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導(dǎo)語
在萊特兄弟發(fā)明可以受控、持續(xù)飛行的固定翼飛機(jī)后，人們就一直在嘗試開發(fā)制造直升機(jī)。在固定翼飛機(jī)出現(xiàn)后30年，才出現(xiàn)首架可正常操作的直升機(jī)。直升機(jī)開發(fā)出來之后，其概念迅速被人們所接受，10年之內(nèi)直升機(jī)就投入了軍事和商業(yè)服務(wù)。
直升機(jī)可以在較小的空間內(nèi)起飛和著陸，
并以低速盤旋和移動(dòng)，
在現(xiàn)代生活中已經(jīng)不可或缺。
但之前的開創(chuàng)者
可能會(huì)對直升機(jī)有限的使用范圍感到失望，
因?yàn)橹鄙龣C(jī)存在速度和航程限制
以及安全和噪聲問題。
幾十年來，人們對這些問題進(jìn)行了無數(shù)的研究，
最近已經(jīng)取得了真正的進(jìn)展。
最早的垂直飛行嘗試
自20世紀(jì)第一個(gè)十年起，歐洲一直是旋翼機(jī)發(fā)明地。1907年，法國實(shí)現(xiàn)了兩次標(biāo)志性的飛行，9月，由Jacques和Louis Breguet兄弟制造的“旋翼機(jī)1號”四旋翼直升機(jī)使飛行員飛上2英尺（約61厘米）的空中，并停留了一分鐘。但該飛機(jī)飛行不穩(wěn)定，而且不受控制，是由地面上的四個(gè)人將飛機(jī)穩(wěn)定住，因此，此次飛行被視為直升機(jī)的首次載人吊飛。11月，Paul Cornus的縱列雙旋翼直升機(jī)使飛行員在1英尺（約30.5厘米）的空中停留了20秒。
Cornus 1907直升機(jī)
不是所有的飛行嘗試都發(fā)生在歐洲
美國
美國的一名俄羅斯移民George de Bothezat
為美國軍隊(duì)建造了一架試驗(yàn)性四旋翼直升機(jī)。
這架H1直升機(jī)于1922年12月首飛，
而且還搭載了乘客，
但它的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，難以控制，之后被廢棄。
同年，德國移民同時(shí)也是黑膠唱片的發(fā)明者
Emile Berliner用雙旋翼改造了一架
Nieuport復(fù)翼飛機(jī)，
使飛機(jī)可以稍微傾斜以控制偏航。
這架飛機(jī)可以盤旋和前飛，
但側(cè)傾控制和整體性能都很差。
法國
歐洲一直在進(jìn)行技術(shù)突破。
在法國工作的阿根廷發(fā)明家Raul Pateras Pescara
開發(fā)出共軸式雙旋翼直升機(jī)，
其雙旋翼上有四個(gè)配置翹曲機(jī)翼的雙翼片，
用于循環(huán)控制。
“2型”直升機(jī)于1922年首飛，
而于1924年首飛的改進(jìn)后“3型”飛機(jī)
創(chuàng)下738米的飛行距離記錄。
法國人Etienne Oehmichen的直升機(jī)
有四個(gè)提供升力的旋翼，
六個(gè)用于穩(wěn)定和控制飛機(jī)的推進(jìn)器，
以及另外兩個(gè)提供推力的推進(jìn)器。
該機(jī)于1922年首飛，
并于1924年完成了首次1千米的循環(huán)飛行。
Pescara“3型”直升機(jī)
具有競爭力的配置
在萊特兄弟首次飛行其 “飛行者二號”飛機(jī)，
展示穩(wěn)定和控制技術(shù)20年后，
直升機(jī)還遠(yuǎn)未形成。
第一次世界大戰(zhàn)加快了直升機(jī)的發(fā)展；
1924年，航空郵政和航空客運(yùn)服務(wù)開始形成，
道格拉斯制造的“全球巡游者”開始統(tǒng)治天空。
直升機(jī)研發(fā)人員一直在努力地研發(fā)，
以為垂直飛行提供足夠的升力，
并提供長時(shí)間飛行所需的穩(wěn)定性和控制性。
Breguet Gyroplane配有四個(gè)旋翼，
Cornu使用了縱列雙旋翼，
Berliner采用了橫向雙螺旋槳，
而Pescara則采用了共軸式雙旋翼。
荷蘭
1925年，荷蘭人Albert Gillis Von Baumhauer
開發(fā)的直升機(jī)配有一個(gè)主旋轉(zhuǎn)翼，
兩個(gè)空氣動(dòng)力控制片，
通過傾斜盤和抗扭螺旋槳進(jìn)行集中循環(huán)控制。
該飛機(jī)飛行過很多次，
但在1930年該飛機(jī)報(bào)廢。
意大利
意大利航空工程師 Corradino d'Ascanio
于1930年建造了D’AT3共軸雙旋轉(zhuǎn)翼直升機(jī)。
它使用了三個(gè)小型螺旋槳用于旋轉(zhuǎn)、
傾轉(zhuǎn)和偏航控制，
而控制片上的伺服調(diào)整片可以進(jìn)行旋翼控制，
后來的Charles Kaman也使用了這一技術(shù)。
第二次世界大戰(zhàn)之后，
D’Ascanio在為阿古斯塔設(shè)計(jì)直升機(jī)之前，
還為比亞喬設(shè)計(jì)了Vespa小型摩托車。
前蘇聯(lián)
另一個(gè)早期嘗試是
前蘇聯(lián)的中央空氣流體動(dòng)力研究院
所建造的1-EA。
該飛機(jī)于1932年首飛，
配有一個(gè)主旋轉(zhuǎn)翼，
在機(jī)頭和機(jī)尾都有小型的推進(jìn)器用于抗扭距控制。
1-EA配有兩個(gè)性能良好的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，
在1932年創(chuàng)下了非官方飛行高度紀(jì)錄，
但該飛機(jī)的控制性能依然很差。
比利時(shí)
在比利時(shí)工作的格魯吉亞工程師Nicolas Florine
設(shè)計(jì)了首架成功飛行的縱列雙旋翼直升機(jī)。
在他的設(shè)計(jì)中，兩個(gè)旋翼向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，
扭矩反作用通過反方向的旋翼槳盤抵消。
Florine的第二架直升機(jī)于1933年首飛，
創(chuàng)下飛行續(xù)航能力和飛行高度紀(jì)錄。
自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的簡潔設(shè)計(jì)
到20世紀(jì)30年代中期，直升機(jī)的發(fā)展已經(jīng)非常接近可正常操作的直升機(jī)了，但當(dāng)時(shí)另一種旋翼飛機(jī)——自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)已經(jīng)服役了將近10年。自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)利用流過自轉(zhuǎn)旋翼的空氣來使槳片旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生飛機(jī)向上的升力。
自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可以在短距離內(nèi)起飛和著陸，
但無法在空中盤旋。
然而，這依然引發(fā)了一系列的技術(shù)突破，
最終使可正常操作的直升機(jī)面世。
自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)是西班牙工程師胡安·德·拉·席爾瓦開發(fā)的，
其第四次設(shè)計(jì)的飛機(jī)C.4于1923年首飛，
而基于阿芙羅504K機(jī)身的C.4改造機(jī)在1924年首飛，
其成功致使英國機(jī)器開發(fā)和制造公司
席爾瓦旋翼機(jī)公司創(chuàng)立。
Pitcairn PCA-2
胡安·德·拉·席爾瓦的技術(shù)突破是開發(fā)了揮舞鉸。
揮舞鉸解決了前飛時(shí)旋翼面臨的基本問題：
前進(jìn)側(cè)的槳葉需要承擔(dān)旋翼速度、
氣流速度并產(chǎn)生較大的升力，
而回轉(zhuǎn)側(cè)的槳葉的旋翼速度和氣流速度慢，
產(chǎn)生的升力較小。
在早期的設(shè)計(jì)中，
這種升力的不對稱會(huì)導(dǎo)致旋翼飛機(jī)
開始前飛的一瞬間飛機(jī)不穩(wěn)定。
席爾瓦在旋翼轂設(shè)計(jì)了一個(gè)揮舞鉸，
從而使前進(jìn)槳葉可以向上揮舞，
減小其迎角和升力角，
而回轉(zhuǎn)槳葉向下?lián)]舞，
以增大升力。
揮舞鉸可以平衡旋翼，
是正常操作的直升機(jī)出現(xiàn)的關(guān)鍵要素。
1929年
哈羅德·皮特凱恩獲得了席爾瓦的旋翼機(jī)生產(chǎn)專利權(quán)，并收購了皮特凱恩-席爾瓦旋翼機(jī)公司（后成為美國旋翼機(jī)公司），開始在美國開發(fā)和生產(chǎn)自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。
1936年
在正常操作的直升機(jī)首飛的第一年，席爾瓦在一場飛機(jī)墜毀事故中喪生。
1945年
已經(jīng)生產(chǎn)了約500架自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。
直升機(jī)的到來基本結(jié)束了自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的統(tǒng)治時(shí)期。
新發(fā)展
盡管后來的自轉(zhuǎn)旋翼機(jī)增加了使旋翼在地面上自旋向上的能力，以使飛機(jī)能“跳躍”起飛，但是，奧地利Raoul Hafner的AR.III無法盤旋，那就注定了在可正常操作直升機(jī)出現(xiàn)后他們的失敗。到20世紀(jì)30年代中期，大多數(shù)飛機(jī)都可以盤旋。Hafner的AR.III于1935年實(shí)現(xiàn)首飛，該飛機(jī)設(shè)計(jì)了現(xiàn)代斜盤——將固定框架內(nèi)的控制輸入信號轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)的槳距指示的設(shè)備。
Louis Breguet設(shè)計(jì)的共軸式雙旋翼Gyroplane Laboratoire
1935年
首飛，但當(dāng)?shù)聡こ處烪einrich Focke設(shè)計(jì)的F.61在1936年6月首飛后，前者的光彩很快被后者奪去。
這架橫向雙旋翼F.61穩(wěn)定性、控制性和操作性都很好，被視為首架實(shí)用型直升機(jī)。
1937年
實(shí)現(xiàn)旋翼自轉(zhuǎn)著陸，表現(xiàn)出很高的安全性。
Focke F.61
?？恕ぐ瑥馗窭锼构倦S后生產(chǎn)了較大的橫向旋翼機(jī)Fa.223 Drache，但首個(gè)系列直升機(jī)的榮譽(yù)歸德國的Anton Flettner于1942年生產(chǎn)的Fl.282 Kolibri所有。該飛機(jī)的配置完全不同，被稱為同步雙旋翼直升機(jī)，配備了交叉式雙旋翼，F(xiàn)l.265于1939年首飛，后被凱利特和卡曼使用。
Flettner Fl.282
雖然德國領(lǐng)先，但現(xiàn)代直升機(jī)的起源被視為是伊戈?duì)枴の骺扑够腣S-300。
20世紀(jì)
西科斯基試驗(yàn)過共軸式雙旋翼直升機(jī)但沒有成功，后轉(zhuǎn)而設(shè)計(jì)大型固定翼飛機(jī)，先是在俄羅斯。
1919年
移民美國后在美國進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1940年
5月首飛。
1941年
12月開始以最終配置飛行：配備周期變距操縱桿的主旋轉(zhuǎn)翼和水平尾螺旋槳。
現(xiàn)代直升機(jī)由此誕生。
西科斯基 VS-300
之后直升機(jī)實(shí)現(xiàn)了快速的發(fā)展。
VS-300之后西科斯基很快制造了R-4，
這是首架大量生產(chǎn)的直升機(jī)（建造了131架），
首架R-4于1942年開始在美國軍方服役。
1943年，Arthur Young建造了一架兩槳旋翼機(jī)，
并配備用作機(jī)械陀螺儀的穩(wěn)定桿，
可以控制旋翼并穩(wěn)定直升機(jī)。
在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了貝爾47，
該飛機(jī)于1946年成為通過民航認(rèn)證的首架飛機(jī)。
行業(yè)的誕生
第二架在美國飛行的直升機(jī)是皮亞塞茨基于1942年制造的單一旋轉(zhuǎn)翼直升機(jī)PV-2，但他是因?yàn)榻ㄔ炝穗p旋翼縱列式運(yùn)輸直升機(jī)而聲名鵲起，包括HRP Rescuer運(yùn)輸直升機(jī)以及隨后的波音CH-47“支努干”(Chinook) 運(yùn)輸直升機(jī) ，后者在55年后仍在生產(chǎn)?？?947年制造出交叉式雙旋翼直升機(jī)K-125，該飛機(jī)是如今的K-MAX的先驅(qū)。Stanley Hiller開發(fā)了一個(gè)控制系統(tǒng)，以使直升機(jī)便于飛行，由此產(chǎn)生了1948年的UH-12。
皮亞塞茨基 HRP
前蘇聯(lián)卡里莫夫的首架直升機(jī)卡-8于1947年首飛，
它采用了設(shè)計(jì)局標(biāo)志性的共軸式旋翼。
1948年首飛。
如今，相關(guān)的兩個(gè)設(shè)計(jì)局已經(jīng)納入俄羅斯直升機(jī)公司。
在戰(zhàn)后的歐洲，
法國的飛機(jī)制造商開始進(jìn)行直升機(jī)開發(fā)，
法國國營西南飛機(jī)制造公司。
1949年
飛行了SO1100 Ariel I，該機(jī)的旋翼采用了翼尖噴氣技術(shù)。
1950年
試飛行了SE3110，后來產(chǎn)生了云雀公司。
這兩個(gè)公司后合并形成南方飛機(jī)制造公司 (Sud Aviation)，后又發(fā)展成法國宇航公司 (Aerospatiale)。
1992年
并入德國的MBB組建的歐洲直升機(jī)公司 (Eurocopter)，現(xiàn)為空客直升機(jī)公司 (Airbus Helicopters)。
在英國，席爾瓦和哈夫納開始發(fā)展戰(zhàn)后旋翼飛機(jī)產(chǎn)業(yè)，
涵蓋了布里斯托、費(fèi)爾雷、
Saunders-Roe和韋斯特蘭多家公司，
后這些公司于1960年合并成為韋斯特蘭公司，
不久后英國建立了獲得政府許可的
西科斯基直升機(jī)公司。
（2000年，韋斯特蘭與意大利的阿古斯塔公司
該公司于1952年制造貝爾直升機(jī)進(jìn)入直升機(jī)行業(yè)）
合并成立了阿古斯塔·韋斯特蘭公司，
現(xiàn)為萊昂納多-芬梅卡尼卡
(Leonardo-Finmeccanica) 的直升機(jī)部門。
更大、更快…
直升機(jī)的能力在第二次世界大戰(zhàn)之后得到快速提升，這主要得益于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的功率質(zhì)量比高于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。
首架渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的直升機(jī)為
1951年首飛的卡曼XHTK-1，
該直升機(jī)配備了波音502渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。
經(jīng)過改裝的HTK-1是首架雙渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)直升機(jī)，
該飛機(jī)于1954年首飛。
（HTK-1還是首架電驅(qū)動(dòng)無人直升機(jī)）。
但首架投入生產(chǎn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)直升機(jī)是法國南方飛機(jī)航空公司的 “云雀” II直升機(jī)，該飛機(jī)采用了透博梅卡“阿都斯特”發(fā)動(dòng)機(jī)，于1955年首飛，它快速打破了直升機(jī)以往的高度紀(jì)錄，并完成了兩次高空救援。美國首架投入生產(chǎn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)直升機(jī)為貝爾204，該飛機(jī)一般被稱為UH-1“休伊”(Huey)。
隨著直升機(jī)的性能不斷提高，直升機(jī)的尺寸也在擴(kuò)大。1961年首飛的縱列雙旋翼直升機(jī)CH-47A “支努干”的最大起飛重量達(dá)到15噸，有效載荷4.5噸。
如今的CH-47F 的起飛重量達(dá)到22.68噸，
有效載荷10.8噸。
西科斯基的單旋翼直升機(jī)CH-53A起飛重量15.8噸，
但在1968年以23.5噸的起飛重量
創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)的歷史紀(jì)錄，
包括12.9噸的有效載荷紀(jì)錄。
米里制造的最大的直升機(jī)
橫向雙旋翼機(jī)V-12于1968年首飛，
其最大起飛重量為100噸，
有效載荷40噸。
這架四發(fā)直升機(jī)具有
與安-22運(yùn)輸機(jī)同等尺寸的貨艙，
可以快速地部署戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈。
V-12從未投入生產(chǎn)，
因此相比而言，
米里的米-26是投入量產(chǎn)的最大的直升機(jī)，
該飛機(jī)于1977年首飛，
起飛重量56噸，
有效載荷20噸。
但沒有更快…
雖然自西科斯基推出現(xiàn)代直升機(jī)后75年內(nèi)直升機(jī)的大部分性能已經(jīng)得到提升，但速度并沒有發(fā)生很大的改變。傳統(tǒng)直升機(jī)的速度是300千米/時(shí)。由于回轉(zhuǎn)槳葉失速，而前進(jìn)槳葉超聲速，旋翼無法促使直升機(jī)以更快的速度飛行。
但當(dāng)時(shí)，人們?yōu)樘岣咧鄙龣C(jī)的速度進(jìn)行了很多嘗試，其中一些大大提高了直升機(jī)的速度，其中一個(gè)方法是增加提供升力的機(jī)翼以及提供推力的推進(jìn)器。這使得旋翼無需同時(shí)提供升力和推力，并延遲回轉(zhuǎn)槳葉失速，以使飛機(jī)的飛行速度更快。
貝爾533
貝爾533高性能直升機(jī)是較早的“休伊”原型機(jī)，
該飛機(jī)配置了一個(gè)機(jī)翼及兩個(gè)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。
該飛機(jī)受安裝在短翼翼尖的
一對1500千克推力的普惠J60發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，
在1962年速度達(dá)到了508.6千米/時(shí)。
同年為測試剛接式無鉸旋翼而設(shè)計(jì)的
洛克希德XH-51速度為487.1千米/，
該飛機(jī)配備了一個(gè)機(jī)翼
和一個(gè)1134千克推力的J60發(fā)動(dòng)機(jī)。
XH-51
XH-51發(fā)展出了美國空軍的
洛克希德AH-56 Cheyenne武裝直升機(jī)。
該飛機(jī)于1967年首飛，速度為392.6千米/時(shí)，
配備了一個(gè)機(jī)翼以及一個(gè)3935軸馬力的
通用電氣T64渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，
為剛接式旋翼和尾翼上的推式螺旋槳提供動(dòng)力。
Cheyenne后被取消，
并被傳統(tǒng)的AH-64 “阿帕奇”取代。
Lockheed AH-56
再次嘗試
空客在2013年在其試驗(yàn)性的X3達(dá)到487千米/時(shí)后重新開始了混合直升機(jī)的開發(fā)。該改造飛機(jī)將依據(jù)歐洲潔凈天空研究項(xiàng)目的LifeRCraft技術(shù)驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃于2019年首飛。LifeRCraft預(yù)計(jì)將在21世紀(jì)20年代中期實(shí)現(xiàn)高速直升機(jī)的生產(chǎn)。
XH-59A
另外兩個(gè)高速旋翼直升機(jī)的研究項(xiàng)目已經(jīng)成熟。
一個(gè)是西科斯基 XH-59A的先進(jìn)槳葉概念。
該飛機(jī)在1973年速度已經(jīng)達(dá)到了487千米/時(shí)。
它雖然很快，但噪聲很大，不穩(wěn)定，飛行操作復(fù)雜，
需要兩名飛行員控制四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)：
兩個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)為共軸剛接式旋翼提供動(dòng)力，
兩個(gè)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)提供推力。
2008年
西科斯基重新使用了該概念，將其用于最新的槳葉和機(jī)身結(jié)構(gòu)上，并彌補(bǔ)XH-51的飛行控制和穩(wěn)定性缺陷。
2010年
其小型X2技術(shù)驗(yàn)證機(jī)速度達(dá)到481.5千米/時(shí)。西科斯基現(xiàn)正對444.5千米/時(shí)的S-97 Raider輕型戰(zhàn)術(shù)直升機(jī)進(jìn)行飛行測試，其與波音為美國軍方建造的463千米/時(shí)SB-1 Defiant中等升力驗(yàn)證機(jī)。
2017年
將首飛。
西科斯基 S-97
另一個(gè)研究項(xiàng)目是傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。
首架傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)是1954年的
Transcendental 1-G，
但它并沒有進(jìn)行翼載飛行。
相反，1955年首飛的貝爾XV-3
首次成功進(jìn)行了直升機(jī)和飛機(jī)模式的切換，
這使得1977年首飛的
貝爾XV-15取得了非常大的成功，
該飛機(jī)達(dá)到了555.6千米/時(shí)的速度，
也為500千米/時(shí)的貝爾波音V-22 “魚鷹”提供了基礎(chǔ)。
V-22于2007年首飛，
是首架服役的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。
貝爾XV-15
貝爾于1998年開始了民用傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的開發(fā)，
后于2011年被阿古斯塔取代。
在經(jīng)歷開發(fā)延遲及面臨的重重困難后，
AW609計(jì)劃將于2018年獲得認(rèn)證。
同時(shí)，貝爾還在建造其下一代傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，
即為美國軍方開發(fā)的518.56千米/時(shí)的
V-280 Valor中等升力驗(yàn)證機(jī)，
該飛機(jī)計(jì)劃于2017年首飛。
雖然無法輕易決定購買一架高速旋翼直升機(jī)
包括復(fù)合直升機(jī)、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)或一些其他的配置
但自從西科斯基飛行其VS-300起，
人們已經(jīng)看到直升機(jī)在過去75年的性能、
技術(shù)發(fā)展情況，
未來直升機(jī)也將會(huì)在速度和航程上有大幅度提升。
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