旋翼機與直升機的恩怨

旋翼機與直升機不僅相貌酷似，而且同宗同緣，是出自同一家門的“哥兒倆”。旋翼機堪稱“大師兄”，但“老大”先天不足，后天幾乎絕跡。然而，直升機這個“小師弟”卻后來居上，短短五十幾年就子孫滿堂，成為一個興旺發達的大家族。

“大師兄”中途夭折

旋翼機是前飛時相對氣流吹動旋翼自轉以產生升力的旋翼航空器，全稱自轉旋翼機。直升機的發展起源于旋翼機，因此，旋翼機與直升機不僅在外形上相似，而且有著長長的淵源，可稱為直升機的最早雛型。據悉，現代直升機的英文名字“helicopter”，就是起源于希臘文“helix”(螺旋)和“pteon”(翼)這兩個詞，意為“旋轉的翼”。

旋翼機與直升機雖然外貌酷似，但飛行原理區別較大，旋翼機的旋翼不像直升機由動力裝置直接驅動，而是前進時在空氣動力作用下像風車那樣自行旋轉，產生升力。它的前進力由動力裝置直接提供。而直升機上的前進力是由旋翼前傾產生的。此外，自轉旋翼沒有反轉扭矩的作用，在旋翼機上無須安裝尾槳。

第一架旋翼機產生于1907年，它由法國工程師布雷蓋研制，被稱為布雷蓋—里歇1號自轉旋翼機。8月24日，布雷蓋駕駛它飛離了地面。遺憾的是，由于許多技術問題沒有解決，升到1．5米的高度后，沒有飛行就垂直掉到了地面，這是世界上第一架由人駕駛著飛離地面的旋翼機。

第一架成功的旋翼機是1923年由西班牙人J．切爾瓦研制出來的，它被稱為現代直升機的奠基人。在探索直升機的道路上，他與胞弟雙雙投入到了這一誘人的事業中。在戰勝了多次死神之后，在一些關鍵技術上，他們又把直升機向現代機型推進了一大步。在J·切爾瓦設計的自轉旋翼機中，安裝了雙層旋翼和用于向前產生拉力的普通螺旋槳。與前人不同的是，他讓發動機來驅動螺旋槳，而讓旋翼自由轉動，目的是讓前者產生向前的拉力，而后者產生向上的升力，在通過螺旋槳使飛機向前運動時，帶動旋翼自由轉動，從而使其升空。

20年代末和30年代初，旋翼機曾得到發展。但旋翼機必須具有前進速度，才能使旋翼自轉以產生升力。它不能垂直上升，也不能在空中懸停，必須滑跑加速才能起飛。后來被直升機所代替，幾乎消失。

“小師弟”捷足先登

旋翼機雖然沒有實現垂直升空、自由翱翔，但它為直升機的發展開辟了道路。直升機對旋翼機來說是后起之秀，它起步晚，但發展很快。在半個多世紀的進程中，先后發展了四代，成了分門別類的大家族。目前，世界各地已有數萬架直升機在使用，廣泛地活躍在軍事、科技、政治和經濟等多個領域。

第一代直升機從20世紀30年代末至60年代初期，這是第一代直升機的發展階段。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；機體為鋼管焊接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。飛行速度在200公里／小時左右，全機振動大、噪聲高。主要代表機型如米—4、Bell47等直升機。

第二代直升機從60年代初期到70年代中期，這是第二代直升機發展時期。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。飛行速度達250公里／小時，全機振動和噪聲有所降低。主要代表機型有米—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，這是第三代直升機的發展時期。主要技術特征是：安裝了第二代渦輪軸式發動機；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先進的飛行控制系統。飛行速度達300公里／小時，全機振動和噪聲又進一步得到控制。主要代表機型有“海豚”、“山貓”、“黑鷹”、“阿帕奇”等直升機。

第四代直升機是從90年代至21世紀以來研制的直升機，也是當今最先進的一代。主要技術特征是：安裝了第三代渦輪軸式發動機；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。飛行速度已達315公里／小時，全機振動和噪聲已得到良好控制。主要代表典型的機型有“科曼奇”、NH—90等直升機。

“大師兄”起死回生

旋翼機沉睡了幾十年，幾乎絕跡。然而，美國科學家帕特里克·皮布爾斯根據它的原理又發明了一種新飛行器，可能使旋翼機起死回生，成為一種未來理想的飛行器。

這種怪模怪樣的飛行器，不僅樣子古怪，而且性能獨特。就其造型來說，它看上去就像臺老式手推割機或者聯合收割機，機翼并沒有被設計成平時大家熟悉的一頭寬一頭尖的流線形，卻更像一個長長的、裝有超大旋翼葉片的圓筒。早期的樣品還要怪異，好像一只飛行槳輪。這種“旋翼機”是航空界罕見的發明，它體現了一種全新的飛行技術。它結合了直升機和傳統固定翼飛機的諸多特點，而耗油量卻小得多；它起飛和降落時幾乎不需要，或者說根本就不需要場地；它的噪音比直升機小，生產和使用成本也低得多。如果再有一點時間和開發費用，將在航空界占新的一席之地：它將成為成本低、飛行緩慢的空中載重工具。至少它擁有巨大的潛力，因此英國政府已經出經費來對它進行測試。皮爾斯說：“我創新的動力只是追新逐異，只是圖好玩，這次卻弄出了點有用的東西。”

毫無疑問，這種“旋翼機”的確與眾不同。常規的飛機推進器和噴氣引擎只能提供向前的推力，而向上的推力來自于機翼掠過空氣的運動。但在“旋翼機”的兩個機翼上，滿滿地排列著螺旋狀葉片，它們像老式手推割草機的葉片一樣轉動。轉動地在機翼面上方推動空氣，從而在飛行器起飛之前就產生了向上的推力。同時，它們也可以像巨大的推進器一樣推動“旋翼機”向前運動。

“我的飛機只是沿著整個機翼的前端吸納空氣，在機翼上方產生推力。”皮布爾斯說。這個差別聽起來沒什么了不起，但是它確實有助于飛行的穩定，并帶來極低的噪音和燃耗。它不需要直升機所需的異常復雜和靈敏的機械裝置，皮布爾斯說：“實質上，飛行所必需的僅僅是每個機翼上的那個旋筒。”更重要的是，它的特殊設計意味著“旋翼機”永遠不會失速，因為它減速后，向后的推力只會緩緩減少，而不會像飛機那樣突然減速。對于傳統飛機來說，空氣掠過機翼的夾角只要稍有變化，就會嚴重影響升力，從而導致顛簸和暈機。但是，“旋翼機”不同，因為機翼的表面積很小，它就不那么容易受到大風的影響了。皮布爾斯的努力為傳統的航空學難題(它曾使三代工程師束手無策，不得不另覓他徑)找到了解決之道。皮爾斯自己說，“旋翼機”的設計還需要大量改進。譬如，現在的模型幾乎沒有滑翔能力，一旦引擎熄火，它就會像石頭一樣急速下墜。此外，他還在努力研究如何對付難纏的小鳥——它們有可能飛進旋筒，卡住機器。

盡管如此，皮布爾斯仍然在克服種種困難繼續前進。他希望在不遠的將來能夠把無人駕駛飛行器推向市場，這個設計得到了英國政府的部分支持。制造載人飛行器所需的時間要長一些，正如皮布爾斯指出的，一旦涉及飛行員和乘客的安全，研發經費就會非常高。

不過，皮布爾斯說，總會有那么一天，螺旋翼驅動的飛機能夠穿梭于機場的城市上空來回運送上下班乘客。而且，“旋翼機”將來也許還能有其它用途，比如噴灑農藥、滅火或者運輸。一個超輕的模型飛機以100馬力的引擎，就能讓載重量達到2噸，其效率是直升機無法匹敵的。