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直升機
來源:互聯網

直升機(英文名稱:Helicopter)通常是指依靠發動機驅動旋翼產生升力和縱橫向拉力及操縱力矩,能垂直起降的航空器。其依靠旋翼產生升力,能夠向各個方向飛行、垂直起降及長時間空中懸停,其飛行包線左邊界性能優于其它任何飛行器種類。

作為20世紀航空技術極具特色的創造之一,直升機極大的拓展了飛行器的應用范圍。相對于固定翼而言,直升機的突出特點是可以做低空、低速和機頭方向不變的機動飛行,特別是可在小面積場地垂直起降,但飛行速度較低,航程相對較短。由于直升機相較于固定翼飛機的獨有特點,其在攻擊、偵察、救護、起重、森林防火、地質勘探、空中攝影等領域具有廣泛的應用前景。

發展歷史

早期探索

中國的竹蜻蜓和意大利人列奧納多·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”,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)。意大利人達芬奇在1483年提出了直升機的設想并繪制了草圖。

1907年8月,法國人保羅·科爾尼爾研制出一架全尺寸載人直升機,并在同年11月13日試飛成功。這架直升機被稱為“人類第一架直升機”。這架名為“飛行自行車”的直升機不僅靠自身動力離開地面0.3米,完成了垂直升空,而且還連續飛行了20秒鐘,實現了自由飛行。

俄國人尤里耶夫提出實用尾槳來平衡反扭距的方案,并于1911年制造出了原型機。同年,尤里耶夫還發明了可使旋翼槳矩發生周期性變化的自動傾斜器。這種單旋翼加尾槳布局的直升機成為現在最廣泛的直升機布局。由于早期直升機發動機效率不高,旋翼和控制技術原始,所以距離實用還有較大差距。

實用直升機

第一次世界大戰開始后,性能較好發動機的出現部分解決了直升機的動力問題,但直升機操縱問題越發突出,只要解決操縱問題,實用直升機的誕生就不遠了。

1939年春,美國的伊戈爾·伊萬諾維奇·西科爾斯基完成了VS-300直升機的全部設計工作,同年夏天制造出一架原型機。1939年9月14日,西科斯基親自駕駛VS-300進行了首次自由飛行;自首次系留飛行以來,西科斯基不斷對VS-300進行改進,逐步加大發動機的功率;1940年5月13日,VS-300進行了首次自由飛行;至1941年,VS-300逐漸成熟。VS-300是3槳葉單旋翼帶尾槳的直升機,通過旋翼的周期變距對直升機進行橫向和縱向操縱,通過尾槳進行航向操縱。

1942年,VS-300的改進型R-4(VS-316)投產,第二次世界大戰期間,該型直升機投入批量生產并制造了數百架。R-4通常被認為是第一架真正可供使用的直升機。至此,第一架實用的直升機正式誕生。

從第一代實用直升機問世至今,航空學家通常根據直升機出現的年代,動力裝置的先進程度,升力系統的先進程度,機體結構材料的先進性,電子系統的先進程度,直升機的總體評價等六個重要指標把直升機分成四代,這四代直升機都有各自的典型技術特征。

第一代直升機

從VS-300在1939年成功首飛至20世紀60年代初期,這一階段被稱為是第一代直升機的發展階段。

伊戈爾·伊萬諾維奇·西科爾斯基研制的VS-300是世界上第一架實用直升機。1939年9月14日,西科斯基飛機公司駕駛VS-300順利起飛,以約二三米的高度,平穩地懸停了10秒鐘之久,然后輕巧地降落回地面。經反復試飛,VS-300具有良好的操縱性能,具備了現代直升機的基本特點。1940年底,美國陸軍決定大量購買VS-300的改進型VS-316,軍隊編號為R-4。R-4為雙座機,主族翼直徑11.58米,最大重量1152公斤,使用一臺185馬力活塞發動機,巡航速度為109公里/小時,航程為320公里,升限為1524米。它能垂直起降、懸停、前飛、后飛、側飛以及無動力自轉下降等,完全具備了現代直升機的飛行特點。

第一代直升機的主要技術特征是:安裝活塞式發動機;采用金屬/木質混合式旋翼槳葉;機體為由鋼管焊接成的構架式或鋁合金半硬殼式結構;裝有簡易的儀表和電子設備;最大平飛速度在200千米/時以內,全機振動水平(約0.20g)、噪聲水平(約110dB)均較高。典型的機型如米-4、貝爾-47等直升機。

典型機型

R-4直升機是蘇聯米里直升機設計局設計的單旋翼帶尾槳多用途武裝直升機。其采用四槳葉單旋翼帶尾槳式布局,裝有一臺活塞式發動機,尾槳末端裝有平尾,采用不可收放的四點式起落架。第一架米-4直升機于1952年8月首飛,幾個月后就通過了國家驗收,隨后于1953年正式投入生產,1969年停產,共生產3500架。

第二代直升機

從20世紀60年代初期到70年代中期,發展了第二代直升機。

第二代直升機的主要技術特征是:安裝了第一代渦輪軸發動機;采用全金屬槳葉與金屬接式槳轂構成的旋翼;機體主要仍為鋁合金半硬殼結構;開始采用最初的集成微電子設備;最大平飛速度約達250千米/時;振動水平(約0.15g)、噪聲水平(約100dB)有所降低。典型的機型有米-8、“SA321直升機”等直升機。

典型機型

米-8直升機是蘇聯米里設計局研制的單旋翼帶尾槳式中型運輸和多用途直升機,采用五葉單旋翼帶尾槳布局,2臺渦軸發動機并排安裝在機身頂棚上部,采用不可收放的前三點式起落架。北約代號為“河馬”。米-8“河馬”直升機用途廣泛,已經生產了數十年, 是一種長壽命直升機。迄今為止。投產的米-8共有50多個型號,9000多架。其中三分之一是由俄羅斯烏蘭烏德工廠生產的,三分之二是由俄羅斯喀山工廠生產的,大量裝備俄羅斯陸軍航空兵、空軍,也有一部分由民航使用,并有超過1000架已出口到歐洲亞洲、非洲、拉丁美洲的數十個國家。多年來,該機也一直是世界上使用最廣泛的民用和軍用直升機之一。

第三代直升機

從20世紀70年代中期至80年代末,屬于第三代直升機發展時期。

第三代直升機的主要技術特征是:安裝第二代渦輪軸發動機;采用全復合材料槳葉及帶有彈性元件的槳轂構成的旋翼;機體結構部分使用復合材料;采用大規模集成電路的電子設備和較先進的飛行控制系統;最大飛行速度約300千米/時;振動水平(約0.10g)、噪聲水平(約90dB)進一步得到控制。典型的機型有“海豚”“黑鷹”“AH-64武裝直升機”等直升機。

典型機型

UH-60采用四葉單旋翼帶傾斜式尾槳布局,2臺渦軸發動機安裝在機身上部、主減速器兩側。向左傾斜的尾槳安裝在尾斜梁右側,尾梁后側有寬大的平尾,平面迎角可調整。采用不可收放的后三點式起落架。全機設計時考慮了空運要求,機身扁平,旋翼軸可降低,駕駛艙內并排布置正副駕駛員座椅,座艙兩側各有一扇較大的滑動艙門,便于士兵迅速登機和立機。

第四代直升機

從20世紀90年代以來,直升機的發展進入第四代,也是當今最先進的一代。

第四代直升機的主要技術特征包括:安裝第三代渦輪軸發動機;裝有進一步優化設計的翼型、槳尖和先進的復合材料旋翼槳葉,無軸承或彈性鉸式等新型槳轂;機體結構大部分或全部使用復合材料;操縱系統改為電傳操縱;采用先進的飛行控制、通信導航、綜合顯示和任務管理系統;最大平飛速度已約達315千米/時;振動水平(約0.05g)、噪聲水平(約80dB)已得到良好控制。典型的機型有“科曼奇”、NH-90,以及中國研制生產的直-20戰術通用直升機等直升機。

典型機型

1984年初,法國意大利、西德、英國荷蘭等五國國防部根據北約工業顧問團的意見提出研制一種中型(8-9噸)通用戰術運輸直升機初步設想,用于海上和陸地執行各種軍事任務,并要求能在20世紀90年代中期交付部隊使用。1993年10月,法國馬里涅納直升機工廠裝配了第1架原型機,并于1995年12月18日完成了首飛。

NH90采用常規四葉單旋翼帶尾槳構型,雙發渦軸發動機,可收放的三點式起落架。

工作原理

旋翼是直升機的關鍵部件,其由2片及以上的槳葉和槳轂組成,槳葉外形與機翼相似,并連接在槳轂上。槳轂安裝在旋翼軸上,旋翼軸方向接近于鉛錘方向,由發動機驅動旋轉。槳葉在旋轉時產生空氣動力。

槳葉翼型的弦線與槳轂旋轉平面之間的夾角稱為槳葉的安裝角,又稱為槳矩。通過調整槳矩可以調節升力大小,實現直升機的上升下降和懸停。調節旋翼的轉速也可以調節升力大小,但旋翼轉速取決于發動機轉速,而發動機由最佳工作范圍,故拉力的改變主要靠調節槳葉槳矩來變化。直升機槳葉旋轉時,通過周期性的改變各片槳葉的傾斜角度,使槳盤平面向各個方向傾斜,即可使直升機向前后左右任意方向飛行。

直升機分類

直升機的布局形式按旋翼數量和布局方式的不同可分為單旋翼直升機、共軸式雙旋翼交叉式直升機、縱列式雙旋翼直升機、橫列式雙旋翼直升機等類型。

單旋翼式

單旋翼帶尾槳直升機

單旋翼帶尾槳直升機常稱單旋翼直升機,這是技術最成熟、應用最廣泛的一種構型。它具備一個水平旋翼負責提供升力和推進力。機身尾部安裝一個小型垂直旋翼,稱之為尾槳,負責抵消旋翼產生的反扭矩。這種構型操縱系統簡單,制造費用低,但尾槳的旋轉要消耗發動機7%~10%的功率,導致直升機的外形尺寸較大。例如,空中客車直升機公司制造的H-135直升機。

單旋翼無尾槳直升機

單旋翼無尾槳直升機同樣具備負責提供升力和推進力的一個水平旋翼。但沒有尾槳,取而代之的是機身尾部側面的排氣裝置。排出的空氣與旋翼的下洗氣流相互作用產生側向力來抵消旋翼產生的反扭矩。例如,美國麥道直升機公司生產的MD520N直升機。

雙旋翼式

縱列式雙旋翼直升機

簡稱縱列式直升機。它是由兩副旋翼沿機體縱軸方向前后排列,反向旋轉,使兩副旋翼的反作用力矩相互抵消的直升機。

這種構型的直升機縱向穩定性好、載重效率高、機身寬敞、有效容積大、重心范圍大;其缺點是傳動系統和操縱系統復雜、前飛時后旋翼氣動效率較差。這種構型適用于大型直升機,例如,波音公司制造的CH-47“支努干”運輸直升機

橫列式雙旋翼直升機

簡稱橫列式直升機。這種直升機的兩個旋翼左右橫向排列,安裝在機身兩側的機翼翼梢,且在同一水平面內,旋翼軸間隔較遠,旋轉方向相反。

橫列式直升機前飛性能好較好,但結構復雜、結構尺寸大,重量效率低。這種構型的直升機在增大尺寸和載重量方面的發展不受限制。比如,蘇聯米里設計局研制的Mi-12直升機。

共軸式雙旋翼直升機

簡稱共軸式直升機。它在相互同心的套軸上安裝兩副轉速相等、轉向相反的旋翼。由于旋翼轉速相等、轉向相反,因此兩副旋翼產生的反作用力矩可以相互平衡,因此不需要用尾槳來平衡旋翼產生的反作用力矩。直升機航向的改變可以通過差動操縱兩副旋翼的總槳距,使兩副旋翼的反作用力矩不等而實現。

這種直升機的優點是結構緊湊、機身短、外形尺寸較小,適于艦載使用;缺點是升力系統較重操縱系統和傳動機構復雜,為避免上下兩副旋翼槳葉相碰的危險而高度較大。例如,蘇聯卡莫夫設計局研制的卡-50武裝直升機。

交叉式雙旋翼直升機

簡稱交叉式直升機。兩副旋翼位于機身兩側,橫向左右排列,它們的主軸向外傾斜呈V字形,兩副旋翼交錯反向協調旋轉。兩旋翼的反作用力矩只是使直升機的垂直軸達到平衡,對于橫軸的分量則是同向相加的,是直升機的俯仰力矩。

這種直升機機身短、外形小、穩定好,但兩副旋翼的旋轉必須保持可靠的協調,傳動系統復雜。這種構型適用于輕小型直升機。例如,卡曼宇航公司研制的K-MAX起重直升機

主要結構

目前使用最廣泛的直升機是單旋翼直升機,其主要由旋翼、尾槳、操縱系統、傳動系統、機身、起降裝置和動力裝置等組成。

機身

機身是直升機的重要部件,用來支持和固定直升機的部件和系統,并用來裝載人員、物資和設備。機體外形對直升機飛行性能、操縱性和穩定性有重要影響。直升機機身一般從前至后分為駕駛艙、人員/貨物/設備艙、過渡段、尾梁和尾斜梁等。一般在機翼中段上方安裝旋翼,在尾梁后部或尾斜梁上安裝尾槳和水平安定面。

對直升機機身的主要要求是:便于安裝空勤人員的座位并有良好視界;容易安置乘客座椅并且舒適;內部容積利用率高;各種附件應容易接近并且便于安裝、拆卸和維護;要有足夠的強度和剛度;外形呈流線型;制造簡單并且重量輕。

按構造來分,直升機機身分為構架式、梁式和混合式。直升機的構型對機身外形和受力方式有很大影響。

在使用過程中,機身除承受各種裝載的靜載荷之外,還需要承受動部件以及起落架傳來的動載荷,以及武器發射和貨物吊裝的動載荷。為了裝卸貨物和安裝設備,機身上要設置許多艙門和開口。為了提高直升機的生存性,武裝直升機機身結構應該具有抗彈擊損傷和耐墜毀能力。

旋翼

直升機最顯著的標志是旋翼,顧名思義,旋翼就是旋轉的機翼。直升機和飛機都是重于空氣的航空器,它們都需要翼面與空氣發生相對運動,以產生向上的升力。來克服地球引力,實現在空中的飛行,這是它們的相似之處。但是,飛機在空中飛行,升力主要是靠與飛機機身固定在一起的機翼產生,而前進力則靠另外的螺旋槳或是噴氣式發動機產生。直升機在空中飛行,升力和前進力都由旋翼產生。

對直升機來說,旋翼既起到飛機機翼的作用,又起到螺旋槳(或噴氣式發動機)的作用,此外還起到飛機副翼、升降舵和方向舵的作用。為了實現上述功能,旋翼總的空氣動力學向量可以變化。槳葉的設計除了要考慮氣動方面的要求之外,還要考慮空氣動力學和疲勞方面的要求。所設計槳葉的固有頻率不能與氣動激振力發生共振,槳葉承力結構要有較高的疲勞性能或采用破損安全設計。因此旋翼槳葉的工作環境比飛機機翼的工作環境復雜得多,這使得直升機旋翼比固定翼飛機系統復雜。

旋翼系統由槳葉和槳轂組成。旋翼形式是由槳轂構型決定的,它隨著使用材料、制造工藝和旋翼理論的發展而發展。到目前為止,已經實際應用的旋翼構型有鉸接式、蹺蹺板式、無鉸式和無軸承式。

旋翼系統中,槳葉是提供升力的重要部件。按槳葉發展的先后順序,可分為木質槳葉、鋼木混合式槳葉、金屬槳葉和復合材料槳葉。

尾槳

對于使用最廣泛的單旋翼帶尾槳直升機來說,尾槳是用來平衡旋翼反扭距和對直升機進行航向操縱的部件。旋轉的尾槳也相當于一個垂直安定面,能起到穩定直升機航向的作用。雖然尾槳的功用與旋翼不同,但是它們都是由旋轉而產生空氣動力學,在前飛時都處于在不對稱氣流中工作的狀態,因此尾槳結構與旋翼結構有很多相似之處,尾槳的結構形式有蹺蹺板式、萬向接頭式、鉸接式、無軸承式以及涵道尾槳和“無尾槳”(NOTAR)式。

動力裝置及其附件

動力裝置是直升機動力的提供者,它把燃料的化學能轉化為機械能,驅動旋翼旋轉。直升機動力裝置主要有活塞式發動機和渦輪軸發動機。

早期直升機往往使用活塞式發動機作為動力。活塞發動機耗油量低且價格便宜,但其振動大、功率重量比和功率體積比小、控制復雜等。目前主要在輕小型直升機上使用。

后期直升機主要使用渦輪軸發動機。與活塞發動機相比,其最大的優勢是功率重量比大,同時,渦輪軸發動機的使用、維護也簡單。因此,目前渦輪軸發動機是使用最廣泛的直升機動力。

傳動系統

直升機的傳動裝置是發動機驅動旋翼和尾槳旋轉必不可缺的部件,它與發動機、旋翼系統共同構成了一個完整的機械運動系統。

對傳動系統的基本要求是:工作可靠、扭轉與彎曲振動小、傳動效率高、結構與制造簡單、重量輕、容易安裝拆卸和維護、有起動離合器和自轉離合器、運轉噪聲小。

現代直升機的傳動裝置是由各種附件組成的、用來傳遞機械能的系統。目前大多數直升機的傳動系統采用剛性構件,利用齒輪嚙合傳動原理將發動機輸出的功率傳遞給旋翼、尾槳和其他部件。傳動系統的主要部件有:主減速器、中間減速器、尾減速器、傳動軸、旋翼剎車裝置離合器和聯軸節等。

操縱系統

直升機操縱系統一般由周期變距操縱桿、腳蹬、油門總距變距桿、自動傾斜器、液壓助力器、加載機構、卸載機構、旋翼剎車以及連桿、搖臂等組成。整個操縱系統分為3大部分:油門總距變距系統、腳操縱系統和周期變距操縱桿操縱系統。操縱油門總距變距桿,可以使得直升機垂直升降;操縱腳蹬,可以使得直升機轉彎;操縱周期變距操縱桿,可以使直升機向任意方向飛行。

對直升機操縱系統的基本要求是:重量小、剛度大,由摩擦、活動間隙和變形引起的操縱系統滯后時間應最短,駕駛桿和腳蹬上的反作用力要緩和,縱向操縱、橫向操縱、方向操縱和總距操縱應互不干擾,在機體發生變形時操縱系統不應出現卡死和夾住現象,附件應便于檢查、安裝和拆卸。

起落架

直升機起落架的主要作用是在直升機著陸時吸收垂直下降速度產生的能量,減少觸地撞擊引起的過載,以及防止在起飛、著陸和地面開車的時候出現”地面共振“。此外,起落裝置還用于直升機在地面的移動,減少由于地面不平產生的撞擊與顛簸。

在陸地上使用的直升機起落架有輪式起落架和滑橇式起落架。在水上降落可以使用浮筒式起落架,也有同時裝有浮筒和機輪的兩用起落架(用于水陸兩棲直升機)。對于艦載直升機,還需要特殊的著艦裝置。

機載設備

直升機機載設備指的是直升機上保證直升機飛行和完成各種任務的設備。隨著現代直升機的發展,機載設備的重要性越來越突出。機載設備的先進性已經成為現代直升機是否先進的重要標志之一。

保證飛行的飛行設備有各種儀表、電氣、供氧、通信、導航、防冰、加溫、滅火等設備,這些設備與普通固定翼飛機上的設備差不多。

直升機根據執行任務的不同將安裝不同的任務設備。救護直升機可安裝救援吊車、擔架、醫療設備等;農用直升機可以安裝農藥箱、噴霧桿等;武裝直升機可以攜帶火控系統導彈火箭彈航空機炮等武器;反潛直升機裝載吊放聲納和反潛魚雷

應用

救援

直升機是航空救援體系中最關鍵的裝備。其可以不受地面、水面和各種復雜環境的限制,充分發揮直升機導航定位、探測搜索和現場救援設備的特點,快速到達高原、沿海、山區等復雜災害現場,實施搜索、醫療、物資運輸、起吊及空中指揮等工作,在自然災害、消防救援、重大突發事件等方面發揮核心作用。

作戰

武裝直升機是裝有武器、為執行作戰任務而研制的直升機 。武裝直升機可廣泛應用于各種軍事行動,執行各種戰術任務,包括軍用物資/兵員運輸、戰斗搜索與救援、傷病員后送、通信聯絡、戰斗指揮/控制、偵察、目標指引、反艦/反潛、布雷/掃雷、護航、對地火力支援/攻擊、電子戰、戰斗損傷評估等。從實戰應用來看,在海灣戰爭科索沃戰爭車臣戰爭伊拉克戰爭、乃至近期的2022俄烏沖突中,武裝直升機都得到了廣泛應用。

森林消防

直升機滅火不受地面道路和交通情況的限制,能在較短時間內飛抵指定地點,具有機動性強、使用靈活的特點,可以最大限度地減少森林火災的危害。直升機可以利用外掛吊桶載水,從空中直接將水噴灑在火頭和火線上,進而撲滅森林火災。大型直升機載水量大,有效水帶長,滅火效果明顯。

在水源比較豐富的地區開展吊桶灑水滅火,可以節約大量的人力、物力、財力;通過吊桶灑水,小面積火災可以被直接撲滅,大面積火災可以得到一定控制,減輕地面撲火人員與森林火災直接對抗的強度,避免發生人員傷亡事故;在撲救強度較高、蔓延速度快的森林火災時,可以直接撲滅火頭、火線、樹冠火,減少森林資源的損失。

農林噴灑作業

普通機械農林藥物噴灑作業往往一天需要工作十幾個小時、作業面積僅300-400畝、工作人員配備需5-8人,工作負荷大而效率低下,還會出現軋苗多、藥物霧化差、藥物大量浪費等缺陷。直升機航化作業屬超低量、高濃度的作業方式,霧化效果好,藥物浪費少,工作效率高,人力需求少,且不會對作物造成碾壓,具有較大的優勢。

發展趨勢

總體氣動設計技術

近年來,基于模型的復雜系統工程管理思想為直升機總體設計注入新的理念;與直升機相關的各學科專業的理論和分析模型發展也很快,為直升機總體設計提供了更好的基礎。下一代直升機總體設計技術發展呈現如下特點:

(1)充分利用多學科設計優化、 全過程設計綜合、分階段分層次進行總體方案設計和評估,充分采用各種理論模型與設計技術、以及各種成熟商用軟件作為設計工具和手段,完善直升機總體設計手段,提高總體設計效率。

(2)為適應新構型直升機發展的需要,直升機總體設計必須不斷擴大分析模型,拓展考慮因素的范圍。

(3)總體設計將持續不斷地吸收直升機各學科技術的最新成果,使直升機總體設計模型能更準確地描述和反映直升機的特性。

旋翼氣動特性分析

旋翼氣動特性分析是進行直升機旋翼及全機布局設計的基礎和前提。今后共軸雙旋翼技術的發展方向仍是不斷探索新的翼型、槳葉平面形狀以及槳尖構型,并采用優化方法使得旋翼氣動效果最佳。槳轂的發展將出現以無軸承、球柔性先進槳轂為主、其他槳轂并存的局面。球柔性和無軸槳轂獲得應用,槳轂殼體及槳葉的連接件采用復合材料,將使得結構更緊湊,重量更低,阻力更小。

飛行動力學與控制技術

目前,研究機構已形成以模型飛行試驗數據為基礎的CIFER建模方法、CONDUIT控制優化和飛行品質評估方法,建立了綜合的軟件使能控制和開放控制平臺,設計下一代直升機時在此基礎上考慮電傳操縱系統特點,應用新的建模理論和控制方法綜合分析和研究直升機機動飛行能力。

復合材料大量使用

復合材料在直升機上應用研究迅速、廣泛,幾乎直升機所有的結構件都開展了應用復合材料的研究,并取得了巨大成功。但復合材料在直升機應用方面還需要進行更進一步的研究,尤其是低成本復合材料,具有可靠材料性能數據的先進原材料,復合材料損傷容限準則、鋪層設計方法、成形工藝、可靠性分析等都還沒有完全掌握。

機載系統綜合一體化設計技術

伴隨電子信息技術的發展,下一代直升機會注重研究、發展直升機平臺與機載系統設備(包括電子、武器、 飛行控制等)的綜合一體化和集成化。下一代直升機設計中發展了機載電子綜合系統,做到系統設備標準化、模塊化、 通用化,并采用先進數據總線控制運行,網絡集成,解決好戰術、任務、管理一體化信息集成管理技術。下一代直升機需要采用先進的綜顯系統、 聲控技術和集成技術,開發集成化的人機工效型駕駛艙,以實現目標識別和任務/系統管理的高度自動化,使任務功能增加1~2倍,并減少飛行員的操控負荷,使機組人員的工作量減少1/2以上。

直升機動力學減振降噪技術

直升機振動和噪聲控制是一項多學科交叉的綜合技術研究工作,涉及多個相關學科。目前,結構響應主動控制(ACSR)技術已投入實踐并不斷發展完善。隨著智能驅動材料性能的提高,智能旋翼控制技術成為直升機減振降噪的新發展趨勢。

常見事故原因

惡劣天氣

惡劣天氣對于直升機的飛行安全的影響是致命性的。 特別是有作戰任務需求的軍機,經常需要在惡劣天氣條件下飛行訓練,因此惡劣天氣是導致軍機事故的主要原因之一。

惡劣天氣包括暴風雨雪、冰凍、大霧、強氣流、沙塵、能見度低等不良氣象環境。低溫雨雪天氣下,直升機蓄電池容量下降,啟動困難;電氣系統在低溫低壓情況下可能無法有效觸發,故障率升高;低溫環境下,滑油黏度加大,啟動難度大。強氣流和沙塵環境下,直升機軸承和槳葉易受大風影響而損壞;沙粒易導致活動部件磨損;沙粒中腐蝕性物質易導致機件腐蝕加快,尤其是發動機葉片磨損,會導致發動機性能下降。

夜間飛行

夜間飛行由于視線條件差,雖然有多種輔助設備,但仍易發生飛行事故。 夜間飛行是軍機的常規訓練科目,且軍機往往需要同時面對夜間飛行和不利地形,所以夜間飛行也是導致軍機事故的主要原因之一。

近地飛行(觸地或觸碰地面障礙物,撞線及撞樹)

近地飛行時非常容易發生直升機事故。觸地或觸碰地面障礙物這類事故一般發生在起降過程及地面開車階段,此時直升機飛行不穩定,如果突然出現氣流,極易造成旋翼或尾梁觸地及觸碰地面障礙物。 如果在高大建筑群中起降,如醫療救護作業,尤其容易觸碰高樓或其他大的障礙物。

撞線和撞樹容易發生在低空飛行時。細小的線纜分布密集且不易發現。 直升機安裝的線纜探測器和線纜切割器并不能完全保護直升機。 經常進行農業噴灑、搜索救援和醫療救護等作業的直升機,不僅需要低空飛行,而且飛行時間長、飛行范圍廣,如果對飛行區域不夠了解,易發生此類事故。

系統故障

在飛行作業中發生的事故有很大一部分緣于直升機自身的系統故障。系統故障主要包括發動機故障、發動機故障之外的因素引起旋翼轉速下降、直升機失控和其他系統故障。其中最主要的是動力(傳動)系統故障和操縱系統故障,包括傳動軸連接螺栓失效、尾傳動軸滑脫、發動機油門操縱無響應、電機故障以及發動機失效等。

起降環境

起降環境是影響直升機飛行的一個重要因素。 直升機的一個重要特點是野外飛行,野外環境沙塵 大,雜草和小石子多,且經常需要在雪地、沙地、河床等不平或松軟的地面進行著陸。沙石容易損傷槳葉和發動機進氣道,降低環境能見度;軟地面容易造成直升機下陷、傾斜,導致尾梁觸地或旋翼打地等事故。

直升機之最

第一架試飛成功的直升機

1936年6月26日,福克公司的資深試飛員艾瓦德·洛夫斯駕駛著FW-61的首架原型機V1開始了第一次試飛,試飛時間據福克博士記載為45秒,這是世界上第一架試飛成功的直升機,在這不到一分鐘的時間里,無論起飛、降落、盤旋還是全速飛行,Fw-61都表現出了很好的穩定性。

最大的直升機

1969年2月12日,由前蘇聯米里直升機實驗設計局(現稱米里莫斯科直升機制造廠)設計,綽號“信鴿”的V-12重型運輸直升機首次試飛,飛行中有效載重31030公斤,以180米/分鐘的爬升速度爬升列2951米高度,這一高度打破了最大載重下爬升到2000米高度的紀錄,而且也打破了20000公斤,25000公斤和30000公斤有效載重的高度紀錄。

最小的軍用直升機

PD-100黑黃蜂,是挪威Prox Dynamics公司研制的迄今為止世界上最微小的“直升機”。這款“直升機”的體積只有一個香煙盒大小,發動機葉片只有4英寸大小,可以攜帶一架微型數碼照相機

該直升機是充電式直升機,在飛行過程中基本沒有聲音,可以在1分鐘內完成升空,最高速度為580米/分鐘,可以在空中懸停,最遠操作距離為1000米,充滿電后該直升機可持續飛行25分鐘,期間可通過機身的攝像頭向監控器提供圖片或視頻。主要用于對作戰地區或密閉空間的偵查、監視敵軍動向、檢查危險區域等等。

速度最快的直升機

2010年9月6日,空中客車直升機公司在伊斯特爾飛行試驗中心,試飛了其最新技術研制的X3型高速直升機原型機。該直升機配備有兩臺渦輪軸發動機,可為一個五葉主旋翼和兩個安裝在機身兩側的螺旋槳提供足夠動力,其最高設計巡航速度為220節(約合每小時407千米)。在2013年6月7日,X3的新一次試飛中,水平飛行速度已達到255節(472千米/時),并在此次試飛前幾天的一次試驗中,下降時最高飛行速度已達到263節(487千米/時)。

飛得最高的直升機

1972年6月21日,飛行員吉恩·鮑萊特駕駛SA315B“美洲駝”創造了飛行高度達12442米的世界紀錄。

SA315B直升機,是法國宇航研制、在“云雀”Ⅱ基礎上改進的多用途直升機,其設計始于1968年末,最初是為了滿足印度武裝力量的需求,原型機于1969年3月17日首飛,次年開始服役。

飛得最遠的直升機

1962年,為了贏得為美國陸軍生產新型輕型偵察直升機(LOH)的合同,休斯直升機公司制造了5架OH-6A原型機(美國陸軍將其命名為“卡尤塞”(Cayuse),綽號“印第安種小馬”)。

1966年4月6日,休斯公司的試飛員、退役陸軍中校Robert Ferry駕駛OH-6A從加利福尼亞州卡爾福城的休斯公司起飛,到佛羅里達州的奧蒙德降落,耗時15小時8分鐘,航程達3562千米。這是迄今為止中途不加油的直升機最大航程紀錄。此外,在1966年3—4月間該直升機還創造了其余22項世界紀錄。

產量前十的直升機

參考資料 >

通航科普:什么是直升機?特點有哪些?.中國民航網.2023-04-11

【科普小知識】直升機的前世今生—— 直升機發展里程碑.微信公眾平臺.2023-02-16

航空百問:直升機是如何劃代的?.微信公眾平臺.2023-02-15

中國航空.中國科普博覽.2023-02-15

航空百問:為什么直升機不叫飛機呢?.微信公眾平臺.2023-02-15

【科普小知識】從結構形式了解直升機分類.微信公眾平臺.2023-02-16

直升機應用丨森林滅火機動性強、使用靈活.微信公眾平臺.2023-03-28

直升機應用丨農林噴灑作業.微信公眾平臺.2023-03-28

這些直升機之“最”,你知道幾個?.澎湃.2023-03-28

世界直升機之最.中國知網.2023-03-28

The World’ s Most Produced Helicopters Infographic.WinAir.2023-04-11

Airbus delivers the 7,000th Ecureuil helicopter.AIRBUS.2023-04-11

Sikorsky delivers 5,000th Black Hawk, with potential for new US orders.FlightGlobal.2023-04-11

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