直升機問世80年,它的發展經過了哪些重大變化
直升機進入實用期后,其重大技術進展仍然像探索期的突破點一樣,是在動力裝置和旋翼方面。首先是渦軸發動機的采用。20世紀50年代在軍用飛機上開始發展了渦噴發動機, 使飛機的速度和其他性能發生了飛躍。以渦噴發動機為基礎,在尾噴氣流中安置了動力渦將噴流的動能轉換為軸功率,創造了適用于驅動直升機旋翼旋轉的渦軸發動機。當代渦軸發 動機的功率重量比大約是活塞式發動機的振倍,耗油率低于活塞式,而且能夠制造大功率的發動機。直升機采用渦軸發動機代替活塞式發動機,不僅使直升機的飛行性能上了一個臺 階,而且使制造大型或重型的、航程遠、航時長的直升機成為可能,應用領域大為擴展。
第二項重要的技術進展是采用復合材料的旋翼槳葉。早期的旋翼槳葉為木質或金屬/木質混合結構。60年代發展了全金屬槳葉,70年代開始使用復合材料槳葉,并且很快發展和普及,不僅新機采用,一些原裝有金屬槳葉的現有直升機也紛紛換用。復合材料槳葉的應用,不僅顯著改善了氣動性能,而且使直升機的適用性更佳,維護大為簡化,而最大的優勢 是其疲勞性能特別好,槳葉的壽命從早期的幾百小時增加到上萬小時或無限壽命。
另一項重大進展是槳轂的結構形式。早期的全金屬鉸接式槳轂結構復雜,重量大且維護工作量大,而且壽命僅幾百小時。在實用期的幾十年中,槳栽結構不斷改進,出現了許多種型式,進步點集中在用彈性鉸或其他柔性組件取代金竭軸承,直到近期出現了全復合材料的無軸承旋翼,達到了簡化、長壽、無維護的要求,是直升機發展階段的又一里程碑。
當然,旋翼(槳轂、槳葉)的更新換代必然包含著空氣動力學和結構動力學及其他學科領域的新成就。直升機的技術發展往往是這樣:改蕃飛行性能的要求使得人們在空氣動力學 方面提出新的方案(例如旋翼的異型槳尖),或改善使用效能的要求推動了新結構型式的產 生(例如無軸承槳轂方案)。而氣動和結構設計方面的新思想會給動力學以及工藝等方面帶來新的課題,解決了這些難題;氣動或設計方面的新方案才能得以實用,使直升機技術提髙 到一個新的水平。
除了旋翼和發動機這兩個關鍵方面的重大進展之外,航空電子系統迅速發展也為直升機的發展做出了重要貢獻,包栝信息、顯示、任務管理、故障監測、增控增穩、火力控制等各 系統,對提高直升機的使用效能和飛行安全的改善起著重要作用。這方面的技術進步目前仍在迅速發展之中。
在已往的大約半個世紀中,直升機在技術上經歷了幾項重大的突破性進展,從技術特征 來看,大體上可以分為四代:
第一代直升機
從第一架可以正式飛行的直升機在20世紀30年代末問世至60年代初期,是第一代直升機發展階段。主要技術特征是:安裝活塞式發動機;金屬/木質混合式旋翼槳葉;機體為 由鋼管焊接成的桁架式或鋁合金半硬殼式結構;裝有簡易的儀表和電子設備。最大平飛速度約200km/h,全機振動水平(約0.20g)、噪聲水平(約110dB)均較髙。典型的機型如米 -4、Bell 47等直升機。
第二代直升機
從60年代初期到70年代中期,發展了第二代直升機。主要技術特征是:安裝了第一代
渦輪軸式發動機;全金屬槳葉與金屬鉸接式槳轂構成的旋翼;機體主要仍為鋁合金半硬殼式結構;開始采用最初的集成微電子設備。最大平飛速度約達250km/h。振動水平(約0.15g)、噪聲水平(約1OOdB)有所降低。典型的機型有米-8、“超黃蜂”等直升機。
第三代直升機
從70年代中期至80年代末,屬于第三代直升機發展時期。主要技術特征是:安裝第二代渦軸發動機;全復合材料槳葉及帶有彈性組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。最大飛行速度約達300km/h。振動水平(約0.10g)、噪聲水平(約90dB)又進一步得到控制。典型的機型有 “海豚”、“山貓”、“黑鷹”、“阿帕奇”等直升機。
第四代直升機
從90年代以來,直升機技術發展進入第四代,也是當今最先進的一代。主要技術特征 包括:安裝第三代渦軸發動機;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;機載電子設備采用數據總線、綜合顯示和任務管理;先進的飛行控制、通信導航等系統。最大平飛速度已約達315km/h。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等直升機。
當今在世界各地已有數萬架直升機在使用,應用于眾多領域,表明直升機的發展不久將從實用期進人技術上的成熟期,隨后將是應用上的普及期。預計經過幾十年的發展,直升機 將會像今日的汽車那樣,以技術上的成熟來提供安全、高效、方便的服務,達到應用上的普及。