【简介:】本篇文章给大家谈谈《涡轮喷气直升机》对应的知识点,希望对各位有所帮助。本文目录一览:
1、直升机直飞原理?
2、直升飞机的特点是什么有什么功能为什么
3、直升机的发展
本篇文章给大家谈谈《涡轮喷气直升机》对应的知识点,希望对各位有所帮助。
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直升机直飞原理?
直升机主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动,也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。目前实际应用的是机械驱动式的单旋翼直升机及双旋翼直升机,其中又以单旋翼直升机数量最多。
直升机的最大速度可达300km/h以上,俯冲极限速度近400km/h,使用升限可达6000m(世界纪录为12450m),一般航程可达600~800km左右。携带机内、外副油箱转场航程可达2000km以上。根据不同的需要直升机有不同的起飞重量。当前世界上投入使用的重型直升机最大的是俄罗斯的米-26(最大起飞重量达56t,有效载荷20t)。
直升机的突出特点是可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其具有广阔的用途及发展前景。在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输是民用的一个重要方面。
目前直升机相对飞机而言,振动和噪声水平较高、维护检修工作量较大、使用成本较高,速度较低,航程较短。直升机今后的发展方向就是在这些方面加以改进。
直升机的发展简史
中国的竹蜻蜓
中国的竹蜻蜓和意大利人达芬奇的直升机草图,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。
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像竹蜻蜓的叶片,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。
《大英百科全书》记载道:这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15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,就已经传入了欧洲。
《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。”
意大利达芬奇的画
意大利人达芬奇在1483年提出了直升机的设想并绘制了草图。
19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,看上去好像一个巨大的螺丝钉。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。
人类第一架直升机
1907年8月,法国人保罗?科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米,完成了垂直升空,而且还连续飞行了20秒钟,实现了自由飞行。
保罗科尔尼研制的直升机带两副旋翼,主结构为一根V形钢管,机身由V形钢管和6个钢管构成的星形件组成,并采用钢索加强,以增加框架结构的刚度。V形框架中部安装一台24马力的 Antainette 发动机和操作员座椅。机身总长6.20米,重260千克。V形框架两端各装一副直径为6米的旋翼,每副旋翼有2片桨叶。
世界上第一种试飞成功的直升机
1938年,年轻的德国姑娘汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。
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-61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。FW61旋翼毂上装有周期变距装置,在旋翼旋转过程中可改变桨叶桨距。还有一根可变动桨距的操纵杆来改变旋翼面的倾斜度,以实现飞行方向控制。FW61就是靠这套周期变距装置和操纵杆保证了它的机动飞行。该机旋翼直径7米。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公里,航程200公里,起飞重量953千克。
第一架实用直升机
1939年春,美国的伊戈尔?西科斯基完成了VS-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米,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-300进行改进,逐步加大发动机的功率。1940年5月13日,VS-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。
世界上第一种投入批生产的直升机
R-4是美国沃特-西科斯基公司20世纪40年代研制的一种2座轻型直升机,是世界上第1种投入批量生产的直升机,也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。该机的公司编号为VS-316,VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4,美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1,英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1),英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。早期的活塞式发动机和木质桨叶直升机
在20世纪40年代至50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-51、S-55/H-19、贝尔47;苏联的米-4、卡-18;英国的布里斯托尔-171;捷克的HC-2等。这一时期的直升机可称为第一代直升机。
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30于1943年开始飞行,1945年改名为贝尔47,1946年3月8日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-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。
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1.3千瓦/千克),比容积低(约247.5千克/米3)。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200千米/小时),振动水平在0.25g左右,噪声水平约为110分贝,乘坐舒适性差。涡轴发动机和金属桨叶直升机
20世纪50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-61、贝尔209/AH-1、贝尔204/UH-1,苏联的米-6、米-8、米-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-1和米-24。这些直升机称为称为第二代直升机。
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3.62千瓦/千克,比容积为294.9千瓦/米3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200~250千米/小时,振动水平降低到0.15g左右,噪声水平为100分贝,乘坐舒适性有所改善。
第三代直升机
20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S-70/UH-60“黑鹰”、S-76、AH-64“阿帕奇”,苏联的卡-50、米-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-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0.36千克/千瓦小时,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3600小时左右。翼型不再借用固定翼飞机的翼型,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MIL-STD-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0.1g,噪声水平低于95分贝,最大飞行速度达到300千米/小时。
现代直升机
20世纪90年代是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RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等,称为第四代直升机。
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0.28千克/千瓦小时,低于活塞式发动机的耗油率。其代表性的发动机有T800、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10.5,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30~50%。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0.05g,噪声水平小于90分贝,最大速度可达到350千米/小时。
直升机的飞行原理
直升机的头上有个大螺旋桨,尾部也有一个小螺旋桨,小螺旋桨为了抵消大螺旋桨产生的反作用力。直升机发动机驱动旋翼提供升力,把直升机举托在空中,旋翼还能驱动直升机倾斜来改变方向。螺旋桨转速影响直升机的升力,直升机因此实现了垂直起飞及降落。
水平面内的机动,如加速和减速、盘旋、转弯、水平“8”字机动、蛇形机动等;
铅垂平面内的机动,如急跃升和俯冲;
空间立体机动,如盘旋下降、战斗转弯,跃升中的回转和转弯。
这些动作属于简单特技。 属于复杂特技的有:筋斗、横滚、兰威斯曼特技和若干其他特技,如倒飞等。在一定条件下这些特技动作,能在某些型号直升机上完成。另外,按照直升机运动的特性,机动飞行分为稳定和不稳定两种,其加速度保持不变的称为稳定机动,如稳定盘旋;而变加速度机动,则称作不稳定机动。下面分析几种典型机动飞行。下面分析几种典型机动飞行。
水平直线加速机动
当速度加大后,机身阻力也随之加大,若要保持同样大小的加速度,则要求增大桨盘倾斜角和旋翼拉力。如果得不到满足,则直升机平飞加速度就会随之减小至零,而直升机就会在一个较大的飞行速度下平飞。
水平转弯
假设直升机以一定速度、一定高度向右转弯,即所谓等高、等速水平转弯。这种情况下,桨盘侧向倾斜17.3度,旋冀拉力增大5%。此时,旋翼拉力的铅垂分力平衡直升机的重力,法向过载等于l,以保持高度不变;旋翼拉力的水平分力指向右侧,得到0.311g的侧向过载,这就是直升机作水平转弯所需要的侧力。
垂直机动飞行
垂直机动飞行通常需要变化高度、速度、总距以及飞行姿态和曲率半径。假设某型直升机在铅垂平面内作一圆圈飞行,即所谓垂直筋斗;见下图。为了简化分析,假设直升机在筋斗过程中速度保持不变,直升机只受重力的作用(这种假设实际上不可能,因为还有其他力的影响)。当半径和速度保持不变时(见下左图)表明直升机的向心力是恒定的。 在筋斗的底部重力与旋翼拉力的方向是相反的;在垂直向上、向下时,重力与拉力垂直;在筋斗顶部,重力与拉力方向相同。这就清楚表明旋翼产生的拉力要持续变化,才能保持向心力恒定并指向圆圈中心。当直升机在筋斗底部的时候,旋翼必须向上产生3倍于直升机自身重量的拉力,并且桨盘要向前倾斜28.5度或向后倾斜24.5度。这样的要求,对于大多数直升机来说是难以办到的。
直升飞机的特点是什么有什么功能为什么
直升机是飞机的一种,其最大特点是以一个或多个大型水平旋转的旋翼提供向上升力。直升机可以垂直升降,也可以停留在半空不动(悬停),或向后飞行,这一突出特点使得直升机在很多场合大显身手。直升机突出的反坦克能力更是是它成为现代战争不可缺少的一环。直升机的缺点是旋翼阻力大,速度低,耗油量高,航程短,在战争中雷达反射面积大,易遭受地面单兵作战武器的袭击。
飞行原理
普通固定翼飞机飞行浮力源自固定在机身上的机翼。当定翼飞机向前飞,机翼与空气的相对运动产生向上升的浮力。直升机的浮力也来自相同的原理;但是直升机上的机翼并不是固定在飞机上,随著飞机向前运动;而是在机顶上旋转。所以直升机上的“螺旋桨”其实是旋转中的机翼,正确名称为“旋翼”。当旋翼提供浮力的同时,也会令飞机与旋翼作相反方向旋转,必须以相反的力平衡。多数做法是以小型的螺旋桨或风扇在机尾作相反方向的推动,也有新型直升机是靠在尾部吹出空气,用附壁效应产生的推力平衡,好处是大幅减少噪音,而且也可以避免尾部螺旋桨碰损的可能性,提高飞机安全性。部分大型直升机则使用向不同方向旋转的旋翼,互相抵消对机体产生的旋转力。
历史
人类有史以来就向往着能够自由飞行。古老的神话故事诉说着人类早年的飞行梦,而梦想的飞行方式都是原地腾空而起,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。例如哪阿拉伯人的飞毯,希腊神的战车,都是垂直起落飞行器。然而它们毕竞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“竹蜻蜒”和意大利人达•芬奇的画。
竹蜻蜒有据可查的历史记载于晋朝(公元265—420‘年).葛洪所著的《抱朴子》一书中。它利用螺旋桨的空气动力实现垂直升空,演示了现代直升机旋翼的基本工作原理。《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。” 这种玩具于14世纪传到欧洲,带去了中国人的创造。 欧洲人将它作为航空器来研究和发展。“
英国航空之父”乔治•凯利(1773一1857年)曾制造过几个竹蜻蜓,用钟表发条作为动力来驱动旋转,飞行高度曾达27m。 随着生产力的发展和人类文明的进步, 直升机的发展史由幻想时期进入了探索时期。欧洲产业革命之后,机械工业迅速倔起,尤其是本世纪初汽车和轮船的发展,为飞行器准备了发动机和可供借鉴的螺旋桨。经过航空先驱者们勇敢而艰苦的创造和试验,1903年莱特(Wright)兄弟创造的固定翼飞机滑跑起飞成功。在此期间,尽管在发展直升机方面他付出了很多的艰辛和努力,但由于直升机技术的复杂性和发动机性能不佳,它的成功飞行比飞机迟了30多年。
20世纪初为直升机发展的探索期,多种试验性机型相继问世。试验机方案的多样性表明了探索阶段的技术不成熟性。经过多年实践,这些方案中只有纵列式和共轴双旋翼式保留了下来,至今仍在应用。双桨横列式方案未在直升机家族中延续,但在倾转旋翼/机翼式垂直起落飞行器中得到了继承和发展。
俄国人尤利耶夫另辟捷径,提出了利用尾桨来配平旋翼反扭矩的设计方案并于1912年制造出了试验机。这种单旋翼带尾桨式直升机成为至今最流行的形式,占到世界直升机总数的95%以上。
经过20世纪初的努力探索,为直升机发展积累了可贵的经验并取得显著进展,有多架试验机实现了短暂的垂直升空和短距飞行,但离实用还有很大距离。
飞机工业的发展,使航空发动机的性能迅速提高,为直升机的成功提供了重要条件。旋翼技术的第一次突破,归功于西班牙人Ciervao他为了创造“不失速”的飞机以解决固定翼飞机的安全问题,采用自转旋翼代替机翼,发明了旋翼机。旋翼技术在旋翼机上的成功应用和发展,为直升机的诞生提供了另一个重要条件。
1907年8月,法国人保罗•科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。 1938年,年轻的德国人汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。 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-61直升机,1年后该机创造了多项世界纪录。
1939年春,美国的伊戈尔•西科斯基完成了VS-300直升机的全部设计工作,同年夏天制造出一架原型机。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。
20世纪40年代,美国沃特-西科斯基公司研制的一种2座轻型直升机R-4,它是世界上第1种投入批量生产的直升机,也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。该机的公司编号为VS-316,VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4,美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1,英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1),英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。
到30年代末期,在法国、德国、美国和苏联都有直升机试飞成功,并迅速改进达到了能够实用的程度。第二次世界大战的军事需要,加速了这一进程,促使直升机发展由探索期进入实用期,直升机开始投入生产线生产。到二战结束时,德国工厂已生产了30多架直升机,美国交付的 R5、 R6直升机已达400多架。
20世纪的后半期直升机进入航空实用期,直升机的应用领域不断扩展,数量迅速增加。至今已有几万架直升十机服务于国民经济的各个部门和军事领域。直到今天,经过人类100多年的不懈努力,直升机技术技术不断突破,使其应用效能和飞行性能不断改善,从而更适合于使用的拓展,技术上也逐步趋于成熟。
20世纪90年代,直升机发展进入全新的阶段,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RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等,这些新型的直升机又被人们称为第四代直升机。这一时期的直升机,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。其重要特性是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,采用高度集成化的电子设备。计算机技术、信息技术及智能技术。同时,直升机电子设备朝着高度集成化方向发展。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。
分类
单旋翼尾桨直升机
最常见的直升机类型,一个水平旋翼负责提供飞机升力,尾部一个小型垂直螺旋桨负责抵消旋翼的反作用力。代表型号:苏联米里设计局研制的米-26运输直升机以及美国麦道公司研制的AH-64武装直升机。
单旋翼无尾桨直升机
一个水平旋翼负责提供飞机升力,并从尾部吹出空气,用附壁效应产生的推力抵消旋翼的反作用力。代表型号:美国麦道公司生产的MH-6直升机。
双旋翼直升机
纵列式
两个旋翼前后纵向排列,旋转方向相反,多见于大型运输直升机。代表型号:美国波音公司制造的CH-47“支努干”运输直升机。
共轴式
两个旋翼上下排列在同一个轴上,并且没有尾桨,优点是稳定性好,但技术复杂,因而较为少见。代表型号:苏联卡莫夫设计局研制的卡-50武装直升机。
侧旋翼直升机
又称为倾斜旋翼直升机,结合了固定翼飞机和直升机两者特点的混合技术直升机。起飞时采用水平并置的双旋翼,飞行中将旋翼向前旋转90度变成两个真正的螺旋桨,按照普通固定翼飞机的模式飞行。这样做的好处是可以减小飞行阻力,提高飞行速度,最高可以超过600公里/小时,同时省油,提高航程,缺点是结构复杂,故障率高,因而极为少见。代表型号:美国贝尔公司和波音公司联合制造的V-22运输直升机。
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(一)直升机的发展简史
中国的竹蜻蜓
中国的竹蜻蜓和意大利人达?芬奇的直升机草图,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。
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。
《大英百科全书》记载道:这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15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,就已经传入了欧洲。
《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。”
意大利达芬奇的画
意大利人达芬奇在1483年提出了直升机的设想并绘制了草图。
19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。
人类第一架直升机
1907年8月,法国人保罗?科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米,完成了垂直升空,而且还连续飞行了20秒钟,实现了自由飞行。
保罗?科尔尼研制的直升机带两副旋翼,主结构为一根V形钢管,机身由V形钢管和6个钢管构成的星形件组成,并采用钢索加强,以增加框架结构的刚度。V形框架中部安装一台24马力的 Antainette 发动机和操作员座椅。机身总长6.20米,重260千克。V形框架两端各装一副直径为6米的旋翼,每副旋翼有2片桨叶。
世界上第一种试飞成功的直升机
1938年,年轻的德国姑娘汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。
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-61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。FW61旋翼毂上装有周期变距装置,在旋翼旋转过程中可改变桨叶桨距。还有一根可变动桨距的操纵杆来改变旋翼面的倾斜度,以实现飞行方向控制。FW61就是靠这套周期变距装置和操纵杆保证了它的机动飞行。该机旋翼直径7米。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公里,航程200公里,起飞重量953千克。
第一架实用直升机
1939年春,美国的伊戈尔?西科斯基完成了VS-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米,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-300进行改进,逐步加大发动机的功率。1940年5月13日,VS-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。
世界上第一种投入批生产的直升机
R-4是美国沃特-西科斯基公司20世纪40年代研制的一种2座轻型直升机,是世界上第1种投入批量生产的直升机,也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。
该机的公司编号为VS-316,VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4,美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1,英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1),英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。
早期的活塞式发动机和木质桨叶直升机
在20世纪40年代至50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-51、S-55/H-19、贝尔47;苏联的米-4、卡-18;英国的布里斯托尔-171;捷克的HC-2等。这一时期的直升机可称为第一代直升机。
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30于1943年开始飞行,1945年改名为贝尔47,1946年3月8日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-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。
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1.3千瓦/千克),比容积低(约247.5千克/米3)。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200千米/小时),振动水平在0.25g左右,噪声水平约为110分贝,乘坐舒适性差。
涡轴发动机和金属桨叶直升机
20世纪50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-61、贝尔209/AH-1、贝尔204/UH-1,苏联的米-6、米-8、米-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-1和米-24。这些直升机称为称为第二代直升机。
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3.62千瓦/千克,比容积为294.9千瓦/米3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200~250千米/小时,振动水平降低到0.15g左右,噪声水平为100分贝,乘坐舒适性有所改善。
第三代直升机
20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S-70/UH-60“黑鹰”、S-76、AH-64“阿帕奇”,苏联的卡-50、米-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-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0.36千克/千瓦小时,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3600小时左右。翼型不再借用固定翼飞机的翼型,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MIL-STD-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0.1g,噪声水平低于95分贝,最大飞行速度达到300千米/小时。
现代直升机
20世纪90年代是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RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等,称为第四代直升机。
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0.28千克/千瓦小时,低于活塞式发动机的耗油率。其代表性的发动机有T800、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10.5,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30~50%。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0.05g,噪声水平小于90分贝,最大速度可达到350千米/小时。
(二)
直升机的飞行原理
直升机的头上有个大螺旋桨,尾部也有一个小螺旋桨,小螺旋桨为了抵消大螺旋桨产生的反作用力。直升机发动机驱动旋翼提供升力,把直升机举托在空中,旋翼还能驱动直升机倾斜来改变方向。螺旋桨转速影响直升机的升力,直升机因此实现了垂直起飞及降落。
直升机的发明
1939年,美国人西科尔斯发明了第一架直升机,机身外形和现在的没多大区别,仍被设计者采用。
直升机的用途
直升机因为有许多其他飞行器难以办到或不可能办到的优势,受到广泛应用,直升机由于可以垂直起飞降落不用大面积机场主要用于观光旅游、火灾救援、海上急救、缉私缉毒、消防、商务运输、医疗救助、通信以及喷洒农药杀虫剂消灭害虫、探测资源,等国民经济的各个部门。世界直升机的队伍逐渐壮大。
直升机的发展简史是怎样的?
直升机主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动3大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动,也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。目前实际应用的是机械驱动式的单旋翼直升机及双旋翼直升机,其中又以单旋翼直升机数量最多。
直升机的最大速度可达300千米/时以上,俯冲极限速度近400千米/时,使用升限可达6000米(世界纪录为12450米),一般航程可达600~800千米左右。携带机内、外副油箱转场航程可达2000千米以上。根据不同的需要,直升机有不同的起飞重量。当前世界上投入使用的重型直升机最大的是俄罗斯的米-26(最大起飞重量达56吨,有效载荷20吨)。
直升机的突出特点是可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其具有广阔的用途及发展前景。在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输是民用的一个重要方面。
目前直升机相对飞机而言,振动和噪声水平较高、维护检修工作量较大、使用成本较高,速度较低,航程较短。直升机今后的发展方向就是在这些方面加以改进。
中国的竹蜻蜓和意大利人达?芬奇的直升机草图,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。
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像竹蜻蜓的叶片,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。
《大英百科全书》记载道:这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15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,就已经传入了欧洲。
《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。”
意大利人达?芬奇在1483年提出了直升机的设想并绘制了草图。
19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,看上去好像一个巨大的螺丝钉。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。
1907年8月,法国人保罗?科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米,完成了垂直升空,而且还连续飞行了20秒钟,实现了自由飞行。
保罗?科尔尼研制的直升机带两副旋翼,主结构为1根V形钢管,机身由V形钢管和6个钢管构成的星形件组成,并采用钢索加强,以增加框架结构的刚度。V形框架中部安装一台24马力的Antainette发动机和操作员座椅。机身总长6.20米,重260千克。V形框架两端各装1副直径为6米的旋翼,每副旋翼有2片桨叶。
1938年,年轻的德国姑娘汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。
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-61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2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。FW61旋翼毂上装有周期变距装置,在旋翼旋转过程中可改变桨叶桨距。还有一根可变动桨距的操纵杆来改变旋翼面的倾斜度,以实现飞行方向控制。FW61就是靠这套周期变距装置和操纵杆保证了它的机动飞行。该机旋翼直径7米。动力装置是一台功率103千瓦的活塞发动机。这是世界上第一架具有正常操纵性的直升机。该机时速100~120千米,航程200千米,起飞重量953千克。
1939年春,美国的伊戈尔?西科斯基完成了VS-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3片桨叶的旋翼,旋翼直径8.5米,尾部装有2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4气缸、55千瓦的气冷式发动机。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。
西科斯基不断对VS-300进行改进,逐步加大发动机的功率。1940年5月13日,VS-300进行了首次自由飞行,当时安装了66千瓦的富兰克林发动机。
R-4是美国沃特-西科斯基公司20世纪40年代研制的一种2座轻型直升机,是世界上第一种投入批量生产的直升机,也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。
在20世纪40年代至50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-51、S-55/H-19、贝尔47;前苏联的米-4、卡-18;英国的布里斯托尔-171;捷克的HC-2等。这一时期的直升机可称为第一代直升机。
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30于1943年开始飞行,1945年改名为贝尔47,1946年3月8日获得美国民用航空署的适航证,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2个桨叶的全金属尾桨。
卡-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三桨叶共轴式旋翼,桨叶为木质结构。装一台202千瓦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。
20世纪50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-61、贝尔209/AH-1、贝尔204/UH-1,苏联的米-6、米-8、米-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-1和米-24。这些直升机称为称为第二代直升机。
20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S-70/UH-60“黑鹰”、S-76、AH-64“阿帕奇”,前苏联的卡-50、米-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-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。
20世纪90年代是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RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等,称为第四代直升机。
谁了解直升飞机的发展史
直升机发展的起点
中国的竹蜻蜓
中国的竹蜻蜓和意大利人达芬奇的直升机草图,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。
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,一直流传到如今。
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像竹蜻蜓的叶片,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
释放诱饵
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。
《大英百科全书》记载道:这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15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,就已经传入了欧洲。
《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。”
全能天才达芬奇的画
达芬奇的直升机(3张)
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北京 直升机总公司
意大利人达芬奇在1483年提出了直升机的设想并绘制了草图。
19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,看上去好像一个巨大的螺丝钉。这种飞机器由四个人操纵,在达·芬奇时代流行的旋转玩具可能引发了这位大发明家的设计灵感,他建议以旋转一绕垂直轴的螺旋面来达到垂直的飞行。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。事实上,达·芬奇称自己的发明也只是提供一个直升动力,而不是真正能工作的飞机。西方人都说,这是最早的直升机设计蓝图。
尽管现代科学家认为达·芬奇设计的“直升机”可能永远不会起飞,但这一设计仍旧是达·芬奇最著名的发明之一。直到今天,人们还将达·芬奇视为双旋翼直升机概念的鼻祖。
早期
在20世纪40年代至50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-51、S-55/H-19、贝尔47;苏联的米-4、卡-18;英国的布里斯托尔-171;捷克的HC-2等。这一时期的直升机可称为第一代直升机。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30于1943年开始飞行,1945年改名为贝尔47,1946年3月8日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-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。 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1.3千瓦/千克),比容积低(约247.5千克/米3)。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200千米/小时),振动水平在0.25g左右,噪声水平约为110分贝,乘坐舒适性较差。
中期
20世纪50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-61、贝尔209/AH-1、贝尔204/UH-1,苏联的米-6、米-8、米-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-1和米-24。这些直升机称为称为第二代直升机。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3.62千瓦/千克,比容积为294.9千瓦/米3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200~250千米/小时,振动水平降低到0.15g左右,噪声水平为100分贝,乘坐舒适性有所改善。
20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段,典型机种有:美国的S-70/UH-60“黑鹰”、S-76、AH-64“阿帕奇”,苏联的卡-50、米-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-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0.36千克/千瓦小时,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,可达到3600小时左右。翼型不再借用固定翼飞机的翼型,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MIL-STD-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0.1g,噪声水平低于95分贝,最大飞行速度达到300千米/小时。
现代
20世纪90年代是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RAH-66和S-92,国际合作的“虎”、NH90和EH101等,称为第四代直升机。 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0.28千克/千瓦小时,低于活塞式发动机的耗油率。其代表性的发动机有T800、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10.5,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30~50%。
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0.05g,噪声水平小于90分贝,最大速度可达到350千米/小时。
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里程碑
第一架直升机
1907年8月,法国人保罗·科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米,完成了垂直升空,而且还连续飞行了20秒钟,实现了自由飞行。
保罗科尔尼研制的直升机带两副旋翼,主结构为一根V形钢管,机身由V形钢管和6个钢管构成的星形件组成,并采用钢索加强,以增加框架结构的刚度。V形框架中部安装一台24马力的 Antainette 发动机和操作员座椅。机身总长6.20米,重260千克。V形框架两端各装一副直径为6米的旋翼,每副旋翼有2片桨叶。
试飞成功
1938年,年轻的德国姑娘汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。
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-61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。FW61旋翼毂上装有周期变距装置,在旋翼旋转过程中可改变桨叶桨距。还有一根可变动桨距的操纵杆来改变旋翼面的倾斜度,以实现飞行方向控制。FW61就是靠这套周期变距装置和操纵杆保证了它的机动飞行。该机旋翼直径7米。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公里,航程200公里,起飞重量953千克。
实用直升机
1939年春,美国的伊戈尔·西科斯基完成了VS-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米,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-300进行改进,逐步加大发动机的功率。1940年5月13日,VS-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。
投入批生产
R-4是美国沃特-西科斯基公司20世纪40年代研制的一种2座轻型直升机,是世界上第1种投入批量生产的直升机,也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。
该机的公司编号为VS-316,VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4,美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1,英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1),英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。
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国产型号
民国的直升机
中国在抗战时由中央航空研究院开展过有限的直升机理论研究。1944年,清华航空研究所曾在大后方的昆明从事过直升机的研究,并有论文发表。更令人震惊的是,几乎于美国的R-4同时,中国开始设计制造直升机。1944年,中国飞机制造业的先驱朱家仁先生设计了中国第一架直升机。1945年秋,“蜂鸟式甲型单座直升机”研制成功,一架居然有共轴双旋翼直升机诞生了!这是中国自己研制的第一架直升机,朱家仁也被称为“中国的直升机之父”。1948年7月“蜂鸟”乙型直升机研制成功,这架直升机发动机功率91.7千瓦,旋翼直径7.62米,机高2.63米,总重725.5千克,最大飞行速度每小时136千米,航程219千米。采用封闭式坐舱,甚至超过了国际上同类直升机。但由于内战,蜂鸟直升机下落不明。
在这里我们不能不提一下中国航空事业的先驱朱家仁,他毕业麻省理工学院航空工程系,回国后一直致力于中国航空事业。朱家仁是一位精干的实业家,一生埋头工作,不图名利,一生都献给了中国的航空事业,即使退休之后仍然进行研究设计。他先后研制有 “蜂鸟”甲、“蜂鸟”乙、纵列双旋翼直升机,绰号“飞行香蕉”的CJC一3和CJC一3A等多种不同型号的直升机。他所取得的成果,比起欧美人一点也不逊色。这位航空先驱者由于内战去了台湾,始终未能再回到自己的故土和奋斗过的那片土地,最后在美国逝世,长眠于异国。除此朱家仁外,还有很多航空人才值得我们铭记。他们中的很多人选择了留在大陆。这也许是旧中国在航空事业留给中国的最大一笔财富。
直5
直-5(Z-5)是中国制造的第一种多用途直升机,也是新中国直升机科研应用的开端。
研制初期代号“旋风25”,原型为苏联米-4直升机。
直升机
1958年2月,哈尔滨飞机工业公司按照苏联提供的全套图纸资料开始仿制米-4,1958年12月14日首次试飞,1959年初由国家鉴定委员会正式验收,投入批生产。63年9月21日航定委同意直5直升机优质过关,批准定型投产;其动力装置活塞-7于同年12月25日优质过关,投入批生产。共生产了545架。
直-5可用于物资、人员输送、救生、边境巡逻。1980年停产。
直-5采用1台活塞-7气冷星形14缸发动机,功率1770马力(1250千瓦)。主螺旋桨直径21米,长为16.8米,高为4.4米。起落架为固定四点式,前起落架横向轮距1.53米,主起落架轮3.82米、前主轮距3.79米。机舱体积达16立方米,一个侧舱门,一个蚌式后舱门。一次可运载11名全副武装的士兵,或8个伤员担架和1名医务人员。发动机舱位于机头,通过传动轴驱动机舱顶部的主旋翼和尾部的尾桨。驾驶舱位于机头前上部,两人机组,两人均可独立完成飞行操纵。可装载1.2吨货物,吊运时可运载1.35吨。直-5的机舱内可装卸北京212A吉普,该吉普常用于作为78式82毫米无座力炮的载车,为空降兵提供火力支援。更大威力的是75式105mm无坐力炮,于1964年研制,可摧毁主战坦克、装甲车辆和坚固野战工事等,1975年设计定型。火炮由炮身和炮架两部分组成。采用了高、低压发射原理和炮口制退器与缩小喷口相结合的方法。仍由北京-212A轻型越野车携带。初速(破甲弹)503米/秒,最大射程(杀伤爆破榴弹)7400米,有效射程(破甲弹)1100米;直射距离(破甲弹)580米,射速5~6发/分,炮身长3409毫米。尾桨为3片推进式玻璃钢奖叶,驾驶员座舱位于机身前上部 舱内有2个座椅。起落架为4轮式;动力装置:1台气冷式14缸塞—7发动机,最大功率1250千瓦(1700马力)。
直6
根据直升机部队换装的需要,为改进直-5存在的发动机功率低、高温高原性能差、载荷小的缺点,哈尔滨飞机厂从1966年开始自行研制直6(Z-6)机(1968年,直6的设计工作转为新组建的直升机设计研究所负责)。该机装用一台涡轴5发动机,动力舱在机身上部,是以空降为主的多用途直升机,根据需要还可进行其它改装。1969年12月15日,飞行员王培民驾驶直-6首飞上天。1972年8月7日,一架直-6机在吉林省公主岭附近飞行时发生一等事故,飞行员傅贵法等6人全部遇难.事故是因发动机体内减速器抱轴卡死而引起的。为吸取这次惨重的血的教训,设计单位对直升机及发动机做出了11项技术改进。1977年,国务院、中央军委正式批准直-6机设计定型。直6研制迈出了中国直升机从活塞式走向涡轴化的关键一步,但由于发动机选型不当,单发动机不安全等原因,直-6未能正式投产;
简介:直-6多用途直升机是哈尔滨飞机工业公司在直-5基础上改型设计的以空降为主的多用途直升机,1969年12月15日首飞。后由中国直升机设计研究所负责,1970年转至常州飞机制造厂和昌河飞机工业公司进行生产,1977年设计定型,共生产了15架,未能正式投产。
动力系统:直-6机身上部安装1台涡轴-5发动机,功率1618千瓦。载12人。
基本数据:机长20.962米,机高5.593米;旋翼直径21米;空重4820千克;最大起飞重量7600千克;
性能数据:最大速度192千米/小时;最大航程651千米;载重1200千克。
直7
60年代中期,中国在研制轻型和中型直升机产品的同时,也开始考虑自个研制能装载一个加强排兵力的重型直升机产品。根据部队提出的需求,1969年,中国航空研究院决定由新组建的直升机设计研究所承担重型直升机的设计任务,直升机的编号为直7(Z-7)。1970年3月,直7研制工作开始,承担研制的有直升机设计研究所等5个研究所、2个工厂。
直7的研制方案是:装两台涡轴5甲发动机,采用6片旋翼;除重新设计桨毂和减速器外,其它尽量采用直5和直6的零部件。直7设计为最大起飞重14400千克,有效商载3500千克,最大速度240千米/小时,最大航程350千米,实用升限6000米。
1971年直7开始进行机体和部件的静力试验及调试。其间,领导机关曾决定将直7作为舰载直升机的试验机,到1971年9 月,直7改舰载的工作停止,继续作为普通直升机研制。
1975年5月,直7零部件加工完成了97%,并已装配成两架机体,配套生产的成品已到货90%。1979年,直7重型直升机完成了全机静力试验。
然而,1979年6月28日,国家决定直7重型直升机研制工作停止.其原因是由于国家财力有限,不可能同时投资研制两种重型直升机,为了全力确保由江西景德镇直升机厂承担研制直8型直升机项目,直7直升机只得为直8让路,从而宣告了直7重型直升机的夭折。尽管直7项目下马了,但直7研制的许多成果为后来成功研制出最大起飞重量达13000千克的直8重型直升机打下了坚实的基础。
直8
中国于70年代末购进了14架法国航宇工业公司研制的SA321“超黄蜂”大型多用途直升机, 交由海军航空兵部队使用。该机型在法国于1966年开始交付使用,装备后成为中国第一代舰载机。随后,中国开始在“超黄蜂”得基础上仿制直-8。
直8直升机(12张)
直-8(Z-8)的研究工作由中国直升机设计研究所与昌河飞机工业公司共同执行。总体的规划是以直-8舰载反潜型为突破口,进行引进仿制,随后进而改进研制直-8陆军型,从而逐步提高中国大中型直升机科研、生产和装备的水平。1976年研制工作开始,首架原型机于1985年12月首飞,1989年11月通过国家技术鉴定,1994年12月设计定型。1989年,首架生产型直-8于交付海军航空兵使用。(文字:加特林)
早在60年代中期,中国在研制轻型和中型直升机产品的同时,已开始考虑研制能装载排级单位的重型直升机。1969年中国航空研究院决定由新组建的直升机设计研究所承担重型直升机的设计任务,机型编号为直-7。1971年直-7开始进行机体和部件的静力试验及调试。其间一度决定将直-7作为舰载直升机。1975年5月,直-7零部件加工完成了97%,并已装配成两架机体,配套生产的成品已到货90%。1979年直-7完成了全机静力试验。1979年6月28日决定直-7研制工作停止。据说原因是国家财力有限,不可能在研究直-7的同时,在资金上保障由景德镇直升机厂的仿制直-8型直升机项目。因此直-7被迫夭折,但研制的许多成果为研制直-8打下了基础。
直-8曾经被看作中国陆航、海航的一大飞跃,因为这是中国第一种国产大中型多用途直升机。不想在2002年前的漫长岁月里,直-8生产量很低,不超过20架,又变成了一个鸡肋。
直-8采用了常规的直升机总体布局,单旋翼带尾桨。旋翼为6片矩形胶接全金属桨叶,桨毂铰接式,装有挥舞铰、轴向铰和带液压减震的摆向铰。位于尾翼顶端的尾桨共5片。为适应水上用途,采用船形机身,水密舱,两侧有固定水陆两用短翼浮筒,可以进行水上起降。在陆上采用不可收放前三点式起落架。直-8采用3台涡轴-6型发动机,两台在减速器前,一台在后,单台最大起飞功率1128千瓦(1550马力)。机内主油箱由3组8个软油箱组成,总有效容积3900升。燃油箱及相关舱室均有通风系统,每组油箱有一个重力加油口,位于机身左侧。直-8可载运27名全副武装的士兵,此时航程700千米,最大载重情况下可载运39人;也可以载运一辆BJ-22吉普及有关人员;或装载3000公斤货物飞行500千米,或外挂运送5000千克货物到50千米外的目标区域,然后返回原地。用于救护时直-8舱内可载15名伤病员及担架,以及一名医护人员。执行搜索救援时,机上可装备一台液压救生绞车和两只救生艇,在陆地和海上执行救援任务。
实际上中国仿制直-8的目的不在于陆基使用,而是为获得一种可靠的舰载直升机。因此直-8很快发展了舰载型号。直-8可装备吊放声纳、搜索雷达,可采用的武器包括鱼雷或导弹等。执行扫雷任务时,可拖曳一个扫雷具,在距基地92千米的水域以46千米的时速扫雷两小时。布雷作战时可携带8枚250千克的水雷。海军型号的直-8已多次参与实际任务。
直-8还发展了陆军型直-8A
直-8还可用于人员运输、地质勘探、航空测绘、建筑施工、森林防火、边防巡逻、通讯联络指挥等民用用途。直-8曾顺利执行过抢险救灾和科研试飞等任务,1993年首飞西沙成功。
直-8产量低的原因尚无公开资料可询,估计最大的可能是仿制品的性能不行,或核心部件无法自行生产,如发动机。从陆航大量购入米-17来看,直-8在陆军没什么地位。海航装备了直-9,也许这种轻型直升机才是吨位还不大的海军舰艇所急需的。直-8原型SA321性能其实不错,是法军主力,我们辛辛苦苦仿制出来,却又无法解决核心部件问题的国产化问题。
2002年5月外电报道,中国计划恢复直-8的生产,将采用加拿大普·惠公司的PT6系列发动机,进而引进其发动机生产技术。报道称昌河公司在1997年停止生产直-8之前,已经制造了17架,其中12架在海军服役。如报道属实,说明军方还是希望能有一种自行研制的大型直升机可用。此外也侧面印证了直-8存在发动机无法自行研制的问题。
所谓“柳暗花明又一村”,2002年航展上直-8F的出现,宣告了直-8吐气扬眉的日子到来了。F型是直-8A的最新改型,换装了进口PT6B-67A发动机(下图为PT-6B),最大起飞功率从1190千瓦提高到了1448千瓦,升限提高到4700米,有效地效悬停由原来的1900米提高到2800米。F型能在4500米高原启动,发动机大幅度增加了首翻期,达到了3500小时。进气口增装防沙装置,改善野外使用性能,因此座舱上方机体外形上有所变化。用有防冰除冰能力的复合材料桨叶替换原先的金属桨叶,提高了悬翼的寿命效率和性能,改装新的航电系统。F型当前仍在研制阶段,计划2005年换发型投放市场,有望大量装备解放军使用。而PT6系列发动机也必然要展开国产化工作。
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关于《涡轮喷气直升机》的介绍到此就结束了。