直升飛機的歷史資料
直升機，英文名稱：helicopter，是一種以動力裝置驅(qū)動的旋翼作為主要升力和推進力來源，能垂直起落及前后、左右飛行的旋翼航空器。主要應(yīng)用學(xué)科有航空科技。下面小編給大家介紹直升飛機的歷史資料。
直升機發(fā)展的起點
中國的竹蜻蜓和意大利人達芬奇的直升機草圖，為現(xiàn)代直升機的發(fā)明提供了啟示，指出了正確的思維方向，它們被公認是直升機發(fā)展史的起點。竹蜻蜓又叫飛螺旋和“中國陀螺”，這是我們祖先的奇特發(fā)明。有人認為，中國在公元前400年就有了竹蜻蜓，另一種比較保守的估計是在明代(公元1400年左右)。這種叫竹蜻蜓的民間玩具，一直流傳到如今。
現(xiàn)代直升機盡管比竹蜻蜓復(fù)雜千萬倍，但其飛行原理卻與竹蜻蜓有相似之處。現(xiàn)代直升機的旋翼就好像竹蜻蜓的葉片，旋翼軸就像竹蜻蜓的那根細竹棍兒，帶動旋翼的發(fā)動機就好像我們用力搓竹棍兒的雙手。竹蜻蜓的葉片前面圓鈍，后面尖銳，上表面比較圓拱，下表面比較平直。當氣流經(jīng)過圓拱的上表面時，其流速快而壓力小;當氣流經(jīng)過平直的下表面時，其流速慢而壓力大。于是上下表面之間形成了一個壓力差，便產(chǎn)生了向上的升力。當升力大于它本身的重量時，竹蜻蜓就會騰空而起。直升機旋翼產(chǎn)生升力的道理與竹蜻蜓是相同的。
《大英百科全書》記載道：這種稱為“中國陀螺”的“直升機玩具”在15世紀中葉，也就是在達芬奇繪制帶螺絲旋翼的直升機設(shè)計圖之前，就已經(jīng)傳入了歐洲。《簡明不列顛百科全書》第9卷寫道：“直升機是人類最早的飛行設(shè)想之一，多年來人們一直相信最早提出這一想法的是達·芬奇，但現(xiàn)在都知道，中國人比中世紀的歐洲人更早做出了直升機玩具。”
達芬奇的畫
意大利人達芬奇在1483年提出了直升機的設(shè)想并繪制了草圖。19世紀末，在意大利的米蘭圖書館發(fā)現(xiàn)了達芬奇在1475年畫的一張關(guān)于直升機的想象圖。這是一個用上漿亞麻布制成的巨大螺旋體，看上去好像一個巨大的螺絲釘。這種飛機器由四個人操縱，在達·芬奇時代流行的旋轉(zhuǎn)玩具可能引發(fā)了這位大發(fā)明家的設(shè)計靈感，他建議以旋轉(zhuǎn)一繞垂直軸的螺旋面來達到垂直的飛行。它以彈簧為動力旋轉(zhuǎn)，當達到一定轉(zhuǎn)速時，就會把機體帶到空中。駕駛員站在底盤上，拉動鋼絲繩，以改變飛行方向。事實上，達·芬奇稱自己的發(fā)明也只是提供一個直升動力，而不是真正能工作的飛機。西方人都說，這是最早的直升機設(shè)計藍圖。
盡管現(xiàn)代科學(xué)家認為達·芬奇設(shè)計的“直升機”可能永遠不會起飛，但這一設(shè)計仍舊是達·芬奇最著名的發(fā)明之一。直到今天，人們還將達·芬奇視為雙旋翼直升機概念的鼻祖。
早期直升機
在20世紀40年代至50年代中期是實用型直升機發(fā)展的第一階段，這一時期的典型機種有：美國的S-51、S-55/H-19、貝爾47;蘇聯(lián)的米-4、卡-18;英國的布里斯托爾-171;捷克的HC-2等。這一時期的直升機可稱為第一代直升機。貝爾47是美國貝爾直升機公司研制的單發(fā)輕型直升機，研制工作開始于1941年，試驗機貝爾30于1943年開始飛行，1945年改名為貝爾47，1946年3月8日獲得美國民用航空署(CAA)的適航證，這是世界上第一架取得適航證的民用直升機。該機是單旋翼帶尾槳式布局、兩葉槳葉的蹺蹺板式旋翼。旋翼下面有穩(wěn)定桿，與槳葉呈直角。
普通的自動傾斜器可進行總距和周期變距操縱。尾梁后部有兩個槳葉的全金屬尾槳。 卡-18是蘇聯(lián)卡莫夫設(shè)計局設(shè)計的單發(fā)雙旋翼共軸式輕型多用途直升機，于1957年年中首次飛行，此后不久投入批生產(chǎn)。采用兩副旋轉(zhuǎn)方向相反的3槳葉共軸式旋翼，槳葉為木質(zhì)結(jié)構(gòu)。裝1臺275馬力的九缸星形活塞式發(fā)動機。機身為鋼管焊接結(jié)構(gòu)，具有輕金屬蒙皮和硬殼式尾梁。座艙內(nèi)可容納1名駕駛員和3名旅客。采用四輪式起落架，前起落架機輪可以自由轉(zhuǎn)向。 這個階段的直升機具有以下特點：動力源采用活塞式發(fā)動機，這種發(fā)動機功率小，比功率低(約為1.3千瓦/千克)，比容積低(約247.5千克/米3)。采用木質(zhì)或鋼木混合結(jié)構(gòu)的旋翼槳葉，壽命短，約為600飛行小時。槳葉翼型為對稱翼型，槳尖為矩形，氣動效率低，旋翼升阻比為6.8左右，旋翼效率通常為0.6。機體結(jié)構(gòu)采用全金屬構(gòu)架式，空重與總重之比較大，約為0.65。沒有必要的導(dǎo)航設(shè)備，只有功能單一的目視飛行儀表，通信設(shè)備為電子管設(shè)備。動力學(xué)性能不佳，最大飛行速度低(約為200千米/小時)，振動水平在0.25g左右，噪聲水平約為110分貝，乘坐舒適性較差。
中期直升機
20世紀50年代中期至60年代末是實用型直升機發(fā)展的第二階段。這個階段的典型機種有：美國的S-61、貝爾209/AH-1、貝爾204/UH-1，蘇聯(lián)的米-6、米-8、米-24，法國的SA321“超黃蜂”等。這個時期開始出現(xiàn)專用武裝直升機，如AH-1和米-24。這些直升機稱為稱為第二代直升機。這個階段的直升機具有以下特點：動力源開始采用第一代渦輪軸發(fā)動機。渦輪軸發(fā)動機產(chǎn)生的功率比活塞式發(fā)動機大得多，使直升機性能得到很大提高。第一代渦輪軸發(fā)動機的比功率約為3.62千瓦/千克，比容積為294.9千瓦/米3左右。直升機旋翼槳葉由木質(zhì)和鋼木混合結(jié)構(gòu)發(fā)展成全金屬槳葉，壽命達到1200飛行小時。槳葉翼型為非對稱的，槳尖簡單尖削與后掠，氣動效率有所提高，旋翼升阻比達到7.3，旋翼效率提高到0.6。機體結(jié)構(gòu)為全金屬薄壁結(jié)構(gòu)，空重與總重之比降低到0.5附近。已采用減振的吸能起落架和座椅。機體外形開始考慮流線化，以減小氣動阻力。直升機座艙開始采用縱列式布置，使機身變窄。性能明顯改善，最大飛行速度達到200~250千米/小時，振動水平降低到0.15g左右，噪聲水平為100分貝，乘坐舒適性有所改善。
20世紀70年代至80年代是直升機發(fā)展的第三階段，典型機種有：美國的S-70/UH-60“黑鷹”、S-76、AH-64“阿帕奇”，蘇聯(lián)的卡-50、米-28，法國的SA365“海豚”，意大利的A129“貓鼬”等。在這一階段，出現(xiàn)了專門的民用直升機。為了深入研究直升機的氣動力學(xué)和其它問題，這時也設(shè)計制造了專用的直升機研究機(如S-72和貝爾533)。各國競相研制專用武裝直升機，促進了直升機技術(shù)的發(fā)展。 這個階段的直升機具有以下特點：渦輪軸發(fā)動機發(fā)展到第二代，改用了自由渦軸結(jié)構(gòu)，因此具有較好的轉(zhuǎn)速控制特征，改善了起動性能，但加速性能沒有定軸結(jié)構(gòu)的好。發(fā)動機的重量和體積有所減小，壽命和可靠性均有提高。典型的發(fā)動機耗油率為0.36千克/千瓦小時，與活塞式發(fā)動機差不多。旋翼槳葉采用復(fù)合材料，其壽命比金屬槳葉有大幅度提高，可達到3600小時左右。翼型不再借用固定翼飛機的翼型，而是為直升機專門研制的翼型，即二維曲線變化翼型。槳尖呈拋物線后掠。槳轂廣泛使用彈性軸承，有的成無鉸式。尾槳已開始采用效率高又安全的涵道尾槳。旋翼升阻比達8.5左右，旋翼效率提高到0.7左右。機體次結(jié)構(gòu)也采用復(fù)合材料制造，復(fù)合材料占機體總重的比例通常為10%左右，直升機的空重/總重比一般為0.5。對于軍用直升機，特別是武裝直升機來說，提出了抗彈擊和耐墜毀要求。美軍方提出了軍用直升機耐毀標準MIL-STD-1290，已成為軍用直升機的設(shè)計標準。為滿足這些標準，軍用直升機采用了乘員裝甲保護，專門設(shè)計了耐墜毀起落架、座椅和燃油系統(tǒng)。電子系統(tǒng)已發(fā)展到半集成型。
直升機采用大規(guī)模集成電路通訊設(shè)備、集成的自主導(dǎo)航設(shè)備、集成儀表、電子式與機械式混合操縱機構(gòu)等。機上的電子設(shè)備之間靠一條雙向數(shù)字數(shù)據(jù)總線交連，通過這條總線可進行信息發(fā)射和接收。直升機采用混合布置的局部集成駕駛艙。第一代夜視系統(tǒng)的使用使直升機具備了夜間飛行能力。這種較為先進的半集成電子設(shè)備使直升機通訊距離顯著增大，導(dǎo)航距離與精度明顯提高，儀表數(shù)量有所減少，飛行員工作負荷得到減輕，也使直升機具備了機動/貼地飛行以及在不利氣象/夜間條件下的飛行能力，從而提高了直升機的整體性能。動力學(xué)性能明顯提高。直升機的升阻比達到5.4，全機振動水平約為0.1g，噪聲水平低于95分貝，最大飛行速度達到300千米/小時。
現(xiàn)代直升機
20世紀90年代是直升機發(fā)展的第四階段，出現(xiàn)了目視、聲學(xué)、紅外及雷達綜合隱身設(shè)計的武裝偵察直升機。典型機種有：美國的RAH-66和S-92，國際合作的“虎”、NH90和EH101等，稱為第四代直升機。 這個階段的直升機具有以下特點：采用第3代渦軸發(fā)動機，這種發(fā)動機雖然仍采用自由渦軸結(jié)構(gòu)，但采用了先進的發(fā)動機全權(quán)數(shù)字控制系統(tǒng)及自動監(jiān)控系統(tǒng)，并與機載計算機管理系統(tǒng)集成在一起，有了顯著的技術(shù)進步和綜合特性。第3代渦軸發(fā)動機的耗油率僅為0.28千克/千瓦小時，低于活塞式發(fā)動機的耗油率。其代表性的發(fā)動機有T800、RTM322和RTM390。槳葉采用碳纖維、凱芙拉等高級復(fù)合材料制成，槳葉壽命達到無限。新型槳尖形狀繁多，較突出的有拋物線后掠形和先前掠再后掠的BERP槳尖。這些新槳尖的共同特點是可以減弱槳尖的壓縮性效應(yīng)，改善槳葉的氣動載荷分布，降低旋翼的振動和噪聲，提高旋翼的氣動效率。球柔性和無軸承槳轂獲得了廣泛應(yīng)用，槳轂殼體及槳葉的連接件采用復(fù)合材料，使結(jié)構(gòu)更為緊湊，重量大為降低，阻力大大減小。旋翼升阻比達到10.5，旋翼效率為0.8。這個階段應(yīng)用了無尾槳反扭矩系統(tǒng)，其優(yōu)點是具有良好的操縱響應(yīng)特性、振動小、噪聲低，不需要尾傳動軸和尾減速，使零部件數(shù)量大大減小，因而提高了可維護性。復(fù)合材料在直升機上獲得了前所未有的廣泛應(yīng)用。直升機開始采用復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的應(yīng)用比例大幅度上升，通常占機體結(jié)構(gòu)重量的30~50%。
這一時期的民用型直升機的空重/總重比約為0.37。高度集成化的電子設(shè)備。計算機技術(shù)、信息技術(shù)及智能技術(shù)在直升機上獲得應(yīng)用，直升機電子設(shè)備朝著高度集成化方向發(fā)展。這一時期的直升機，采用了先進的增穩(wěn)增控裝置，用電傳、光傳操縱取代了常規(guī)的操縱系統(tǒng)，采用先進的捷聯(lián)慣導(dǎo)、衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備及組合導(dǎo)航技術(shù)，先進的通訊、識別及信息傳輸設(shè)備，先進的目標識別、瞄準、武器發(fā)射等火控設(shè)備及先進的電子對抗設(shè)備，采用了總線信息傳輸與數(shù)據(jù)融合技術(shù)，并正向傳感器融合方向發(fā)展。機上的電子、火控及飛行控制系統(tǒng)等通過多余度數(shù)字數(shù)據(jù)總線交連，實現(xiàn)了信息共享。采用了多功能集成顯示技術(shù)，用少量多功能顯示器代替大量的單個儀表，通過鍵盤控制顯示直升機的飛行信息，利用中央計算機對通訊、導(dǎo)航、飛行控制、敵我識別、電子對抗、系統(tǒng)監(jiān)視、武器火控的信息進行集成處理從而進行集成控制。采用這類先進的集成電子設(shè)備，大大簡化了直升機座艙布局和儀表板布置，系統(tǒng)部件得到簡化，重量大大減輕。更主要的是極大地減輕了飛行員工作負擔，改善了直升機的飛機品質(zhì)和使用性能。直升機的全機升阻比達到6.6，振動水平降到0.05g，噪聲水平小于90分貝，最大速度可達到350千米/小時。