犯其至難而圖其至遠

旋翼系統是直升機最具特色、最為關鍵的標志性部件。旋翼更是被喻為直升機的“皇冠”，作為直升機標志性部件，旋翼系統對于直升機的飛行高度、速度等起著決定性作用。早在15世紀，人們便暢想用螺旋槳，達成人類實現垂直升空的目標。作為直升機的核心技術和衡量直升機先進性的重要標志之一，旋翼技術相當程度上代表了直升機的發展水平，也一直被列為直升機研制的三大關鍵技術之一，同時也是預先研究的重中之重。

旋翼技術的發展史在很大程度上可視為一部直升機發展史。國產直升機旋翼技術發展始于蘇聯米-4的國產化，先后經歷了從測繪仿制、參考樣機設計、國際合作，逐步過渡到自主設計。從20世紀五六十年代的旋翼設計技術起步，到八十年代測仿金屬全鉸接式旋翼和星形柔性旋翼研制，再到真正形成能力的復合材料旋翼反設計研究、重點型號旋翼先期攻關與國際合作等，再到突破直升機旋翼防除冰技術、掌握先進無軸承旋翼技術、智能旋翼關鍵技術等，一代代直升機人秉承“忠誠奉獻、自力更生、艱苦奮斗、勇攀高峰”的精神，向著旋翼技術高峰不斷攀登，為我國直升機型號實現升級換代、跨越發展貢獻了強大升力。

艱苦奮斗，自力更生，從測繪仿制到自主研制

1958年，我國第一架直升機直5成功首飛，由于直5是仿制蘇聯米-4直升機，蘇聯技術資料規定旋翼的槳葉是木制的，但是材料的選取非常苛刻，必須用西伯利亞紅松，且要有相當的強度，而這種樹在氣溫越低的條件下，硬度和密度會越大。為了尋找性能相當的國產木材，實現旋翼木材的國產化，科研人員在林業部門的配合下，從全國多個地方選材，甚至登上海拔3700多米的山峰進行資源調查，才找到符合技術要求的木材，在勘探險要過程中，有人獻出了寶貴的生命。后來，科研人員決心采用金屬材料代替木制槳葉。1966年6月22日，自行制造的金屬旋翼裝機試飛，金屬旋翼的性能全面優于木質旋翼，旋翼的使用壽命與維護性明顯提升。

在直升機領域，國外向來把旋翼當作核心秘密、競爭的砝碼，從不對外輸出相關技術，旋翼在當時更是我國遭遇的一大技術瓶頸。直至80年代末，還尚未自行研制過直升機旋翼系統，只有測繪仿制金屬鉸接旋翼的零星技術和經驗，而當時國外已經在發展和應用星形柔性、球柔性和無軸承旋翼了。其中，球柔性旋翼構型研究是我國直升機旋翼技術發展的關鍵一環，相比星形柔性槳轂具備結構簡單、安全可靠、使用壽命更長等特點，適用于大小噸位和不同任務的各型直升機。但是，其結構簡單的背后是高強度長壽命、更加復雜的氣動和結構動力學設計等難題。

“八五”期間，為盡快縮短與國外先進技術水平的差距，實現旋翼技術跨越發展，航空工業直升機所瞄準國際發展趨勢，決定把國際上最為先進的、僅有歐美掌握的球柔性旋翼技術作為著力點。利用專項預研發展——旋翼技術先期攻關研究課題，啟動了以球柔性旋翼為代表的旋翼原理樣機研究工作。這項任務是對直升機所整體技術能力的艱巨挑戰。直升機所旋翼系統技術專家胡和平回憶自己初次接觸直升機旋翼、學習和攻克旋翼設計難題的歷程時感慨道：“白天黑夜連軸轉，總想著嘗試一些新的方法，從選材、設計、試驗到制造，每個環節都要搞個明明白白。”

鄧景輝在擔任槳轂專業組組長時，帶領組里的年輕人，認真梳理關鍵技術，針對每項技術難題開展技術攻關，同時向國內不同專業的專家學習，從國外的技術文獻尋找靈感，成功地研制出了我國第一套球柔性槳轂。“九五”期間，旋翼原理樣機配裝在“小松鼠”直升機上，完成了演示驗證飛行，標志著我國終于掌握了先進球柔性旋翼設計的關鍵技術，使我國旋翼設計技術跨上了一個新臺階。這套由我國首次自行研制的第三代旋翼系統，榮獲了航空科技進步獎一等獎。

創新驅動，力爭一流，趕超世界先進技術

通過幾代直升機人的不懈努力，科研人員吃透了球柔性旋翼技術，并一直朝著發展更先進的旋翼技術邁進。無軸承旋翼作為常規構型直升機旋翼技術先進水平的代表，散發著令直升機設計者癡迷的獨特魅力。無軸承旋翼結構簡單、零件數目少、重量輕，又具有操縱功效高、敏捷性好、可靠性高、維護簡單、較低的全壽命周期成本等優點，因此，無軸承旋翼正逐步成為先進直升機，尤其是中小型武裝直升機的旋翼首選構型。

相比國外，國內在無軸承旋翼技術的研究方面起步較晚。“國外的直升機，只要看到旋翼，就知道是哪家公司的。而我們的直升機缺乏這樣的特色和辨識度，我們研究無軸承直升機，一方面是提升技術，融會貫通，更重要的是要創建自己的品牌。”胡和平的心聲說出了每一位直升機科研工作者的夢想。“十五”期間，科研人員對無軸承尾槳技術和無軸承模型旋翼進行理論研究，但對于無軸承旋翼技術的真正掌握以至在直升機型號上的成功應用仍然有較大差距，在理論計算、結構設計、工藝制造、試驗技術上還存在許多未知的難題，每一項都是異常嚴峻的挑戰。

“十一五”期間，科研人員重點開展了無軸承旋翼技術基礎層面的研究，以及一些典型件的試驗和驗證。“十二五”期間，項目團隊在系統級層次上進行無軸承旋翼技術的地面部件和裝機試驗驗證，探索以現有機型為平臺展開，形成正式的無軸承旋翼原型樣機三維電子數字樣機，并進入了旋翼原型樣機的試制與試驗階段。

在全尺寸無軸承旋翼研制總體方案論證期間，項目團隊充分考慮驗證平臺的未來發展，瞄準直11高原型機的需求制訂研制方案，通過此項目研究，探索一條預先研究與型號研制平滑過渡的技術路線，保證了項目的順利進展。2015年5月，歷經近10年的探索研究、攻堅克難，我國第一幅無軸承旋翼實現裝直11驗證機首飛成功，完成了無軸承旋翼的裝機考核，無軸承旋翼技術獲得創新突破。研制過程中，先后進行了無軸承縮比模型的風洞試驗、全尺寸旋翼實驗室試驗、旋翼塔試驗、裝機地面試驗等，實現裝機懸停飛行驗證，為后續開展飛行演示驗證奠定了基礎。

自主創新，勇攀高峰，給國產旋翼“破冰吹雪”

我國平均4000米以上的高原，約占我們整個領土面積的 1/4。同時，我國直升機的活動區域有相當地域多高山、高原、盆地，多屬于高寒氣候。旋翼在面臨高原高寒地區、凍雨等低溫環境時，前緣很可能出現結冰現象，直接影響直升機飛行安全。

直到本世紀初，我國直升機槳葉防/除冰措施就是利用在槳葉表面噴灑大量的酒精。但液體防冰作用時間短，且只能防冰而無法除冰；大量防冰液還增加了直升機的重量、增加能耗。20世紀80年代后國外研制了電熱式防/除冰系統，具有更輕的重量與更高的除冰效率。面對新型直升機全域飛行的高效除冰需求，以及西方國家的技術壟斷局面，國內自21世紀初期開始自研電熱式防/除冰系統。

汶川地震發生后，補齊高原型直升機自主保障的短板，亟待一款具備全疆域、全天候作戰能力以及優異的高原性能的直升機。能在高原高寒地區使用，直升機必須具備在結冰環境下的執行任務能力，因此，直升機的旋翼具備防結冰能力和除冰的能力就成為直升機能否上高原、進高寒的必備條件。在型號研制之初，國產直升機均不具備防/除冰的能力，國外只有極少數幾個直升機公司才掌握這項技術。面對外國技術封鎖和國內對這一型號迫切需要的雙重壓力，中國初步考慮對外合作，但最終也未達成一致。通過對外技術合作，雖然可以盡快完成研制任務，但未來仍然會面臨關鍵技術被“卡脖子”的局面。團隊負責人鄧景輝始終憋著一股勁：關鍵核心技術靠化緣是要不來的，必須攻克關鍵技術，走自主創新的道路，做出中國人的“爭氣工程”！鄧景輝暗下決心，一定要爭口氣，攻克這項關鍵技術。

每一次系統停止工作，科研人員都會守在工廠，逐一排查故障。而這一次次的排查，背后是整個團隊的通宵達旦、徹夜不眠，憑著“中國人一定要爭氣”的韌勁和必勝的信念，鄧景輝帶領團隊先后突破了旋翼防/除冰熱力學分析、加熱組件研制、冰風洞試驗、模擬結冰環境下的噴灑塔試驗，以及裝機在真實自然結冰環境下的試飛考核。最終，通過多輪優化迭代、集智攻關，攻克了控制律設計問題、成型工藝穩定性問題、試驗與試飛的風險控制問題，終于突破了一系列關鍵技術，實現了旋翼防除冰技術的成功應用。

歷時多年的關鍵技術終于得以攻克，這家初期拒絕和中國合作的國外公司后來又主動提出可以合作，鄧景輝驕傲地說：“No，you have no chance，你們沒有機會了”。壓抑許久的心情終于可以揚眉吐氣，事實再一次證明：國外能做到的，中國一定能做到。

發展先進旋翼技術，面向未來出新品

作為直升機技術未來發展的重要方向之一，智能旋翼通過在直升機旋翼上采用主動控制手段，使旋翼槳葉能夠識別外界信息，并根據獲得信息對槳葉自身的狀態作適當的調整，從而達到旋翼的減振、降噪等，進而大幅提升直升機的性能。在“十二五”期間，直升機所成立了專門的智能旋翼技術研究小組，積極與有關高校和科研機構合作，在智能旋翼的設計、分析和試驗方面積累了寶貴經驗。同時，針對直升機主動減振技術，設計了4米直徑的ACF旋翼原型樣機，并完成了懸停摸底試驗，這是國內首次智能旋翼的主動控制試驗，也是國內轉速最快、最接近真機使用情況的智能旋翼試驗。

胡和平說：“作為一次全新的嘗試，ACF旋翼原型樣機的設計和研究過程充滿艱辛，但是全體參研人員不畏艱難，戮力拼搏，最終圓滿完成了各項試驗，達到了預定目標，這為進一步實現旋翼主動控制的輕質高效、實時閉環控制、數字仿真等奠定了基礎。”此后，項目團隊完成智能旋翼懸停和前飛試驗任務，得到了一份沉甸甸、“亮閃閃”的試驗數據。

隨著直升機在社會各領域的廣泛應用，用戶對直升機的性能和舒適性等要求也將越來越高，未來旋翼的發展必將朝著低噪聲、低振動的“綠色旋翼”和“智能旋翼”的方向發展。基于主動控制技術的智能旋翼，一定能讓直升機更好地服務于社會，這也是直升機正在攀爬的另一個高峰。

高速、智能、無人、環保、舒適等未來直升機的新方向已經成為直升機科研工作者正在攀爬的一座座科研高峰。作為直升機研發的“國家隊”，直升機所不等不靠，主動出擊，優化科技創新體制機制，激發科技創新動力活力，加快實現高水平科技自立自強。隨著新質生產力的不斷釋放，以eVTOL、無人機為代表的低空新型航空器有望開拓全新的航空市場。面對行業激烈競爭態勢，直升機所以引領直升機技術發展、承擔直升機科技創新為重大使命，以型號研制亟須的學科交叉、系統綜合類新技術研究為重點，旨在徹底解決制約我國旋翼技術發展的瓶頸短板，實現我國旋翼技術的跨越式發展。在新賽道新領域上，直升機所堅持需求牽引，堅持技術驅動，加快型號研制，變距多旋翼無人機、AR300電驅動多旋翼飛行器、AE20電驅動垂直起降飛行器等呼之欲出。

在研發團隊的不懈努力下，創新研發的一代代旋翼成功撐起共和國低空的脊梁，不斷創造出國產直升機的最大起飛重量、最大飛行高度、最快飛行速度！

（作者單位：中國航空工業集團直升機所）