从竹蜻蜓到早期直升飞机的诞生

直升机是从竹蜻蜓的原理来的,就是我们小时候玩的那个玩具,是个双野桨,用手一搓再一放就飞的那个东西.直升机发展经历了人类科学发展史上少有的曲折，相比固定翼飞机要艰难得多，究其原因是它的独特的旋翼飞行方式带来的技术拦路虎太多，需要多方面技术的进展才会带来直升机突破性的进展。但是未来直升机的发展趋势却正在向直升机与固定翼飞机功能合二为一的方向发展。 直升机的概念最早可追溯到中国古代的竹蜻蜓。据有据可查的历史记载，在晋朝葛洪所著的《抱扑子》一书中就描绘了通过旋转的竹蜻蜓垂直升空的情景和可以通过旋转的螺旋桨产生垂直的向上拉力， 它被认为是世界上最早的对垂直起降直升机基本原理的描述。尽管这些记载都缺乏可靠的依据，但竹蜻蜓对世界航空发展的贡献是举世公认的。早在热气球发明之前，竹蜻蜓就作为玩具传到了欧洲，它的奇妙的垂直升空原理被欧洲人看作是一种航空器来进行研究。西方的许多航空先驱者都是从竹蜻蜓中悟出了一些重要航空原理。 从竹蜻蜓到早期直升飞机的诞生 直升机（习称直升飞机）是指依靠发动机带动旋翼产生升力和推进力的航空器。直升机能垂直起落、空中悬停、原地转弯，并能前飞、后飞、侧飞；能在野外场地垂直起飞和着陆，不需要专门的机场和跑道；能贴近地面飞行和长时间悬停，超越障碍，或利用地形地物隐蔽活动，能吊运体积大的武器装备，不受本身容积的限制。尽管与固定翼飞机相比，直升机存在着航程短，速度小，振动和噪音较大等缺点，但却因其独有的特性在军事上得到了广泛的应用，成为了现代军队的重要技术装备之一。 　　直升机虽然是西方工业大国发明的，但其基本原理却产生于古代的中国。早在4000多年前，勤劳勇敢的中国人民就懂得了利用风力，并相继创造出了风车和风扇。在风扇的基础上，人们又为孩子发明了一种玩具――“竹蜻蜓”。它是由一根竹棒和一个（或几个）竹片构成的，竹片被削成了向同一方向的倾斜面。因此，当用孩子们双手夹住竹棒使劲一搓时，“竹蜻蜓”就会旋转着飞向空中。随着惯性减弱、转速降低，“竹蜻蜓”又会旋转着稳稳地落回地面。大约到了明代的时候，中国的大约到了明代的时候，中国的“竹蜻蜓”传到了欧洲，被称作“中国的飞行陀螺”。 尽管这种“竹蜻蜓”没有连续提供动力的装置，但它却给那些梦想着升天的发明家们以极大的启示：如果给这种“竹蜻蜓”装上一个适当的动力装置，使之能够连续不停地旋转，岂不就可以克服空气的摩擦力，在空中长时间地飞行了吗？ 15世纪，欧洲的一些人已经开始探索直升机的发展道路。最先设想直升飞行器，并画出了草图的人是意大利的著名画家、杰出的艺术与科学大师莱奥纳尔多·达·芬奇。而在此之前，达·芬奇还曾提出过扑翼机的设想。不幸的是，他的这种直升飞行器草图同他的扑翼机草图一样，当时并没有发表。直到1893年，达·芬奇的关于这两种飞行器研究的著作才得以出版。虽然达·芬奇的这些设想都没有能够得以实现，但其设计思想却有许多值得后人借鉴的地方。后人为了介绍直升机探索的艰苦过程，曾根据达·芬奇的草图仿制了一个直升飞行器的模型。至今，这个模型仍被摆放在纽约的一个博物馆里，供人参观。 19世纪中叶，英国发明家乔治·凯利制作了一架直升机模型，它的头部尖如鸟嘴，机身就像海鸥一样呈流线型，上面装有两副向相反方向旋转的旋翼，旋翼为横向布局，尾部有垂直方向舵，并以1台小型蒸汽机为旋翼提供动力。尽管模型制作得相当完美，但它最终也没能飞起来。 30余年后，意大利的一个土木工程师恩里科·弗拉尼尼又研制出了一架直升机模型。这个模型的重量仅3.6公斤，采用双桨共轴式旋翼，装有一台0.184千瓦（0.25马力）的蒸汽机。恩里科·弗拉尼尼的这个模型比乔治·凯利的模型前进了一步，它在试飞中最高曾飞到了12.2米的高度，并在空中停留了20秒钟的时间。 飞向天空的梦想，吸引了许许多多的人投身到飞行器的研制中来，一部分人致力于固定翼飞机的发展，一部分人致力于直升机的发展。19世纪末至20世纪初，不仅诞生了居里夫人、爱因斯坦等一大批杰出的科学家，而且机械制造技术也得到了突破性的进展。尤其是N.A.奥托在1867年发明的4冲程内燃机，对飞机设计师们来说，无异于是雪中送炭。也就是在这一时期，直升机的发展进入了一个新的阶段，法国、西班牙、意大利、德国、美国、俄国等国家的许多科学家，都在为直升机的研制而奋斗。这一阶段，诞生了许多直升机模型。 1907年8月24日，法国工程师布雷盖－里歇驾驶着他自己设计制造的一架真正的直升机，飞离了地面。这架看起来相当笨重的直升机装有4副旋翼，每副旋翼由8个巨大的双层桨叶组成，上面装有一台36.7于瓦（50马力）的发动机，可乘载一人。这是世界上第一架由人驾驶着飞离地面的直升机。布雷盖的直升机模型成了直升机发展的一个重要起点。 布雷盖直升机的严重不足之处，那就是没有飞行操纵系统，这就使得布雷盖直升机的飞行稳定性极差，不能在天空自由飞行。一年后，布雷盖又制造出经过完善的第二架直升机，但该机仍没有解决飞行操纵的问题。1909年，布雷盖第三架直升机造好后，仍然未能解决飞行操纵问题。最后，被飞行操纵问题所困扰的布雷盖，决定暂时放弃了垂直飞行试验，等待时机成熟时再重操旧业。 就在布雷盖飞行后不久，一个名叫保罗·科尔尼的英国人也完成了一架名为“飞行自行车”的飞行器。这架飞行器采用双旋翼，旋翼直径约6米，纵向安装在旋翼支架上；动力装置为1台18.3于瓦（25马力）的活塞式发动机，通过皮带轮将动力传输给旋翼。起落架是用4个自行车轮子制造的。保罗·科尔尼的直升机在多次试飞中，最高只飞起了1英尺，留空时间也仅有20秒。这架直升机的问题同布雷盖直升机的问题一样，也是操纵性能很差。 　　与此同时，丹麦设计师埃勒哈默尔又推出了一架复合式直升机。埃勒哈默尔直升机的独特之处在于，他推出了许多有趣的创新。例如设计了液压离合器和齿轮箱；由上下两层对转的旋翼提供升力；每个旋翼的末端安装了可以浩劫的叶片，改变叶片的角度，就可以改变飞机的飞行方向等，使得飞行员在一定程度上能够操纵直升机。之后，又有英国设计师佩斯卡拉设计出的3号直升机，并且创下了飞行736米的世界纪录。不过，最终直升机的操纵问题是直到1923年，西班牙设计师胡安·德·拉·谢尔瓦发明了铰接桨叶的桨毂后，才真正得到解决，从而为直升机的发展开辟了道路。 1910年，在尤里耶夫的领导下，莫斯科高等技术学校的大学生们成立了一个直升机科研小组。经过两年的努力，他们终于制造出了一架与实物大小相当的单旋翼式直升机模型，并在1912年举行的国际浮空器展览会上获得了金质奖卓。尤里耶夫是苏联气体动力学家，苏联直升机制造业的创始人。1910年，他就发明了自动倾斜装置，并成功地应用在直升机模型的设计制造上。 移居美国的俄国科学家德保泰扎特在垂直飞行方面的研究成，就使其成了一个垂直飞行专家。他在1916年发表的一篇关于垂直飞行理论的论文中，详细地论述了直升机的设计问题，并给出了比较完整、准确的设计数据。德保泰扎特的论文对于当时的直升机研制工作具有非常重要的参考价值。文章后被刊登在美国国家航空咨询委员会（NACA）的上，引起了美国陆军的极大重视。 1921年，美国陆军与德保泰扎持签订了一项，为美国陆军研制一种直升机。经过一年的努力，德保泰扎特的直升机终于研制成功，并决定于1922年11月18日进行首次试飞。上午9时左右，美国陆军的试飞员坐上了早已停放在试飞场上的直升机。随着发动机轰鸣声的响起，直升机的4副大旋翼就像巨大的风车转动了起来，只见直升机慢慢地飞离了地面，十分稳定。直升机的试飞成功，赢得了现场观众的阵阵欢呼。 　 德保泰扎特制造的这架直升机重达626公斤，其动力装置为1台132千瓦（180马力）的发动机，旋翼的转速为90转／分。为了控制旋翼的转速，德保泰扎特在发动机上安装了一个油门调节器。这架直升机的飞行操纵系统与普通飞机的飞行操纵系统相似，但机械操纵系统比普通飞机的要复杂，因此，驾驶起来比较困难。鉴于这种情况，美国陆军提出了对第一架直升机进行改进的要求：重新设计机身，提高结构强度，减小振动；重新设计旋翼，并减小尺寸。虽然德保泰扎特进行了种种努力，但后来试飞的结果仍不能令人满意。由于德保泰扎特设计的这种直升机的机身结构超重，实用升限太低，不能满足美国陆军的要求，美国陆军最终于1924年，放弃了这项长达3年的发展。 　　而在这时，谢尔瓦却没有放弃努力。他循着自己的思路，使旋翼机一步步地向前发展。从其萌生自转旋翼机到其挥舞铰技术的问世，大约用去了10时间。谢尔瓦最终设计出了一种看似固定翼飞机和现代直升机结合的产品――C·8LⅡ型旋翼机。1928年，他亲自驾驶着他的C·8LⅡ型旋翼机飞越了英吉利海峡，并以此作为旋翼机发展史上的创举而载入史册。 　　经过几代人的不懈探索和执着努力，直升机从外形到结构都更于趋科学与合理，飞行性能也得到极大的发展。这使得20世纪30年代后，直升机逐步向实用型发展仅几年时间，就实现了直升机的定型生产。 　　1936年，德国人H.福克的制造公司研制出1架Fa－61型直升机，并多次成功地进行了飞行表演。FW－61直升机袭用了普通飞机的机身和方向舵，采用双旋翼横列式，1台121千瓦（165马力）的发动机安装在机身的前部，起落架为3轮式，样子看起来十分古怪。特别值得一提的是，这架直升机打破了垂直飞行器的全部记录，从而成为了世界上第一架能够在空中盘旋的真正的直升机。FW－61直升机的试飞成功不仅震动了整个航空界，并且最终打破了直升机发展多年停滞不前的局面。 1937年的一天，一个名叫汉娜·里特斯的女子，驾驶着这个样子古怪的直升机，从德同的柏林起飞，以68公里／小时的速度飞抵英国伦敦。直升机进行这种长距离的飞行，这在当时还是破天荒的第一次。 　　FW－61直升机诞生不久，就赶上了希特勒发动的第二次世界大战。虽然法西斯德国于1940年将其作为Fa－223型战斗机投入了生产，但却因德国官方的意见分歧和战时的生产困难，预定的计划却未能实现。因此，直到1945年战争结束时，也仅仅生产出3架飞行性能良好的样机。 　　就在德国生产FW－61直升机样机的同时，位于大西洋彼岸的美国，一位名叫伊戈尔·伊万诺维奇·西科尔斯基的人，却于1939年研制成功了世界上第一架实用型VS－300的直升机，并成功地进行了试飞。 伊戈尔·伊万诺维奇·西科尔斯基原是俄国人。早在本世纪初，西科尔斯基就曾从事过直升飞机的设计制造工作。第一次世界大战前，他设计的“格兰德”、“俄国勇士”和“伊里业·穆罗梅茨”三种飞机均以航程远而著称，并为此后的多发动机飞机奠定了基础。“十月革命”后，西科尔斯基因持有不同政见而于1919年移居美国，不久在美国开办了一家航空公司。1939年后，西科尔斯基再次将其研究转回到直升机的设计制造中来。 西科尔斯基设计的VS－300是一种比较成功的直升机。在最初的设计中，他采用了1副主旋翼和2副尾桨。后经多次的试飞，西科尔斯基发现只要有1副尾桨就足以产生所需的偏转力矩，便将3副尾桨拆除了2副。这样，西科尔斯基就为实用型直升机制定了一种比较完美的外形，也为后来直升机的发展指明了方向。 这种新型直升机的问世，立刻引起了美国陆军的注意。1940年，美国陆军决定购买这种直升机的改进型VS－316，并将其编号为R－4直升机。R－4是一种双座机，主旋翼的直径为11.58米，最大重量1152公斤，使用1台136千瓦（185马力）的活塞发动机，巡航速度为109公里／小时，航程达320公里。在试飞中，R－4直升机的最大速度达到了125千米／小时，升限1524米。 　　西科尔斯基所设计的R－4直升机是一种非常成功的直升机。它不仅能垂直起降，空中悬停、前飞、后飞、侧飞，而且还能在无动力情况下自转下降，因此，完全具备了现代直升机的飞行特点。R－4直升机可载1名驾驶员和1名观察员。如果只载1名驾员，它还可挂1枚深水炸弹，从军舰上起飞执行反潜任务。 　　R－4直升机是世界上服役较早的直升机。第1架R－4直升机于1942年5月交付美国陆军后，直升机开始使用并成批生产。在此之后，西科尔斯基在R－4直升基础上又研制出了R－5型和R－6型直升机。 　　R－4直升机的诞生，具有划时代的意义。它标志着直升机发展最艰难的探索时期已经结束。从此，直升机开始走上了迅速发展的道路。