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通过关键性技术解读直升机如何划代?

来源:科普中国
发布时间:2021-03-11
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       在过去80年的时间里,直升机的性能发生了质的飞跃,在这些性能的背后,是技术实现方式和工作原理的变化。比如旋翼能够适应更大转速和空气阻力,并不仅仅因为旋翼自身结构的优化设计,而是旋翼材料从木质变成了复合材料。复合材料桨叶的应用,不仅显著改善了直升机的气动性能,而且使直升机的适用性更佳,维护大为简化,而最大的优势是复合材料桨叶比木质材料桨叶表现出更好的疲劳性能,与寿命几百小时的木质桨叶相比,复合材料桨叶的寿命能够达到上万小时甚至无限寿命。

  通过关键性技术解读直升机如何划代?

   早期直升机桨叶侧面剖视结构:1.前缘包皮;2、3.Z形梁;4.大梁;5.蒙皮;6.泡沫塑料;7.蒙皮;8.后缘条 

  与桨叶依靠新技术提升性能的实现方式相同的还有机身设计制造、动力传动等关键技术的更迭,根据这些新技术运用的不同时间和型号,从20世纪30年代以来的直升机大致可分为4代:

  通过关键性技术解读直升机如何划代? 

    图注:直5直升机是第一代直升机的代表型号之一 

  第一代直升机的发展时间一般为20世纪30年代至60年代,其主要技术特征是:安装活塞式发动机,震动和噪声比较大;金属、木质混合式旋翼桨叶;机体为由钢管焊接成的桁架式或铝合金半硬壳式结构;装有简易的仪表和电子设备。第一代直升机最大平飞速度约200千米、小时,代表机型如苏联的米-4等直升机。

  第二代直升机的发展时间为60年代以后,世界各主要航空技术强国发展了第二代直升机。主要技术特征是:动力系统由往复式活塞发动机更换为转速更高、稳定性更好、寿命更长的涡轮轴式发动机;由于发动机转速的提升,旋翼原有的木质桨叶难以承受更大的空气阻力,所以木质桨叶被更换为全金属桨叶。机体仍然采用支架配铝合金蒙皮的制造工艺,这被称之为半硬壳式结构;与第一代直升机不同的是,第二代直升机开始采用最初的集成微电子设备,对于一些飞行数据的显示更加精确。代表机型有米-8、“超黄蜂”等直升机。

  第三代直升机的发展时间从70年代开始,是第三代直升机发展时期。第三代直升机的主要技术特征是:由于固定翼战斗机采用的涡扇发动机技术不断成熟,涡轴发动机也得到了相应的改进,发动机热效能得到进一步提高。由于第三代直升机中出现了专门用于攻击地面的武装直升机,所以第三代直升机的机动性能与第二代直升机相比,已经出现了质的飞跃。为了实现更高的机动性,复合材料制造的桨叶被要求具有更强的弹性,于是采用了全新的制造工艺。直升机的桨叶不再是车工或轧制的产品,而是像裱糊工艺,将巨大的复合材料薄膜一层一层地贴上去,与桨叶一样,第三代直升机的很多制作工艺已经较第二代直升机发生了质的变化。代表型号有“海豚”、“山猫”、“黑鹰”、“阿帕奇”等直升机。

  通过关键性技术解读直升机如何划代? 

    图注:科曼奇项目虽然最后下马,但为我们探索并提供了21世纪中叶前军用直升机的发展思路。 

  第四代直升机于90年代诞生,其主要技术特征是采用了热效比更高的涡轴发动机,发动机风扇的材料也得到了升级,机身复合材料的应用比例进一步加大,操纵系统从原来的连杆式液压助力操控,变成了电传动操控,飞行员只需对飞机发出各种目的性指令,而在完成动作时的各种细节动作处理,由计算机根据周围环境感知数据自主判断完成,这样使飞行员的培养训练变得越来越简单,四代直升机的代表型号有“科曼奇”、NH-90、卡-52等直升机。

  通过关键性技术解读直升机如何划代? 

  根据对于近年来技术发展趋势的分析,未来20年内,新研制直升机的战技指标与现有第四代直升机相差不大,主要变化是很多先进部件采用的技术逐渐从成长期向辐射期转变,以前昂贵的材料和设备变得越来越成熟廉价,这也将导致先进直升机能够被大量生产,运用在更多领域。

  刘晓峰:装备专家,长期从事武器装备论证、预研制工作,主持军工企业省部级重点项目1项,为国防装备建设提供决策性重要参考1项,参与新一代装备关重件试制工作2项,为装备研制和使用部门提供重要建设性改进意见并得到采纳2项,拥有行业内著作1部,在《坦克装甲车辆理事会论文集》发表装备发展规划论文1篇。 

  出品:科普中国 

  作者:刘晓峰 

  策划:金赫 

  监制:光明网科普事业部 

知识点问答
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从20世纪30年代以来的直升机大致可分为()代。
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