直升机的发展史

第章直升机的发史第一章直升机的发展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说着人类早年的飞行梦而梦想的飞行方式都是原腾而起，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，希腊神并随意实现定点着陆例如哪阿拉伯人的飞希腊神的战车，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，不可能创造出话故事中那个时代科学技术水平太低能载人的飞行器，可以说，那是人类飞行的幻想时期。1.1绪论XV-15人类的航空发展史始于十六世纪，早期观察鸟类的飞行，人类梦想着有朝一日能像鸟类一般自由自在像的遨游于天空。自然地，由观察鸟类飞行所得的现像，引导着早期航空的发展。经过长期的努力终于在十九世纪发明了固定翼的飞行机器，此即目前大家所熟悉在运输上扮演非常重要角色的飞机。必须解决在无前进速度下空中的停留以及在限制的环境下垂直地起飞和降落。而此方向的探讨一直持续到直升机的开发。直升机发展的四个阶段第一代直升机：20世纪50年代中期以前的直升机，主要特点是采用木质/钢木混合桨叶、升机，主要特点是采用木质/钢木混合桨叶、活塞发动机、简单机械仪表、飞行速度200千米/小时左右。典型机种R-4、贝尔47等。米/小时左右。典型机种R4、贝尔47等。第二代直升机：20世纪50年代后期到60年代后期的直升机主要特点是采用金属桨叶第后期的直升机，主要特点是采用金属桨叶、第一代涡轴发动机、初始的集成微电子电路仪表、单向数据总线飞行速度250千米/小时左右单向数据总线、飞行速度250千米/小时左右。典型机种贝尔204、SA321“超黄蜂”、BO105等BO105等。直升机发展的四个阶段第三代直升机：20世纪70年代初到80年代后期的直升机，主要特点是采用复合材料桨叶、第二代涡轴发动机、半综合航空电子设备、飞行速度300千米/小时左右。典型机种AH-64、S70SA365等S-70、SA365等。第四代直升机：20世纪90年代以后的直升机，主要特点是采用第三代涡轴发动机复合材料主要特点是采用第三代涡轴发动机、复合材料桨叶和机身、综合航空电子设备、飞行速度350千米/小时典型机种“虎”NH90350千米/小时。典型机种虎、NH90、RAH-66等。面临的最大问题（1）降低机身结构及引擎的重量，以便飞行器有足够的重量，以便飞行器有足够剩余的升力可供使用；（2）抵消因主旋翼转动时（2）抵消因主旋翼转动时所产生的扭力；（3）飞行时如何操控。V-22V-22降低机身结构及引擎的重量F-280降低重量主要朝着利用较轻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着手，前者导致铝合金的使用和最近复合材料的使用而后者因限于使用和最近复合材料的使用，而后者因限于早期只有往复式引擎而无法有突破性的进展，直到后来涡轮引擎的发明才有进步的发一直到后来涡轮引擎的发明才有进一步的发展。克服旋翼所产生的扭力结果导致目前所能看到的各种不同的直升机外型，如主尾旋翼、横向双主旋翼、前后主外型，如主尾旋翼、横向双主旋翼、前后主旋翼、同轴上下旋翼等。B-2飞行时如何操控米-28对于飞行的操控则导至目前主旋翼的通用型态，包括翼插梢及翼切面集合倾角（collectivepitch）和循环倾角（liith）的控制所谓集合和循环倾角（cyclicpitch）的控制。所谓集合倾角即同时改变所有翼片的倾角来达到不同升力的效果此时升力垂直于旋翼旋转平面另外旋翼循效果，此时升力垂直于旋翼旋转平面。另外旋翼循环倾角即翼片倾角随着旋转翼的转动做周期性的改变，而其功用在于旋翼的升力随着翼片旋转时的位置不同而改变，使得旋翼的旋转平面由水平往侧边倾斜，造成旋转翼之升力由垂直向上往旁倾斜，因此有水平的分量来拉直升机做水平的飞行如果其此有水平的分量来拉直升机做水平的飞行，如果其往前倾斜，则直升机亦往前飞行。1.2直升机概念的萌芽竹蜻蜓最早直升机的概念可以追溯到公元前中国已有的竹蜻蜓，竹蜻蜓包含一螺旋桨装在一根有的竹蜻蜓，竹蜻蜓包含螺旋桨装在根垂直轴上，人们以手转动此轴即可使竹蜻蜓升空飞行，这可能是人类最早的概念直升机。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。示了现代直升机旋翼的基本工作原理于14世纪传到欧洲，欧洲人将它作为航空器来研究和发展。器来研究和发展。意大利人达·芬奇的画飞行的机器十五世纪，达芬奇绘出他所认为飞行的机器是达芬奇在1475年画的一张关于直升机的想象图.这是个用上浆亚麻布制成的巨大螺旋体看上去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。驾驶员站到定转速时就会把机体带到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。15世纪达·芬奇的画是世界上最早的直升机设计方15世纪达·芬奇的画是世界上最早的直升机设计方案图。中国人的竹蜻蜓和意大利人达·芬奇的直升机方案中国人的竹蜻蜓和意大利人达芬奇的直升机方案图画，为现代直升机的发明提供了启示，被公认是直升机发展史的起始点。自行起飞的旋转翼玩具在十八世纪末期，Launoy和Bienvenue制造了一架可飞行汽车自行起飞的旋转翼玩具。在1796年英格兰的Cayley在年英格的yy公爵制造了一些成功的直升机模型，其中一架飞到27米高。模型，其中架飞到米高在1842年英格兰Phillips制造一以蒸气推动的模型直升制造以蒸气推动的模型直升机重10千克。旋转翼玩具旋转翼玩具卡-32直升机（helicopter）于1863年PontonD'Amecourt创造了直升机（helicopter）这个字.定义直升机即螺旋状的机翼此机翼绕着一轴旋转如果此轴定义直升机即螺旋状的机翼，此机翼绕着一轴旋转，如果此轴垂直则机翼沿着轴垂直上升。他利用两个相反方向旋转的共轴螺旋桨。但是此模型所产生的升力并无法令模型升空因而这些先驱者开始研发可行的引擎升力并无法令模型升空。因而这些先驱者开始研发可行的引擎，可以提供足够的动力。1880年美国的爱迪生先生制造一螺旋桨的测试台并以马达来转动螺旋桨。由此认识到直升机所需要的是一很轻的引擎且能提供大量的功率.一直到了二十世纪初期，才有人开始尝试一些较大且可携带飞直到了二十世纪初期，才有人开始尝试些较大且可携带飞行员的直升机。一些飞机上使用的零件及概念亦被引用到直升机上，如螺旋桨、引擎及垂直尾舵等引擎及垂直尾舵等。1.3早期直升机的发展横向双主螺旋桨直升机在1900年，以汽油为燃料的往复式内燃机开始问世，使得飞机的飞行成真，同时人们亦开始利用在直升机的发展上机的发展上。于1904年法国Renard制造一架横向双主螺旋桨直升机以双缸引擎推动升机以一双缸引擎推动。1907年法国Brequet-Richet建造了一架重578千克40匹马力有四个主螺旋桨其直径为81米的克40匹马力，有四个主螺旋桨其直径为8.1米的直升机。这是第一架由驾驶员飞行的直升机.同年十一月三日法国PaulCornu驾驶自制的直同年十月三日法国PaulCornu驾驶自制的直升机，而这也是飞行史上第一架真正只由飞行员操作飞行的直升机。只行员操作行的升机4桨直升机方案同轴双螺旋桨和横向双螺旋桨的飞行机器1909年美国Emile和HenryBerliner父子建造了一架同轴双螺旋桨以两个引擎带动的直升机，没有以缆线绑住的情况下成功地试飞。在1922年他们建造了一架横向双螺旋桨的飞行机器，在此不用直升机这个名辞因为此机并无空中停留的在此不用直升机这个名辞，因为此机并无空中停留的能力，他们将螺旋桨相对于机身往前倾斜，利用螺旋桨产生的升力在水平方向的分量来前进飞行桨产生的升力在水平方向的分量来前进飞行。主螺旋桨配垂直反扭力螺旋桨1912年苏联Yuriev建造了一架原型机重200千克，这是世上第一架只有单一主螺旋200千克，这是世上第架只有单主螺旋桨配上一垂直反扭力螺旋桨。而此设计即目前最常见的型式前最常见的型式。旋转翼卡-50改以翼面循环倾角和以旋转翼来取代螺旋桨.旋转翼与螺旋桨最大的不同在其刚性的设计，旋转翼与螺旋桨最大的不同在其刚性的设计，旋转翼为柔性设计，允许翼片大量的位移及变形。变形。一位阿根廷的工程师MarquisPescara建造一架包含两个转向相反的共轴旋转翼他建造架包含两个转向相反的共轴旋转翼.他是第一位有效地以扭转翼片的方法来控制旋转翼的循环倾角，同时他亦是第一位了解直转翼的循环倾角，同时他亦是第位了解直升机具有自动旋转降落能力的人。在引擎转速下降情况下降落的直升机当前后两组旋转翼的翼片倾角不同时，造成前后的升力差，由此可达到机身的纵向控制；左右两侧旋转翼的翼片倾角不同时，造成左右升力差，由此可达到机身的翻滚控制。而此设计更利用翼片负倾角来达到自动旋转降落的要求动旋转降落的要求。DeBothezat苏联的科学家在1921年发展一架可升高至100米且可在引擎转速下降情况下降落的直升机.自旋机--直升机自旋机旋转翼主要是做为一高升力装置而没有其它的功能，发展时所遭遇的问题较直升机所遭遇的简单，其问题的解决亦较容易。自旋机的技术基本上是沿习飞机的技术，尤其是在自旋机的技术基本是沿习飞机的技术尤其是在飞行操控及推进系统.自旋机发展过程中其解决问题的技巧及结果对直升自旋机发展过程中其解决问题的技巧及结果对直升机的发展有无法抹杀的贡献，尤其是在1920年代针对自旋机旋转翼所发展出的旋翼理论及分析后来成为直升机理论的基础。1.4直升机的起飞从第一架可以正式飞行的直升机在20世纪30年代末问世至60年代初期，是第一代直升机发展阶段。主要技术特征是：安装活塞式发动机；金属/木质混合式旋翼桨叶；机体为由钢管焊接成的伤架式或铝合式旋翼桨叶；机体为由钢管焊接成的伤架式或铝合金半硬壳式结构；装有简易的仪表和电子设备。最大平飞速度约200km/h，全机振动水平(约0．20g)、噪声水平(约110dB)均较高。典型的机型如米—4、Bell47等直升机。Bell47米-4直升机人类第一架直升机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。而且还连续飞行了20秒钟，实现了自由飞行。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双旋翼直升机在柏林体育场进行了次完美的飞行表演。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世界上第种试飞成功的直升机。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VS300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，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。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。英国空军、海军使用的第种军用直升机。第一代直升机:早期的活塞第代直升机:早期的活塞式发动机和木质桨叶直升机米-4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：美国的典S-51、S-55/H-19、贝尔47；苏联的