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起源于玩具的飞行器——直升飞机

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-06 00:31:14  

中国公元前就广泛流传的玩具竹睛蜒是直升机旋翼的起源。直到2000多年后的 18世纪,竹错蜒传入欧美,启发了欧美人利用旋翼的升力使航空器升空的设想。《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,就已经传入了欧洲,谁知道后来,正是这种玩具激发了发明家们创造的灵感,制造出这种特殊的飞行器直升机呢?

轻型直升机

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。直升机的机体上方安有一副或几副类似于大直径螺旋桨的旋翼,动力装置驱动旋翼旋转产生升力使直升机升空。操纵旋翼倾斜又可产生向前、后或左、右的水平分力,使直升机既能垂直上升下降、空中悬停,又能向前后左右任一方向飞行。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)。

达芬奇的直升机手稿

而意大利人达芬奇在1483年提出了直升机的设想并绘制了草图。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。

之后直到1754年,俄国的罗蒙诺索夫首次进行了直升机旋翼模型的试验。此后,英法等的科学家也进行多次直升机的研制试验。实际上,最早的直升机要追溯到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。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面13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。但由于平衡和操纵问题难以解决,大都未能升空,只有少数离地几米,留空几秒钟。直到1923年西班牙人西尔瓦发明铰接式旋翼,才为直升机的成功开辟了道路。

保罗·科尔尼试飞

1936年,德国的福克成功地试飞了第一架得到承认的载人直升机FW61,这也是第一架真正可操纵的直升机。它有横列安装的两副旋翼,动力装置是一台功率140马力的活塞发动机。该机时速100~120公里,航程200公里,飞行高度3400米、起飞重量953千克,续航可达1小时20分。

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。他成功地让世界上第一架真正的直升机——VS—300升空了。

VS-300与FW61最大不同在于前者装有一副水平主旋翼和一副装在机尾垂直旋转的小冀,小翼产生可抵消主旋翼转动时机身反向旋转的反作用力矩。而这正是今天大多数直升机所具有的特点。在后来的试验中,为了改善操纵性,VS-300曾左右又安装了两副水平旋翼。此后,西科尔斯基在VS-300的基础上设计了R-4型直升机,这是第一种投入实际使用的直升机,生产了数百架,在第二次世界大战及战后得到了广泛使用。因此人们将西科尔基称为“现代直升机之父”。

20世纪40年代后,美国沃特-西科斯基公司研制的一种2座轻型直升机R-4,这是世界上第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。“R-4”二战期间便制造了几百架。在设计上,它的特性与皮塞克基的“PV-2”类似——同样是使用一个大型主旋翼和一个小型垂直尾翼(只是其中一个)——所产生的导向力也与绝大多数现代直升机毫无差异。“R-4”问世的重要意义在于让直升机的应用成为一种可能,此后直升机技术日益成熟并广泛应用于人类活动中。

R4 直升机

直升机比起固定翼飞行器来说有个独特的优点,就是它可以垂直起降和空中悬停,这使得直升机可以在狭窄地区和复杂的车辆、飞机以及其它机械无法到达的区域执行任务。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。

但是当前直升机相对飞机而言,振动和噪声较高、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。相信随着科技的进步,直升机的功能日益完善,并在人们生活中扮演着更为重要的角色。

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