。他们于1982年9月1日至30日,驾驶贝尔-206“得克萨斯精神”号直升机,起点和终点都是得克萨斯州达拉斯。这次环球飞行还创造了国际航空联合会承认的该级直升机环球飞行平均速度纪录,为56.97千米/时。

经过几十年的发展,在直升机制造业中出现了一批著名的直升机研究制造公司,这些公司在长期发展直升机的探索中都形成了各自的风格和特色。

越南战争把直升机军事应用推到了史无前例的规模。越南山区丛林密布、水网交错,是地面部队难以机动的战场,但却成了直升机纵横驰骋的疆场。

美军在越南推行的所谓“特种战争”,实际上就是“直升机战争”。投入使用的直升机高达4000余架,用运输直升机大规模地实施空中机动作战,用武装直升机护航及对地火力支援,用各类战勤直升机实施侦察、校射、指挥、通信、运输、救护任务,一昼夜出动直升机的最高强度达15000架次。

据统计,从1962年的1月至1970年2月的8年间,美国陆军共出动直升机2550万架次,飞行900万小时,输送了约285万人和35万吨装备和物资。

正是美国投放的数千架军用直升机在越南战争中所发挥的重要作用,开创了武装直升机大量投放战场的先河,为专用武装直升机的迅速发展和广泛应用打下了良好的技术和战术使用基础。

从20世纪60年代开始,一批批在技术上、性能上不断呈现飞跃性发展的先进武装直升机相继问世。如美国较为著名的有70年代的S-70“黑鹰”、80年代的AH一64“阿帕奇”;苏联70年代初的米-24、80年代的米-28和今天的-50、卡-52等;欧洲60年代末的“一雀”军用型,70年代的“超美洲豹“黑豹”、“山猫”、以及80年代的A-1“猫鼬”和“虎”式武装直升机等。

近年来,俄、欧、美3个军事E都在继续积极推进21世纪新型武装。

机计划的发展进程。此外,像日本度等亚洲国家也都在努力加强各自直升机的发展。

空中杀手“阿帕奇”

美国麦道直升机公司最早是从休斯直升机公司演进而来,尽管1996年又并人波音成为波音直升机公司,然而人们还是喜欢使用麦道直升机公司的名字。该公司以军用直升机见长,其中最有名的就是AH-64“阿帕奇”武装直升机。

AH-64“阿帕奇”直升机是美国目前在使用中最先进的、具有全天候作战能力的武装直升机,是当今世界上技术最先进、火力最强大、价格最昂贵的武装直升机。

该机既可用于反坦克作战,又可用于攻击敌直升机、低空飞机和其他目标。其最显著的特点是,能够在白天、夜间以及能见度有限的条件下,确定敌装甲车辆和其他目标的位置,同它们交战并予以摧毁。

“阿帕奇”投入使用后,表现突出。1989年12月,11架AH-64A“阿帕奇”在巴拿马冲突中首次被用于作战。在1991年海湾战争中更是被作为对地攻击的主要空中力量使用,总共有近300架AH-64直升机执行了反坦克、攻击前沿阵地和为机降、运输、救护、直升机护航等多种任务。

在1994年第二次海湾战争中,美国再次在伊拉克周围部署了“阿帕奇”武装直升机作为一种威慑力量。

在1999年北约对南联盟的空袭行动中,由于长时间的轰炸没有使南联盟屈服,4月5日美国派遣第一批AH-64“阿帕奇”武装直升机到达阿尔巴尼亚,想利用该机在过去几次战斗中显示的威慑力向南联盟施加心理压力。

“阿帕奇”也有不少弱点,需要一支庞大的保障队伍。据称,美国为完成把24架“阿帕奇”部署到阿尔巴尼亚,动用了近3000名支援队伍,包括修建掩蔽物、守卫机场、对直升机本身和军械的维修。

空中飞虎

1992年,法国宇航公司的直升机分公司和德国原MBB公司的直升机分公司组成一家合资公司,这就是欧洲直升机公司。

欧直公司的产品范围极广,其中最著名的是“虎”式武装直升机。因为在海湾战争中,法国陆军航空兵亲眼目睹了美国的AH一64“网‘帕奇”攻击直升机横扫伊军坦克部队和各种纵深目标、为陆战部队的速战速决清场开道的场景,使法国陆军航空兵决心继续研制“虎”式武装直升机。

“虎”也采用了串列式双座直升机,但驾驶员在前,射击员在后,与美国同类直升机的布局正好相反。

“虎”式武装直升机的平均任务重量为54吨,最大总重为6吨,速度270千米/时,一次任务续航时间为3小时,火力圈外作战距离超过7~8千米,为了使机体结构重量最小,80%的结构采用了复合材料。

“虎”式武装直升机上装备了经改进的数字式自动飞行控制系统,:进一步增强了直升机的敏捷性和扩大了飞行包线,包括在4 000米高度上的飞行速度达到270千米/时,侧飞速度可达到130千米/时。