阿道夫k威兹曼图片:直升机百年

　　直升机是指依靠发动机带动旋翼产生升力和推进力的航空器。由于其特殊的飞行机理,能前飞、后飞、左右侧飞,并能实现垂直起降、空中悬停、悬停回转等固定翼飞机难以完成的动作,因而它具有独特的军用价值和极其广泛的民用价值。如果没有直升机,五彩斑斓的航空世界将显得单调和乏味;如果没有直升机,现代化的战场将少了一个充满故事的角色。纪念直升机,不仅是对一种航空器命运的关注,而且是对人类智慧的尊重和期待。

 
　　艰难的起飞
　　

　　在这个世界上,恐怕很难找到像直升机那样命运坎坷的机器了。从概念的提出,到基本原理的认识,再到它正式诞生,居然痛苦孕育了两千年!

 
　　历史学家认为,公元前3世纪中国就出现了看似简单、其实包含了直升机基本原理的飞行玩具--竹蜻蜒。竹蜻蜒对世界航空发展的贡献是举世公认的。公元14世纪,竹蜻蜒作为玩具传到了欧洲,欧洲人管它叫“中国飞陀螺”。它奇妙的垂直升空原理被欧洲人作为一种航空器进行研究,许多航空先驱者都是从竹蜻蜒中悟出了一些重要航空原理。

　　1483年,意大利画家、工程师达·芬奇绘出了一张著名的旋翼模型设计图。1754年,俄罗斯“科学之父”罗蒙诺索夫第一次在俄罗斯科学院演示自制的旋翼模型。1792年,英国“航空之父”凯利制成以鲸骨或时钟发条为动力的直升机模型。19世纪后期,大发明家爱迪生也曾想以电动机为动力研制直升机,但没有成功。

　　1907年是直升机诞生的元年。法国飞机大师路易·布雷盖和他的兄弟,以及里歇教授一起研制出名为“陀螺飞机1号”的直升机。该机装有50马力的发动机,有四副旋翼,每副旋翼由8片双层桨叶组成,看起来十分笨重。8月27日,布雷盖驾驶“陀螺飞机1号”试飞,但由于操纵问题没有解决,上升至1.5米的高度就掉了下来。同年,法国人保罗·科尔尼自行研制出一种载人直升机,11月13日,亲自驾驶试飞。科尔尼的直升机在距地30厘米的高度上悬停了20分钟,因而被航空史研究者确认为“人类第一架直升机”。尽管科尔尼的直升机并没有完善的操纵系统,但其历史意义不亚于四年前莱特兄弟的划时代飞行。

　　直升机的孕育过程之所以如此艰难,主要是由于三大技术难关阻碍了其发展。一是大功率,重量比的发动机,二是如何平衡旋翼旋转时产生的扭矩,三是如何实现飞行控制。蒸汽机的出现曾为直升机带来一线希望,但很快被否定,内燃机的出现才使发动机符合了直升机的要求。克服扭矩问题,最常见的方法是采用单旋翼+尾桨布局,除此之外,还有纵列双旋翼、横列双旋翼和共轴双旋翼的布局形式。至于飞行控制问题,通常的做法是在旋翼桨毂上设置挥舞铰,以及旋翼桨叶变距机构。在这个过程中,西班牙人胡安·切尔瓦功不可没,他最早在其发明的“自转旋翼机”上安装挥舞铰,对直升机技术的成熟和发展,产生了重要的影响。

　　回顾直升机的诞生,还有两个人物居功至伟,一位是德国人福克·沃尔夫,一位是俄裔美国人伊戈尔·西科斯基。1933年,福克·沃尔夫设计了一种采用飞机机身、横列双旋翼布局的直升机FW-61,这是世界上第一种技术成熟的直升机。1937年,年轻美丽的汉卿·罗带西小姐驾驶FW-61在柏林体育场进行飞行表演,前飞、后飞、悬停、转弯,第一次向人们展示了直升机特有的魅力。西科斯基原本是俄罗斯的飞机设计大师,早期曾专注于直升机研究,后转向固定翼飞机设计,世界上最早的战略轰炸机“伊里亚·穆罗梅茨”就是他的杰作。“十月革命”后,西科斯基移居美国并重新开始直升机研究,1939年12月,研制成功实用性直升机VS-300。VS-300的技术领先,拥有趋于成熟的操稳控制系统和足够的可用功率。VS-300成为美国陆军第一种直升机装备,定名为R-4。R-4在二战期间共生产了130多架,参加了一系列作战行动。

　　直升机的诞生比固定翼飞机更加坎坷与艰辛,一方面说明科学之路的曲折,另一方面,为我们今天思考直升机的未来提供了宝贵的源代码。

　　一树之高铸辉煌
　　

　　就在R-4崭露头角后不久,1946年3月,美国贝尔47直升机获得第一张商用直升机适航许可证。作为运输工具,直升机是唯一能够抵达任何地形区域的飞行平台;作为作业工具,被广泛用于工业、农业、商业活动中,并在医疗救护、抢险救灾、重物起吊、森林灭火、治安巡逻等领域发挥着不可替代的作用。据统计,目前世界上有2万多架民用直升机,拥有和使用直升机的数量多少已经成为衡量一个国家科技、经济水平的重要标志之一。

　　直升机的民用价值不可估量、自不待言。而军用直升机经过60多年的战争洗礼,也创造了一个又一个辉煌。

　　战后直升机引起世人关注是从朝鲜战争开始的,当时美军直升机遂行侦察、补给、救护等作战保障任务,成功后送、抢救了18000多名伤员。为此,斯大林曾命令苏联航空工业迅速发展直升机。后来,法国在阿尔及利亚战争中,首次在直升机上加装武器,为地面部队实施火力支援,开直升机火力打击之先河。

　　美军在越战中先后投入了4000余架直升机,用于执行各种任务,第一种专用武装直升机AH-1“眼镜蛇”正是在此期间问世的。不少军事专家称越南战争是“直升机的战争”,最早的、大规模空地协同作战就发生在越南战争期间。1966年1月,美军骑一师于蓬山地区实施了“锤子与铁砧”行动。作战开始后,原驻扎在蓬山地区的南越伪军和机降该地区的美军部队坚守阵地,作为“铁砧”:骑一师的直升机以营为单位,作为“锤子”,联合向前来围攻的越共部队发起空、地进攻。这次作战行动历时41天,骑一师绕蓬山转了360°的圈子,击溃了越军三个团的进攻,歼敌1000余人。“锤子与铁砧”作战模式后来成美军的一种经典战术,也是美军“空地一体战”的雏形。我国当时一位显赫的政治人物曾经受到启发,提出“两个大搞”战略,即大搞直升机,大搞运输机。

　　到了七八十年代,军用直升机进入全面发展和广泛运用的时期。在第四次中东战争、苏军入侵阿富汗、两伊战争、英阿马岛战争、美军入侵格林纳达等战争中,直升机均发挥了重要作用。1973年10月6日夜,埃及军队在攻击巴列夫防线初期,使用直升机机降分队,深入到以军后方的主要道路附近。袭击并阻止了以军从国内调至西奈前线的装甲部队,为主力部队强渡苏伊士运河扩大战果赢得了宝贵的3个小时时间。在1982年的英阿马岛战争中,英军实施了以登陆为目的,以“蛙跳机动+机降突击”为手段的突击战术,连续攻占外围岛屿及马岛本岛。1980年代初,美军为对付苏联强大的坦克集群在欧洲大陆可能发起的进攻,提出了“空地一体战”理论,以直升机火力为主体,构成远、中程反坦克火力配系。北约军事演习证明,在双方战术发挥正常的情况下,直升机与坦克的损失比为1:12,甚至有时高达1:020。

　　让直升机的声望达到顶峰的是海湾战争。在“沙漠风暴”行动开始之前,多国部队派出,由3架MH-53J“铺路微光”和9架AH-64“阿帕奇”直升机组成直升机特谴队,前者担负引导任务,后者负责火力攻击。特谴队经过数小时的超低空飞行,长驱750千米,抵达目标后,迅即发射“海尔法”导弹,摧毁了伊拉克南部的两个预警雷达站,打响了海湾战争的第一枪。在“沙漠军刀”行动中,美军第101空中突击师使用300多架直升机进行了一次空中机动作战,在历时一个多小时的时间里,长驱149千米,在伊拉克纵深建立起“眼镜蛇”前方作战基地,切断科威特战区到巴格达的交通线。对于顺利实施“沙漠军刀”行动,具有决定性意义。在整个战争期间,仅AH-1W“超级眼镜蛇”一种直升机就摧毁了伊军97辆坦克、104辆装甲车;而一个“阿帕奇”武装直升机营,居然在2小时内摧毁了200多辆伊军坦克。

　不容忽视的信号
　　

　　物极必反、盛极必衰,似乎是事物发展的一般规律。直升机正如日中天,尤其是作为运输工具或作业平台的民用直升机,在全世界范围都保持着旺盛的需求态势,何“衰”之有?但在军用直升机领域则不尽然,特别是专用武装直升机和侦察直升机,其性能水平和技术状态之于作战环境,已经表现出某种不适应性,种种迹象提示着其忧患的来临。

　　2004年2月23日,美国国防部突然宣布取消RAH-66“科曼奇”研制计划。“科曼奇”项目始于1983年,已经耗资69亿美元,主要试验、试飞科目已经完成。RAH-66“科曼奇”拥有卓尔不群的隐身特性,具有数字侦察和智能作战能力,它可以携带1600千克的各型武器,能同时攻击6个目标。与“阿帕奇”相比,“科曼奇”搜索距离增加了40%,攻击准备时间缩短了95%。“科曼奇”曾经寄托了美国陆航的希望,按照原计划,将装备1200架之多。

　　尽管美国国防部给出了“科曼奇”下马的理由,比如:技术复杂、进度拖延、耗资巨大、影响其它计划、反恐作战不需要高端兵器等等,但还是引起了武器专家的议论。有人对未来武装直升机是否要发展以及如何发展产生了困惑。美国是直升机大国,技术水平和作战使用均代表了世界最高水平,因而美军是直升机发展的“晴雨表”。有资料显示,在未来几年,美军直升机装备数量呈现这样的趋势:快速发展了近30年的武装直升机将首次进入停滞状态,侦察直升机将大幅度减少,运输或通用直升机则保持当下的数量规模。

　　与武装,侦察直升机的“疲软”形成对比的是,A-10“雷电”攻击机老树开新花,躲过了几次裁减动议,其最新改型--A-10C于去年底正式服役:攻击型无人机和各个层级的无人侦察机(含无人直升机)层出不穷,给人以眼花缭乱的感觉:上世纪五六十年代开始研制的倾转旋翼机V-22“鱼鹰”,尽管耗资巨大、严重事故不断,但终究没有像RAH-66那样被“一刀砍掉”。

　　忧患来自何方?笔者以为,武装直升机和侦察直升机目前的尴尬来自两个方面:一个是直升机技术本身,再一个是直升机的使用环境。就技术本身而言,直升机的运输效率(用K值表示,K=G/W)在航空器中是最低的,只有3-4,而固定翼飞机能达到12-20;依目前的直升机构形,最大速度很难突破400千米,小时,实用升限很难突破5000米;此外还有振动问题、维护问题等等。在使用环境上,狂飙突起的无人机在完成低空、超低空攻击,侦察任务方面,完全可以替代直升机;精确攻击弹药的兴起。使直升机“枪管对靶心”的优势不再明显:各类防空武器已经在低空编织了一张密集火力网,对直升机的生存形成致命威胁。

　　“信号说”的提出,不是危言耸听,大家可以从美国大片《黑鹰坠落》中体会到,大名鼎鼎的UH-60“黑鹰”居然被火箭筒轻易击落。2003年伊拉克战争期间,一个伊拉克农民高举步枪欢呼的电视画面被反复播放,价值千万美元的“阿帕奇”竟然经不住几发步枪子弹。虽然这些都是个案,但其“信号”意义是不容质疑的。

　　希望在明天
　　

　　综观武器发展史,每一种武器都是在科学技术的推动下,不断地适应变化着的军事环境。当技术推动力不足,或暂时无法很好地适应军事环境的时候,对于这种武器来说,隐忧便出现了。武装直升机似乎目前正面临着这样的窘境。

　　这个局面的出现十分正常。一方面,我们正处在一个大变革的时代,空前规模的新军事变革和日新月异的新技术革命,在考验着每一种传统兵器:另一方面,直升机本身的技术复杂性,决定了其不断完善、提高的必然性,直升机走过的曲折历程就证明了这一点。

　　百年直升机并没有走向衰落。只是其庞大家族中的武装直升机和侦察直升机遇到了一些麻烦,是暂时的、局部的,相信通过科学技术的进步,一定会帮助直升机跨过泥淖,重振雄风。希望在明天!

　　那么,未来直升机在性能方面会有哪些提高呢?直升机技术又会朝哪些方面发展呢? 研究表明,在未来10~20年,直升机将实现如下目标:扩大飞行包线。空速增加100%,耗油率降低20%,空重降低20%;大幅度降低外部噪声,大幅降低振动水平和内部噪声,显著改善舱内舒适性;提高安全性,具备主动,被动检测能力,改善防冰、防雷性能;改善经济性,直接使用费用降低50%。

　直升机技术发展主要侧重于新构形原理、先进旋翼系统、先进动力装置、智能复合材料结构、综合航空电子、先进飞行操纵系统,以及一体化设计、制造等几大技术领域。笔者认为。新构形原理、先进旋翼系统、智能复合材料结构的意义尤其重大,将推动直升机性能的跨越。

　　新的直升机构形是突破现有旋翼动力学限制的根本措施,目前已有组合式直升机、复合式直升机、旋翼飞机、“未来旋翼运输机”、鸭式旋翼/机翼飞机(CRW)和倾转旋翼机等新概念构形,其中倾转旋翼机(V-22)已经装备部队。新构形不仅可以扩展飞行包线,而且对于降低信号特征、提高战场生存力意义重大。

　　先进旋翼系统的研究包括直升机旋翼动力学、旋翼气动优化设计、先进翼型和平面形状、自适应旋翼、可变直径旋翼、复合材料旋翼、无轴承旋翼,以及旋翼桨叶的防冰/除冰技术等。先进旋翼系统的采用,将使直升机上这一最关键、最娇贵的部件脱胎换骨。

　　智能材料结构将微传感器、微处理器、光纤等植入复合材料当中,使直升机旋翼及蒙皮。能够根据驾驶员的指令或局部气动力环境自动做出响应,以此改变桨叶和蒙皮的形状、弯度、扭转度、弧度及翘曲度等。智能材料结构的采用对于直升机的影响可能是革命性的,因为直升机的许多关键部件是在交变载荷下工作,对动力学环境的要求是矛盾的。比如,直升机大速度前飞时,空气流动对前行桨叶和后行桨叶的影响是相反的。通过智能变形,将周期性交变动力环境的影响降至最小,甚至化不利为有利,进而大幅度提高直升机性能、飞行品质和安全性,甚至使直升机获得比螺旋桨飞机还要宽泛的飞行包线。

　　百年沧桑,有蹉跎,有辉煌,直升机度过了不平凡的岁月。在新的百年即将开始的时候,我们有理由相信,在科学技术的强力推动下,直升机的明天更美好。