图说直升机百年盘旋飞行历史

图说直升机百年盘旋飞行历史

  直升机基础原理是依靠水平旋转的机翼或螺旋桨产生升力，这个概念可以追溯到1500年前的竹蜻蜓。

  这种简单的玩具今天不怎么常见了，就是在一根细棍顶端固定上一片竹制旋翼，手搓细棍就能把竹蜻蜓放飞上天。

  1483年至1486年，竹蜻蜓可能在这段时期传到欧洲，这也可能启发了达芬奇（1452-1519）创作了一幅名为空中螺旋的图画。

  “我相信，如果这个螺旋装置制作精良，也就是说，如果它是用亚麻布制成的，该螺旋桨在空中时就会啮合齿轮，从而升到高处。”达·芬奇在这幅画旁边的一张便条上写道。

  1784年，法国人博物学者洛努瓦和工匠卞福汝展示了一种改进自竹蜻蜓的旋翼玩具，在棍子两端各安装一副旋翼，棍子上增加了一副张力弓，弓弦就缠绕在棍子上，缠绕紧后，张力弓提供的动力就能使旋翼玩具升空。

  1809年，年轻的英国人乔治·凯利爵士也公布了类似的玩具设计，特点是使用廉价普通的材料制作，如羽毛制作的旋翼叶片。

  19世纪40年代，凯利开始考虑设计更大的旋翼飞行器，在他绘制的图纸上，旋翼飞行器左右两侧都安装了一副共轴反转双旋翼，但是凯利始终没有开始制造该机，因为他根本找不到合适的发动机。

  19世纪60年代，法国贵族古斯塔夫·德庞顿·德阿梅古试飞了几架小型共轴双旋翼飞行器模型。

  这些构思巧妙的模型使用弹簧作动力，他甚至制造了一架蒸汽机动力模型，但从来就没离开过地面。

  他把这些模型命名为“Helicopteres”，即希腊语“旋翼”之意。“直升机”一词从此诞生。

  19世纪70年代，法国的阿尔方斯·佩诺设计出了橡筋动力的旋翼和固定翼飞机模型，但仍然属于玩具范畴。

  尽管佩诺的一些模型飞起来很优雅，但他也没办法找到足够强劲的发动机来制造一架更大型的飞行器，最后在人们的挖苦和嘲笑中开枪自杀，年仅30岁。

  19世纪后半叶专注于直升机的发明家们由于缺乏动力强大且重量轻的发动机来转动他们的直升机的旋翼而受阻。

  在早期的工程师中，托马斯·爱迪生是第一个试图通过研究发动机来进一步研究直升机的美国人。

  爱迪生以成功地制造出经久耐用的灯泡和留声机而闻名。他曾试图用早期的内燃机为他的模型提供动力，但实验室发生的一次爆炸使他不得不改用电动机。然而，他得出结论，新设计需要更高性能的转子。

  1886年，法国作家儒勒·凡尔纳发表科幻小说《云之帆》（又名《征服者罗比尔》），小说主角拥有一艘名为“信天翁”的伟大飞船，通过安装甲板上的旋翼阵列（37个类似直升机的螺旋桨）飞行。

  尽管“信天翁”只是虚构的飞行器，但这本小说的确推动了载人旋翼机的研制热潮。

  威尔伯和奥维尔·赖特设计并建造了第一架动力飞行飞机，比第一架直升机发明者宣称垂直飞行的壮举早了四年。

  这两位自学成才的工程师稳步改进了设计：从1899年的风筝到1903年、1904年和1905年的三架滑翔机和三架动力飞机。

  到最后一次飞行时，他们改进了设计，使完全由飞行员控制的延长飞行成为可能。

  1907年9月29日，法国航空先驱路易斯·查尔斯·布雷盖驾驶自己设计“旋翼机1号”直升机离开了地面。

  由于采用了X形的钢管框架，4角安装了双旋翼，被人们形容为“拼在一起的4台风车”。

  这次飞行持续了约一分钟，最大高度不超过一米，因为有四名男子拉住旋翼直升机不让其脱离控制。

  布雷盖还没解决直升机操纵问题，而航向控制问题也将成为持续困扰直升机设计几十年的难题。

  另一位法国人保罗·考纽驾驶一架前后纵列旋翼直升机在离地面约1米的高度飞行了几分钟。

  考纽的直升机是否像描述的那样飞行现在被许多直升机历史学家怀疑。最后大家得出的结论是，即使考虑到所谓的地面效应，这架机器也不可能飞起来。

  史密森学会垂直飞行收藏馆馆长、美国直升机协会历史委员会主席罗杰·康纳说：“他声称的成就与技术上的可行性之间有差异。”

  伊戈尔·伊万诺维奇·西科斯基于1889年出生在基辅，他在1909年和1910年先后设计出两种直升机，灵感来自凡尔纳的科幻故事和达芬奇草图。

  西科斯基的旋翼直升机也没能升空，但他从此与直升机结下了一生的不解之缘。1912年俄罗斯的鲍里斯·尤里耶夫试飞了一种直升机，虽然尤里耶夫的直升机也不成功，却是第一架具有大型主旋翼和小侧面尾桨来抵消扭矩的直升机，这终将成为日后直升机的经典布局。

  1912年，丹麦的雅各·埃勒哈默驾驶他的直升机成功升空。在美国，一位名为埃米尔·柏林的德国移民和他的儿子亨利从1908年起制造了一系列的直升机，但没有一架能稳定飞行。

  20世纪20年代，另一位名叫乔治·德·波札特的俄罗斯移民成功获得美军经费，研制一种名为“飞行章鱼”的直升机，这是一种4旋翼直升机，在试飞中能离开地面，但美国陆军最终决定放弃该项目。

  在之后的十年中，另一位美国直升机先驱梅特兰·布利克得到了寇蒂斯公司的资助，制造了一架奇特的直升机。

  其旋翼通过安装在叶片前缘的螺旋桨驱动旋转，机上有一台活塞发动机，通过绕着旋翼轴旋转的4根驱动轴来驱动旋翼叶片上的螺旋桨。

  劳尔·帕泰拉斯·佩斯卡拉侯爵是一位在西班牙和法国工作的阿根廷人，他在20世纪20年代初制造了几架共轴直升机，留空时间有了很大进步，并可进行受控飞行，只是操纵很吃力。

  佩斯卡拉的直升机可以说是当时最先进的，他解决了直升机设计的几个关键问题。

  首先是现在称为“周期变距控制”的技术，也是现代直升机用来控制飞行方向的关键技术。

  佩斯卡拉直升机的旋翼上安装有一组用于改变叶片桨距的连杆，在连杆围绕直升机旋转时可改变旋翼叶片迎角。

  例如在叶片前行时加大迎角提高升力，在叶片后退时降低迎角减小升力，这样直升机就能在空中侧移。

  现代直升机使用周期变距杆来调整叶片的周期变距，以及一个总距操纵杆来调整所有叶片的变距，来使直升机垂直升降。

  由于直升机没有机翼，在发动机失去动力后就会像砖头一样坠落。佩斯卡拉设想了在直升机下坠时让旋翼自由旋转，在接近地面时突然提高旋翼的桨距，以此来减缓冲击。

  1924年，法国人艾蒂安·欧密森精心设计了一架有4副旋翼和8副螺旋桨直升机，因飞行距离超过一公里而赢得了奖金。

  20世纪30年代初比利时的俄裔发明家尼古拉斯·佛罗林设计的串列双旋翼直升机滞空时间达到了十分钟。

  第一架实用化的旋翼机是西班牙人胡安·德·拉·谢尔瓦在第一次世界大战之后制造的。

  胡安·德拉·谢尔瓦Juan de la Cierva出生于1895年，因开创了可控直升机飞行的许多必要系统而闻名。

  1920年，这位25岁的西班牙工程师开始研究一种奇怪的机械：一种用无动力螺旋桨代替机翼的飞机。

  但比较具有讽刺意味的是，这位西班牙工程师曾质疑直升机能不能成功，因为他认为直升机太复杂，无法可靠地飞行。

  他的旋翼机（Autogiro他的专利名称）并不是直升机，而是介于固定翼飞机和直升机之间的一种飞行器，结合了两者的特点。

  谢尔瓦旋翼机绝大多数都是一架在顶部安装了旋翼的固定翼飞机，旋翼没有动力驱动，在风力驱动下自由旋转。

  谢尔瓦在设 计旋翼机时不得不面对的一个障碍就是升力不对称，这也是困扰直升机设计的一大难题。

  直升机在前飞时，前行旋翼叶片产生的升力比后退叶片的更大，于是在前飞时就会产生向一侧倾侧的现象。

  谢尔瓦的解决办法把叶片都铰接一个桨毂上，使得叶片能在某些特定的程度上下挥舞。 这个天才设计听起来很简单，却完美实现了旋翼叶片的运动补偿，前行时叶片上弯，后退时叶片下降，上弯叶片的升力因此减小，从而平衡了旋翼机。

  谢尔瓦于1920年开始旋翼机的研制，但在他发明旋翼叶片铰接系统前，他的旋翼机没有一架安全离开过地面，他在把玩橡筋动力模型中无意间想出了这个设计。

  他第一架采用了铰接旋翼设计的C-4旋翼机于1923年1月9日首飞，该机改装自一架一战时期的法国“昂里奥”战斗机，仍然保留了用于飞行控制的机翼。

  后期型号还增加了旋翼离合器，可以在起飞前用发动机使旋翼旋转起来，当然旋翼在飞行中还是自由转动的。

  他在英国建厂生产旋翼机，这种“飞行风车”引起了轰动，吸引了多个国家购买生产许可证，其中光日本就制造了240架。

  美国人哈罗德·皮特凯恩也购买了许可证，底特律新闻报购买了一架旋翼机用于把记者快速送到事故或突发事件现场，美国邮政也尝试用旋翼机运输与邮件。

  皮特凯恩相信旋翼机也能作为“飞行汽车”卖给富人，为此他设计了一架具有折叠旋翼、可在城市街道上行驶的双座原型机。

  1914年埃米尔·柏林精神崩溃后，他的儿子亨利·柏林继续从事直升机的研制工作。

  1920年，柏林发明了一种共轴直升机，它成功地向前移动了几码，成为美国第一架有人驾驶的可控直升机。

  1924年，这架直升机使用了纽波特23双翼机的机身和安装在机翼上的旋翼，上升到15英尺的高度，然后以150英尺的半径转弯。

  1890年出生于德国不莱梅的海因里希·福克于1923年创立了福克-伍尔夫飞机公司，该公司在第二次世界大战期间制造了德国的大部分飞机。他还在20世纪30年代开始从事直升机的研制。

  在被股东们从他以前的公司赶下台后，福克与德国工程师格尔德·阿奇盖利斯沿着成立了另一个企业福克-阿奇盖利斯，并设计了一架表面上看上去很像Cierva的旋翼机，但它采用的是动力旋翼而不是螺旋桨，螺旋桨随着前进运动产生的相对风力而旋转。

  伊戈尔·伊万诺维奇·西科斯基出生于基辅，俄罗斯1889年5月25日，在很小的时候就对飞行产生了兴趣。

  他的父母都是医生，这给了西科斯基科学的基础，使他在列奥纳多·达·芬奇和儒勒·凡尔纳的启发下发展出了飞行器的想法。

  在俄罗斯和法国的技术机构学习后，西科斯基从事早期直升机设计，但在1909年放弃了垂直飞行。

  他回到俄罗斯从事飞机设计，创造了几个模型。他的第一个模型S-5在1911年飞行。

  他花了四年时间筹集足够的资金创办了自己的飞机公司。该公司制造了几种成功的飞机模型。

  1931年，他再次开始从事直升机设计工作，开创了旋翼飞机的许多改进，包括今天几乎所有直升机上的单旋翼。他经常把直升机称为“未来的汽车”。

  1938年，收购西科斯基公司的联合飞机公司（United Aircraft）允许西科斯基设计一种实验直升机。

  西科斯基没用当时使用的共轴旋翼，而是使用了一个三叶片主旋翼和一个位于尾部的两叶片垂直旋翼来抵消扭矩。

  1939年9月14日西科斯基亲自驾驶这架原型机进行了首次飞行。这架被称为VS-300的直升机盘旋了几次，但被拴在了地面上。

  西科斯基的机械师最初称之为“伊戈尔的噩梦”，因为试图减少直升机的振动存在问题。

  该飞机于1940年5月进行了首次自由飞行。一年后，它打破了世界直升机续航时间纪录，在空中停留了1小时32分26.1秒，该纪录以前由Focke-Achgelis Fa-61保持。

  在德国直升机技术领先的推动下，美国国会通过了一项拨款200万美元启动美国直升机研究的法案。

  LePage，他以前曾在皮特凯恩旋翼机公司和Kellett飞机公司从事若干旋翼机设计工作，他与普拉特成立了一个企业，并于1940年7月赢得了一份价值20万美元的合同。

  1941年6月9日，XR-1直升机在一条测试跑道上飞行，速度接近每小时100英里。

  许多问题困扰着XR-1直升机：这架直升机很难控制，而且会受到严重的振动（这样的一个问题困扰着其他同时代的飞机），而且设计上对飞机下面的东西的能见度很差。后者通过用有机玻璃覆盖机头来解决，这一特征至今仍在许多直升机上使用。

  第二次世界大战中，当大西洋争夺战转向反对纳粹的时候，德国海军要求Focke制造一种可以从潜艇上快速部署的侦察艇，这样德国的U型潜艇就可以在远离海岸线的海域巡逻，从而发现可能的护航目标和盟军巡逻队。

  Focke发明了Fa 330，一种陀螺风筝，没有发动机，但由德国U型潜艇牵引。

  这种飞机飞得足够高，能扩大侦察范围，具有极好的稳定性，在紧急状况下或U型潜艇受到攻击时，可以迅速与潜艇分离。

  不幸的是，这种飞机的雷达信号也很强，这使得它不适合在大西洋上使用，因为盟军巡逻队已经升级了那里的雷达能力。

  基于西科斯基在VS-300上的成功，美国陆军航空队于1940年12月与西科斯基签订了一份价值50，000美元的合同，让他制造一种易于制造的飞机。

  有了这架直升机，到第二次世界大战结束时，西科斯基公司已成为直升机设计领域的领先创新者. XR-4被认为是美国第一架生产型直升机。

  Frank Piasecki于1919年出生于费城，20岁时获得机械和航空工程学位。1940年，Piasecki在直升机设计领域崭露头角，当时他参与了陆军航空队的第一架承包直升机--Platt-LePage XR-1。

  1943年，未解决他在XR-1上目睹的问题，Piasecki开发并飞行了PV-2。

  虽然比西科斯基公司的预算少得多，但Piasecki能制造出一种飞行体验更稳定的直升机。

  尽管他早期专注于个人飞机，Piasecki接着创造了货运直升机机队的主力，创新了前后旋翼。

  拉里·贝尔于1935年创立了贝尔飞机公司，但他的公司在第二次世界大战开始时陷入困境，贝尔决定开始投资直升机设计。

  贝尔30型于1942年12月首飞，但30型和它的继任者42型都未能畅销。

  贝尔重新考虑了设计，增加了两个座位和一个更强大的发动机，1947年完工的H-13被命名为Model 47。

  这架直升机在商业市场上卖得很好，美国军方的兴趣很快就来了。在朝鲜战争期间，H-13 --被军方命名为H-13 --运送了15,000多名伤员。

  于需要增加直升机的运载能力，并批评它没有很好地利用这种创新的机器，美国海军资助了一些没有与陆军航空队签订合同的设计师。

  Piasecki的公司于1944年从海军获得了一份合同，建造当时世界上最大的直升机。Piasecki利用他在XR-1上的经验，他注意到XR-1的侧向飞行比向前飞行更好，并利用他在PV-2上开发动平衡旋翼的成功，开发了一种前后串联旋翼的设计。

  这架直升机于1945年首飞，其有效载荷是其他直升机的三倍多，满足了海军对最少1架，XHRP-X于1947年投入生产。

  16岁时，他建立了希勒工业公司，生产汽车模型。但不到一年后，随着第二次世界大战的升温，他转而生产飞机零件，并赚了他的第一个百万美元。

  希勒成为一名顶级国防承包商。他为军方提供了几种型号的飞机，并开发了一些不太传统的设计，包括大黄蜂、旋翼机和飞行平台。

  1948年，随着法国在飞机上使用冲压喷气发动机的创新，斯坦利·希勒开始试验在直升机的主旋翼叶片上安装简单的喷气发动机。

  希勒的目标是以5,000美元的价格制造直升机，使个人冲压喷气发动机直升机实用和负担得起。

  由于朝鲜战争导致军方对该公司通用直升机的需求激增，希勒的增产计划被取消。希勒说服美国海军购买了三架冲压喷气发动机驱动的直升机，军方将其命名为HOE-1。

  然而，在运行过程中，这种小型直升机被证明存在一些重大问题。包括转子撞击地面人员和冲压式喷气发动机产生的明亮火圈，在夜间操作时很容易看到。

  工程师查尔斯卡曼改进了安东·弗莱特纳的Al-232直升机，使用两个同轴叶片飞行，被称为“同步飞行器”。

  卡曼增加了一个喷气涡轮发动机，取代了以前直升机使用的老式往复活塞式发动机。

  涡轮机发动机的加入使卡曼K-225和未来的直升机更安全、更可靠、更容易维护。

  涡轮发动机也提高了性能，使卡曼K-225在1953年3月成功地飞越了一个有意的环路。

  在20世纪50年代还出现了许多其他创新的直升机设计，其中最激进的是一种飞行平台，它利用飞行员的自然平衡反射来控制方向。

  这是一种被称为“动觉控制”的技术，最近因“赛格威个人运输车”而流行起来，1955年1月23日，齐默尔曼-希勒飞行平台做了第一次自由飞行。

  贝尔直升机公司赢得了合同，1956年10月23日，贝尔204型直升机进行了首次试飞。

  该直升机被陆军命名为HU-1H --因此绰号为“休伊”--后来又被命名为UH-1H，成为名副其实的瑞士军刀：直升机为越南各地的军队运送伤员、士兵和货物。直升机还改变了部队动员对军事目标进行快速攻击的方式。

  美国陆军在1957年授予Piasecki飞机公司一份合同，开发一种快速、低空飞行的飞机，可当作“飞行吉普车”。

  Piasecki的设计于1958年10月首飞，使用了一个前后旋翼，创造了一种飞行速度超过60英里/小时，高度约为2，500英尺。

  第二种版本的飞行吉普车，或者Piasecki称之为AirGeep，可以以超过80英里每小时的速度飞行，并可搭载5人。这两种版本的AirGeep都是真正的飞行汽车，而不是气垫船，因为它们不依赖所谓的正向地面效应力来保持它们的高度。

  该直升机具有独特的扁平外观，因为它需要在不拆卸旋翼的情况下安装在C-130大力神货机的运输舱中。

  黑鹰直升机有许多有趣的安全功能，包括抗坠毁机舱、可以缓冲硬着陆的起落架，以及两个引擎，其中任何一个都可以让飞机自己保持在空中。

  今天，黑鹰直升机是美国军队中最受喜爱的直升机，有超过2,400架在使用。

  美国陆军在1972年提出一个武装直升机的建议，其形式不是由越南战争决定的，而是由摧毁苏联坦克的需要决定的。

  近十年后，五角大楼授予飞机制造商休斯合同，制造AH-64“阿帕奇”直升机。

  在1991年的波斯湾战争中，这种直升机作为坦克杀手和快速攻击车辆都表现出色。

  1981年，美国军方开始联合开发一种混合直升机和飞机，这种混合直升机可以比普通直升机运载更多的东西，而且移动速度更快。

  1986年，贝尔直升机公司和波音公司开始全面研制这种混合式直升机的不同部件，尽管鱼鹰在1989年3月完成了首次成功的测试，但五角大楼直到2005年才批准生产这种飞机。

  2006年，蜂鸟盘旋航空工程师菲利普·卡特利用早期垂直起落飞机的首创概念，开始设计一架擅长杂技的飞机。

  发明者在他的网站上说，这架被称为蜂鸟的飞机将能完成其他飞机不可能完成的动作--包括像蜂鸟一样盘旋的能力。

  莫勒计划以50万美元的价格出售M400空中汽车，这是一种装饰得樱桃红色的垂直起降飞行器，大约相当于一架高性能直升机的价格。

  然而，穆勒声称未来流行的个人飞机却让他的公司陷入了困境。2003年，穆勒国际因虚假和误导性陈述与美国证券交易委员会达成和解。

  实上，飞天车过去是，现在仍然是一个非常早期的开发阶段的原型，不进行有意义的飞行试验，没有证明航空可行性，也没有证明商业可行性，“SEC在与该公司达成的和解协议中写道。

  一家名为Sky WindPower的初创公司认为，一个四转子系留风车可以被提升到15,000英尺高的空中，既能保持自身在空中，又能利用高层大气中更可预测的风发电。

  该公司认为，200个这样的风车群所能提供的电力相当于美国最具生产力的核反应堆。