直升機(jī)的早期藍(lán)圖（上）

20世紀(jì)初，人們拓寬了氣球和飛艇的使用范圍，繼而發(fā)明了飛機(jī)。那么，飛行器能否不經(jīng)地面滑跑就直接拔地而起、垂直升空呢？答案是肯定的，這就是“直升機(jī)”。

直升機(jī)及其原始模型

直升機(jī)是一種通過(guò)動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)旋翼產(chǎn)生升力，能垂直起飛和降落的重于空氣的載人飛行器，其在外形氣動(dòng)布局、機(jī)體構(gòu)造、飛行原理和飛行性能各方面都與常見的飛機(jī)（固定翼飛機(jī)）之間存在著較大的差異。

“直升機(jī)”這個(gè)名字，最早是從希臘語(yǔ)“螺旋”和“機(jī)翼”二詞演變而來(lái)的。

中國(guó)古代早已出現(xiàn)了看似簡(jiǎn)單，卻包含直升機(jī)最基本原理的飛行玩具——竹蜻蜓。大約在公元317—420年間，東晉時(shí)代的葛洪在書中就描述過(guò)一種和竹蜻蜓類似的“飛車”，這也許是人類對(duì)直升機(jī)的最早向往。18世紀(jì)，竹蜻蜓開始傳入歐美諸國(guó)，洋人稱其為“中國(guó)陀螺”。

1483年，意大利一代文化名人兼科學(xué)家達(dá)·芬奇，首次提出了旋翼的初始原理，并繪出了那張廣為流傳的著名的旋翼模型設(shè)計(jì)草圖。實(shí)際上，它是一種工作于空氣中的螺旋體。達(dá)·芬奇對(duì)他的這一設(shè)想曾做過(guò)如下描述：這是用布做成的螺旋形帆片，安裝在一個(gè)豎立在圓臺(tái)中的柱子上，如令其高速轉(zhuǎn)動(dòng)，定可飛上天去。

然而，要使達(dá)·芬奇的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)中的直升機(jī)，人們足足花了300年的光陰。

1754年7月，“俄羅斯科學(xué)之父”、著名科學(xué)家羅蒙諾索夫第一次在俄羅斯科學(xué)院為院士們演放了自己制作的旋翼模型。當(dāng)時(shí)的科學(xué)院院刊曾對(duì)此作過(guò)如下報(bào)道：“名譽(yù)顧問(wèn)羅蒙諾索夫表演了他稱之為‘飛行動(dòng)力’的模型。它通過(guò)滑輪和繩索與一個(gè)作為配重的砝碼相連，借以維持高度上的平衡。當(dāng)上下兩組翼片在鐘表發(fā)條的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)起來(lái)以后，便把空氣壓向下方，而自身獲得升力并向上升起……”

羅蒙諾索夫的精密機(jī)械裝置是歷史上第一個(gè)直升機(jī)的原始模型，比起真正的直升機(jī)問(wèn)世早了差不多150年。

1784年，法國(guó)生物學(xué)家羅內(nèi)和工程師汴佛尼合作制作了又一具直升機(jī)的原始模型。當(dāng)他在巴黎博覽會(huì)和法國(guó)科學(xué)院作公開表演時(shí)，飛行相當(dāng)成功，直到轉(zhuǎn)軸上下兩端作為槳葉的羽毛散架才掉回地面，其實(shí)它更像一只西方的“竹蜻蜓”。這幾次飛行表演曾在歐洲引起不小的轟動(dòng)。

翻開直升機(jī)的發(fā)展史，我們同樣不能忘記被稱為“英國(guó)航空之父”的喬治·凱利爵士。他很早就對(duì)來(lái)自中國(guó)的竹蜻蜓懷有濃厚的興趣，后來(lái)按照其原理造出了一具十分精致的直升機(jī)原始模型。當(dāng)他出示這具模型時(shí)，曾謙虛地告訴別人：更早仿造竹蜻蜓的人其實(shí)是倫敦大學(xué)的古波先生。古波的模型據(jù)說(shuō)可以飛到8米多高。

凱利大師的模型制成于1792年，該模型很別致地利用了鯨骨或鐘表發(fā)條的彈力作為驅(qū)動(dòng)力。但其真正飛行成功已是4年以后的事了，飛行高度達(dá)到30米。然而，凱利對(duì)直升機(jī)的興趣還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。1843年，他又設(shè)計(jì)出一種以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的直升機(jī)草圖：4副旋翼成對(duì)安裝在船形機(jī)身的前后兩側(cè)，轉(zhuǎn)軸微微向內(nèi)傾斜，機(jī)身后方裝有兩部螺旋槳用來(lái)提供水平推進(jìn)力，供平飛使用。機(jī)身下方裝有4個(gè)木輪子，機(jī)尾有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的鳥尾狀的十字形尾翼，機(jī)身頭部則雕刻著一只鳥頭。它既像一輛豪華馬車，又像一只展翅的鳳凰。

我們特別應(yīng)該注意到這張?jiān)O(shè)計(jì)草圖的一些有趣的細(xì)節(jié)：如當(dāng)旋翼高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，每副旋翼上的8瓣槳葉會(huì)自動(dòng)合攏，變成一片圓板。此時(shí)它已轉(zhuǎn)換成一副機(jī)翼，從而接替旋翼繼續(xù)提供升力，使水平飛行得以持續(xù)。這樣奇妙的設(shè)想會(huì)產(chǎn)生在一百多年之前，真讓人吃驚。因?yàn)樗同F(xiàn)代的某些垂直起落復(fù)合式飛機(jī)方案竟如此相像。

凱利大師不僅有超前的設(shè)計(jì)思想，還有準(zhǔn)確的科學(xué)預(yù)見性。他在直升機(jī)甚至飛機(jī)都還遠(yuǎn)未成功之際，已預(yù)見到垂直升降、懸停以及水平飛行的結(jié)合對(duì)未來(lái)飛行器的重要性。這是他不同于常人的地方。

進(jìn)入19世紀(jì)以后，歐洲先驅(qū)們手中把玩的直升機(jī)模型漸漸多了起來(lái)。

1828年，意大利人維·薩爾迪的直升機(jī)模型，一上一下重疊裝有兩副轉(zhuǎn)向互逆的旋翼，通過(guò)直接向槳葉沖擊蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)旋翼，所以不需要機(jī)械傳動(dòng)裝置。

1829年，英國(guó)人伯恩用極輕的軟木和鳥羽制成一只很輕的直升機(jī)模型，其動(dòng)力依然是時(shí)鐘發(fā)條。

1863年，法國(guó)人蓬頓·達(dá)梅克爾造出以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的雙旋翼共軸式直升機(jī)模型，但由于重量過(guò)重沒(méi)能飛起來(lái)，后來(lái)改用自重輕得多的發(fā)條作為動(dòng)力才讓它飛上天空。這只模型不久就獲得了英、法兩國(guó)的專利，并用法語(yǔ)注冊(cè)了全名“Helicoptere”。后人將最后一個(gè)字母e去掉，成為以后一百多年來(lái)人們對(duì)直升機(jī)的統(tǒng)一稱呼。這肯定是達(dá)梅克爾想也想不到的事兒。

1870年，阿·佩諾第一個(gè)將橡皮筋作為直升機(jī)模型的動(dòng)力源。

1871年，波·德拉波澤設(shè)計(jì)出類似于今天單旋翼布局的直升機(jī)方案。這種直升機(jī)在機(jī)身頂端安裝一副雙槳葉旋翼，并可對(duì)每一片槳葉的攻角（迎風(fēng)夾角）進(jìn)行調(diào)整，以改變升力的大小。它簡(jiǎn)直就是今天直升機(jī)對(duì)旋翼所做的“變距”控制。

1876年，美國(guó)開始有人研究直升機(jī)。J·B·沃德設(shè)計(jì)了一種融直升機(jī)和氣墊船于一身的組合式飛行器，但按照當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平還無(wú)法將它制造出來(lái)。

1878年，意大利人安利可·福拉尼尼的共軸式直升機(jī)模型制造成功。它重約4千克，采用一臺(tái)184瓦特的小型蒸汽機(jī)作為動(dòng)力。在經(jīng)過(guò)多次失敗后終于成功升空，最好的一次飛行高度達(dá)到39米，并且在不太穩(wěn)定的狀態(tài)下完成了30秒的懸停飛行！這是19世紀(jì)直升機(jī)模型最了不起的一次飛行。

其實(shí)，飛機(jī)發(fā)明人萊特兄弟，早年也曾與直升機(jī)模型有過(guò)一些接觸。在他們的父親從歐洲捎回的一大堆航空模型中，就包括一個(gè)以竹子為骨架、用紙蒙成旋翼、以橡皮筋作動(dòng)力的共軸式玩具直升機(jī)。據(jù)記載，“由于槳葉做得偏大，飛得不太協(xié)調(diào)”。

1880年，美國(guó)大發(fā)明家、無(wú)事不通的能人托馬斯·愛迪生也想在直升機(jī)研究方面有所突破。他利用熟悉的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，做出了一架直升機(jī)模型，但終因功率不足試驗(yàn)被迫終止。好勝心強(qiáng)的愛迪生不甘失敗，他立即想到改用火藥發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)模型飛行。某日，由于棉火藥在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)發(fā)生爆炸，迫使他的這項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)擱淺。多年以后，愛迪生不無(wú)感慨地對(duì)人說(shuō)：“如果我們擁有強(qiáng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)，那么什么樣的飛行器都能造出來(lái)，直升機(jī)也不例外。”

基于技術(shù)水平所限，動(dòng)力問(wèn)題又長(zhǎng)期得不到解決，直升機(jī)的發(fā)展一直十分緩慢。其實(shí)原因很簡(jiǎn)單：因?yàn)橥瑯又亓康闹鄙龣C(jī)，所需功率要比飛機(jī)大得多。在一百多年里，對(duì)直升機(jī)的研究?jī)H局限于模型試驗(yàn)，走過(guò)了一條漫長(zhǎng)而曲折的道路。航空先驅(qū)們?cè)群蟛捎苗姳戆l(fā)條、鯨骨、弓、橡皮筋、蒸汽機(jī)、電動(dòng)機(jī)、火藥發(fā)動(dòng)機(jī)甚至人力作為動(dòng)力試驗(yàn)飛行，但成功者寥寥無(wú)幾。如果要進(jìn)一步發(fā)展全尺寸的載人直升機(jī)，首先必須得到一種既輕又強(qiáng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)初，汽油內(nèi)燃機(jī)（航空上稱為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)）的實(shí)用化，給各種載人飛行器的研制點(diǎn)燃了希望的火花。因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)在發(fā)出同樣大小的功率時(shí)，其本身自重要比蒸汽機(jī)輕得多，也即功率與重量之比要大得多。

布雷蓋實(shí)現(xiàn)了“垂直騰空”

第一個(gè)全尺寸直升機(jī)的研制者是法國(guó)人路易·C·布雷蓋。布雷蓋于1880年出生在巴黎，年輕時(shí)因耳濡目染了前輩們?cè)陲w機(jī)研制中遇到的種種艱難，于是萌發(fā)了研制直升機(jī)的想法。在認(rèn)真請(qǐng)教了理契特博士后，他于1906年試制出一架“布雷蓋/理契特式旋轉(zhuǎn)翼飛行器”，該機(jī)的正名是“陀螺飛機(jī)1號(hào)”。從當(dāng)時(shí)人們對(duì)直升機(jī)及旋翼的粗淺認(rèn)識(shí)來(lái)看，取這樣一個(gè)形象化的名字再恰當(dāng)不過(guò)了。

不管怎么說(shuō)，這是人類問(wèn)世最早的載人直升機(jī)，而不僅僅是一個(gè)小模型。布雷蓋為它安裝了一臺(tái)29千瓦的安東尼特發(fā)動(dòng)機(jī)。其實(shí)，用它來(lái)驅(qū)動(dòng)4副旋翼真的有點(diǎn)勉為其難。這架直升機(jī)與其說(shuō)是一架飛行器，倒不如說(shuō)更像一座由許多縱橫交錯(cuò)的橫梁和豎桿搭起來(lái)的腳手架。

1907年9月19日，布雷蓋請(qǐng)到一位體重很輕的男子充當(dāng)“陀螺飛機(jī)1號(hào)”的機(jī)長(zhǎng)，試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)在杜埃某地。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，整架直升機(jī)在4條傳動(dòng)皮帶的運(yùn)作下顫抖起來(lái)。連同駕駛員在內(nèi)總重達(dá)577千克的“陀螺飛機(jī)1號(hào)”擺脫了地心引力的束縛，掙扎著離開地面，飛行高度0.6米！

因?yàn)椴祭咨w“處女作”的操縱性實(shí)在不敢恭維，所以在整個(gè)試飛過(guò)程中，飛行器的4副旋翼之下必須有4名助手手執(zhí)長(zhǎng)桿“攙扶”著它，才能實(shí)現(xiàn)升空。因此嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，還不算“自由飛行”，試飛并不完全成功。

10天后，“陀螺飛機(jī)1號(hào)”的飛行高度有了很大的提高，達(dá)到1.5米。這個(gè)數(shù)據(jù)在今天看來(lái)可能微不足道，但在航空史上卻足以畫上一個(gè)大大的驚嘆號(hào)！據(jù)非正式記載，在后來(lái)的某次試飛中，“陀螺飛機(jī)1號(hào)”突然掙脫了人們的“攙扶”，一下子跌跌撞撞飛出90米，最后摔在一片甜菜地里。機(jī)體雖然摔成了一堆廢鐵，但卻令這位航空設(shè)計(jì)師喜出望外。

盡管有這樣的傳說(shuō)存在，但布雷蓋的直升機(jī)還是難以完全“自主飛行”，所以航空史學(xué)家們一般不承認(rèn)它是一架完全成功的直升機(jī)。

科爾尼發(fā)明了直升機(jī)

同樣是在法國(guó)，家住諾曼底利磯厄地區(qū)的保羅·科爾尼，是又一位致力于直升機(jī)研制的奇才。后來(lái)，他果然成為人類航空史上劃時(shí)代的明星人物。1906年，科爾尼先造出一架直升機(jī)模型用于基礎(chǔ)研究。這架模型裝有1.5千瓦的老式比歇牌發(fā)動(dòng)機(jī)，重12.7千克，并第一次在模型上采用了雙旋翼并列式布局。

1907年8月，科爾尼研制出一架全尺寸的載人直升機(jī)。11月13日，一個(gè)重要的歷史時(shí)刻到來(lái)了，科爾尼親自駕駛它完成了首航。該機(jī)在無(wú)外力幫助下自由騰空并懸空20分鐘，離地高度0.3米，人類首次實(shí)現(xiàn)了有動(dòng)力直升機(jī)的載人垂直飛行?？茽柲嵊檬聦?shí)雄辯地向世人證明：即使使用旋轉(zhuǎn)機(jī)翼，照樣也能把人送上天空。

從純技術(shù)角度來(lái)講，保羅·科爾尼創(chuàng)造的奇跡絲毫不遜色于4年前萊特兄弟的創(chuàng)世紀(jì)飛行。

航空歷史書把科爾尼的飛行器稱作為“人類第一架直升機(jī)”。

讓我們回過(guò)頭來(lái)再仔細(xì)觀賞一下他這架沒(méi)有正式取名的直升機(jī)：這架直升機(jī)采用的是雙旋翼縱列式氣動(dòng)布局，即在機(jī)體的一前一后兩端各安裝有一副旋翼。這樣的布局和今天的CH-47“支努干”直升機(jī)的布局完全一樣。兩副旋翼不論是反向旋轉(zhuǎn)還是同向旋轉(zhuǎn)，都能相互抵消各自產(chǎn)生的扭矩，使機(jī)身不至于發(fā)生“團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。一臺(tái)18千瓦的安東尼特活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)總長(zhǎng)22米的交叉式皮帶與前后兩副旋翼相連。旋翼的主體是一個(gè)繃滿鋼絲的大鋼圈（近似于自行車的車輪鋼圈），而傳動(dòng)皮帶就盤繞在鋼圈上。所以整架直升機(jī)看上去極像一輛臥倒的自行車。在鋼圈的外徑上裝有兩片槳葉，構(gòu)成直徑6米的旋翼。槳葉用鋼管焊成骨架，外面蒙上綢布形成葉片。為了實(shí)現(xiàn)水平飛行，科爾尼沒(méi)有另外安裝常規(guī)的螺旋槳，而是別出心裁地在每一副旋翼下方安裝了一塊可傾斜的平板，希望讓旋翼向下排出的氣流沖擊在平板上，以產(chǎn)生附加的水平拉力牽引直升機(jī)向前飛行。

雖然因經(jīng)費(fèi)原因科爾尼后來(lái)被迫中止了一切與航空器有關(guān)的研究，但是他對(duì)人類航空發(fā)展的貢獻(xiàn)是不可抹殺的。

俄羅斯的早期試驗(yàn)和理論探索

在早期直升機(jī)發(fā)展史上，還有一位大名鼎鼎的明星級(jí)人物，他就是人稱“直升機(jī)之父”的俄裔美國(guó)人伊戈?duì)枴の骺扑够?。這位傳奇人物對(duì)推動(dòng)航空發(fā)展的影響盡人皆知，他在數(shù)十年的航空生涯中曾對(duì)直升機(jī)、重型飛機(jī)以及水上飛機(jī)的發(fā)展都做出了不可估量的重大貢獻(xiàn)。例如，他在1913年就曾創(chuàng)造出世界上最早的四發(fā)動(dòng)機(jī)巨型飛機(jī)“伊利亞·穆羅梅茨”，并在直升機(jī)的早期研制，特別是20世紀(jì)40年代的全面發(fā)展與創(chuàng)新中屢有建樹，且在此后30年維持了美國(guó)直升機(jī)技術(shù)的領(lǐng)先地位。對(duì)于西科斯基，我們將在之后單獨(dú)加以介紹。

1909年，“俄羅斯航空之父”、航空理論的奠基人儒科夫斯基的得意門生尤里耶夫精心設(shè)計(jì)了一種直升機(jī)。它擁有近代直升機(jī)的大部分結(jié)構(gòu)和部件，裝有兩副旋翼，直徑分別是3米和9米，裝有一臺(tái)52千瓦的格隆牌活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。最具有意義的是：該機(jī)首次采用了由尤里耶夫自己設(shè)計(jì)的自動(dòng)傾斜儀——一套可作萬(wàn)向傾斜的同心圓環(huán)，安裝在旋翼中心的槳轂位置上，能使旋轉(zhuǎn)中的槳葉發(fā)生周期性的攻角變化，以達(dá)到穩(wěn)定飛行和可控飛行的目的。自動(dòng)傾斜儀后來(lái)幾乎成為直升機(jī)不可或缺的關(guān)鍵部件。

1912年，尤里耶夫研制出一架單旋翼直升機(jī)。為了讓它飛上天，他忍痛卸下了精致的自動(dòng)傾斜儀和配套的變（槳）距操縱機(jī)構(gòu)。但試飛剛開始主軸就折斷了，整個(gè)試驗(yàn)毀于一旦，十分可惜。后來(lái)受困于資金，尤里耶夫中止了進(jìn)一步研究。但這架很像樣的直升機(jī)為尤里耶夫贏得了榮譽(yù)，他在1912年的第二屆國(guó)際航展上獲得了一枚金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆Ｓ壤镆蚝髞?lái)成為蘇聯(lián)近代直升機(jī)的主要?jiǎng)?chuàng)始人之一。

隨后幾年，俄羅斯還先后出現(xiàn)過(guò)其他幾位直升機(jī)的早期研究者，他們的名字是安東諾夫、索羅金、加索夫斯基、斯塔洛沃、伊托夫和奧西波夫。