直升机作为20世纪航空技术极具特色的创造之一,极大的拓展了飞行器的应用范围。直升机是典型的军民两用产品,可以广泛的应用在运输、巡逻、旅游、救护等多个领域。
直升机的时速可达300km/h以上,俯冲极限速度近400km/h,实用升限可达6000米(世界纪录为12450m),一般航程可达600~800km左右。携带机内、外副油箱转场航程可达2000km以上。根据不同的需要直升机有不同的起飞重量。当前世界上投入使用的重型直升机的是俄罗斯的米-26(起飞重量达56t,有效载荷20t)。当前实际应用的是机械驱动式的单旋翼直升机及双旋翼直升机,其中又以单旋翼直升机数量多。
直升机的突出特点是可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其具有广阔的用途及发展前景。在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输是民用的一个重要方面。
缺点及改进
当前直升机相对固定翼飞机而言,振动和噪声较高、维护检修工作量较大、使用成本较高,速度较低,航程较短。直升机今后的发展方向就是在这些方面加以改进。
短距-垂直起降飞机的作战目标可不是常规作战飞机,其作战目标是超低空制空权控制和打击空中低速目标,负责随伴我直升机群,主要遂行反直升机和反无人机作战,兼顾对地近距战术支援的短距-垂直起降固定翼飞机尚无可替代。
尽管垂直起降技术在不断进步,仍有一个关键目标难以实现:将时速提升至150-170节(海里/小时)以上。更快的垂直起降速度可缩短任务时间,提高任务成功的可能性,并且降低飞机受到敌人攻击的概率。但遗憾的是,在不影响飞行范围、效率、有效载荷或设计简单性的前提下,目前的VTOL设计仍无法提高速度。
过去几十年中,直升机的垂直起降能力(VTOL)一直是军事行动必不可少的重要组成部分。它们能向任何方位机动飞行、悬停,并几乎可在任何平面上降落。美国目前正研发高速直升机“VTOL X”,期能提高飞行速度和的工作能力。
美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)正在开发垂直起飞与着陆试验机(VTOL X-Plane)项目,希望能克服这些挑战。他们开创性地融合了固定翼飞机和旋转翼飞机的技术优势,以促进VTOL飞行的根本改善为目标。
VTOL X机不是调整过去的设计和技术,而是挑战行业和具有创新精神的工程师,建立一种混合动力飞机,在以下4个领域获得进步:持续飞行速度达到300-400节﹔悬停效率从60%提高到至少75%﹔巡航升阻比从目前的5-6提高到至少10﹔飞机总重为1万至1.2万磅,有效载荷占飞机总重的至少40%,以此保证飞机的工作能力。
VTOL X机项目价值1.3亿美元﹔项目时间为52个月,从 2013年10月至2018年2月﹔共包括3个阶段,在项目启动的42个月后进行次示范飞行。
中国的竹蜻蜓和意大利人达芬奇的直升机草图,为现代直升机的发明提供了启示,指出了正确的思维方向,它们被公认是直升机发展史的起点。
竹蜻蜓又叫飞螺旋和“中国陀螺”,这是我们祖先的奇特发明。有人认为,中国在公元前400年就有了竹蜻蜓,另一种比较保守的估计是在明代(公元1400年左右)。这种叫竹蜻蜓的民间玩具,一直流传到如今。
现代直升机尽管比竹蜻蜓复杂千万倍,但其飞行原理却与竹蜻蜓有相似之处。现代直升机的旋翼就好像竹蜻蜓的叶片,旋翼轴就像竹蜻蜓的那根细竹棍儿,带动旋翼的发动机就好像我们用力搓竹棍儿的双手。竹蜻蜓的叶片前面圆钝,后面尖锐,上表面比较圆拱,下表面比较平直。当气流经过圆拱的上表面时,其流速快而压力小;当气流经过平直的下表面时,其流速慢而压力大。于是上下表面之间形成了一个压力差,便产生了向上的升力。当升力大于它本身的重量时,竹蜻蜓就会腾空而起。直升机旋翼产生升力的道理与竹蜻蜓是相同的。
《大英百科全书》记载道:这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15世纪中叶,也就是在达芬奇绘制带螺丝旋翼的直升机设计图之前,就已经传入了欧洲。
《简明不列颠百科全书》第9卷写道:“直升机是人类早的飞行设想之一,多年来人们一直相信早提出这一想法的是达·芬奇,但现在都知道,中国人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。”