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動的旋翼作為主要升力和推進力來源，能垂直起落及前後、左右飛行的旋翼航空器。主要應用學科有航空科技。下面小編給大家介紹。

　　直升機發展的起點

　　中國的竹蜻蜓和義大利人達芬奇的直升機草圖，為現代直升機的發明提供了啟示，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。

　　現代直升機儘管比竹蜻蜓複雜千萬倍，但其飛行原理卻與竹蜻蜓有相似之處。現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，後面尖銳，上表面比較圓拱，下表面比較平直。當氣流經過圓拱的上表面時，其流速快而壓力小;當氣流經過平直的下表面時，其流速慢而壓力大。於是上下表面之間形成了一個壓力差，便產生了向上的升力。當升力大於它本身的重量時，竹蜻蜓就會騰空而起。直升機旋翼產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，也就是在達芬奇繪製帶螺絲旋翼的直升機設計圖之前，就已經傳入了歐洲。《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

　　義大利人達芬奇在1483年提出了直升機的設想並繪製了草圖。19世紀末，在義大利的米蘭圖書館發現了達芬奇在1475年畫的一張關於直升機的想象圖。這是一個用上漿亞麻布製成的巨大螺旋體，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玩具可能引發了這位大發明家的設計靈感，他建議以旋轉一繞垂直軸的螺旋麵來達到垂直的飛行。它以彈簧為動力旋轉，當達到一定轉速時，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計藍圖。

　　儘管現代科學家認為達·芬奇設計的“直升機”可能永遠不會起飛，但這一設計仍舊是達·芬奇最著名的發明之一。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;蘇聯的米-4、卡-18;英國的布裡斯托爾-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製的單發輕型直升機，研製工作開始於1941年，試驗機貝爾30於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佈局、兩葉槳葉的蹺蹺板式旋翼。旋翼下面有穩定杆，與槳葉呈直角。

　　普通的自動傾斜器可進行總距和週期變距操縱。尾樑後部有兩個槳葉的全金屬尾槳。　卡-18是蘇聯卡莫夫設計局設計的單發雙旋翼共軸式輕型多用途直升機，於1957年年中首次飛行，此後不久投入批生產。採用兩副旋轉方向相反的3槳葉共軸式旋翼，槳葉為木質結構。裝1臺275馬力的九缸星形活塞式發動機。機身為鋼管焊接結構，具有輕金屬蒙皮和硬殼式尾樑。座艙內可容納1名駕駛員和3名旅客。採用四輪式起落架，前起落架機輪可以自由轉向。　這個階段的直升機具有以下特點：動力源採用活塞式發動機，這種發動機功率小，比功率低***約為1.3千瓦/千克***，比容積低***約247.5千克/米3***。採用木質或鋼木混合結構的旋翼槳葉，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。機體結構採用全金屬構架式，空重與總重之比較大，約為0.65。沒有必要的導航裝置，只有功能單一的目視飛行儀表，通訊裝置為電子管裝置。動力學效能不佳，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，蘇聯的米-6、米-8、米-24，法國的SA321“超黃蜂”等。這個時期開始出現專用武裝直升機，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：動力源開始採用第一代渦輪軸發動機。渦輪軸發動機產生的功率比活塞式發動機大得多，使直升機效能得到很大提高。第一代渦輪軸發動機的比功率約為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和鋼木混合結構發展成全金屬槳葉，壽命達到1200飛行小時。槳葉翼型為非對稱的，槳尖簡單尖削與後掠，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。機體結構為全金屬薄壁結構，空重與總重之比降低到0.5附近。已採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。直升機座艙開始採用縱列式佈置，使機身變窄。效能明顯改善，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”，蘇聯的卡-50、米-28，法國的SA365“海豚”，義大利的A129“貓鼬”等。在這一階段，出現了專門的民用直升機。為了深入研究直升機的氣動力學和其它問題，這時也設計製造了專用的直升機研究機***如S-72和貝爾533***。各國競相研製專用武裝直升機，促進了直升機技術的發展。　這個階段的直升機具有以下特點：渦輪軸發動機發展到第二代，改用了自由渦軸結構，因此具有較好的轉速控制特徵，改善了起動效能，但加速效能沒有定軸結構的好。發動機的重量和體積有所減小，壽命和可靠性均有提高。典型的發動機耗油率為0.36千克/千瓦小時，與活塞式發動機差不多。旋翼槳葉採用複合材料，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製的翼型，即二維曲線變化翼型。槳尖呈拋物線後掠。槳轂廣泛使用彈性軸承，有的成無鉸式。尾槳已開始採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。機體次結構也採用複合材料製造，複合材料佔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。對於軍用直升機，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計標準。為滿足這些標準，軍用直升機採用了乘員裝甲保護，專門設計了耐墜毀起落架、座椅和燃油系統。電子系統已發展到半整合型。

　　直升機採用大規模積體電路通訊裝置、整合的自主導航裝置、整合儀表、電子式與機械式混合操縱機構等。機上的電子裝置之間靠一條雙向數字資料匯流排交連，通過這條匯流排可進行資訊發射和接收。直升機採用混合佈置的區域性整合駕駛艙。第一代夜視系統的使用使直升機具備了夜間飛行能力。這種較為先進的半整合電子裝置使直升機通訊距離顯著增大，導航距離與精度明顯提高，儀表數量有所減少，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效能。動力學效能明顯提高。直升機的升阻比達到5.4，全機振動水平約為0.1g，噪聲水平低於95分貝，最大飛行速度達到300千米/小時。

　　現代直升機

　　20世紀90年代是直升機發展的第四階段，出現了目視、聲學、紅外及雷達綜合隱身設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：採用第3代渦軸發動機，這種發動機雖然仍採用自由渦軸結構，但採用了先進的發動機全權數字控制系統及自動監控系統，並與機載計算機管理系統整合在一起，有了顯著的技術進步和綜合特性。第3代渦軸發動機的耗油率僅為0.28千克/千瓦小時，低於活塞式發動機的耗油率。其代表性的發動機有T800、RTM322和RTM390。槳葉採用碳纖維、凱芙拉等高階複合材料製成，槳葉壽命達到無限。新型槳尖形狀繁多，較突出的有拋物線後掠形和先前掠再後掠的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，改善槳葉的氣動載荷分佈，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用，槳轂殼體及槳葉的連線件採用複合材料，使結構更為緊湊，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。這個階段應用了無尾槳反扭矩系統，其優點是具有良好的操縱響應特性、振動小、噪聲低，不需要尾傳動軸和尾減速，使零部件數量大大減小，因而提高了可維護性。複合材料在直升機上獲得了前所未有的廣泛應用。直升機開始採用複合材料主結構，複合材料的應用比例大幅度上升，通常佔機體結構重量的30~50%。

　　這一時期的民用型直升機的空重/總重比約為0.37。高度整合化的電子裝置。計算機技術、資訊科技及智慧技術在直升機上獲得應用，直升機電子裝置朝著高度整合化方向發展。這一時期的直升機，採用了先進的增穩增控裝置，用電傳、光傳操縱取代了常規的操縱系統，採用先進的捷聯慣導、衛星導航裝置及組合導航技術，先進的通訊、識別及資訊傳輸裝置，先進的目標識別、瞄準、武器發射等火控裝置及先進的電子對抗裝置，採用了匯流排資訊傳輸與資料融合技術，並正向感測器融合方向發展。機上的電子、火控及飛行控制系統等通過多餘度數字資料匯流排交連，實現了資訊共享。採用了多功能整合顯示技術，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資訊，利用中央計算機對通訊、導航、飛行控制、敵我識別、電子對抗、系統監視、武器火控的資訊進行整合處理從而進行整合控制。採用這類先進的整合電子裝置，大大簡化了直升機座艙佈局和儀表板佈置，系統部件得到簡化，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和使用效能。直升機的全機升阻比達到6.6，振動水平降到0.05g，噪聲水平小於90分貝，最大速度可達到350千米/小時。