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人类从未停止对梦想的追求

第一次世界大战结束时,一位名叫马奎斯·皮斯卡拉的阿根廷工程师,建造了一架十分独特的直升机。该机包含两个直径达6.4米的转向相反的共轴旋转翼,旋翼采用上下两个平面,其中一个平面设定四块翼片。

这架直升机经过多次修改、设计、试飞后,配备180马力的发动机,于1923年底飞行了近800米,这个距离打破了当时有飞行距离记录以来的全球最长纪录。

而马奎斯·皮斯卡拉本人也成为第一位通过扭转翼片的方法,有效控制旋转翼循环倾角,并确保直升机获得自动旋转降落能力的人。

还是在固定翼飞机出现的时候,人们普遍认为直升机只能跟飞机一样,在引擎运转时才能正常飞行,引擎一停直升机就会像飞机那样坠落。而马奎斯·皮斯卡拉的设计彻底打破了这一定论。他认为,在没有引擎推动的情况下,如果将翼片倾角降低至较小角度,即可使旋转翼如风车一般继续旋转,而当直升机下降至一定程度时,只要合理增加翼片倾角,就会产生巨大的升力,其作用就有如刹车一样降低直升机的下降速度。

早期直升机

萌芽阶段,类似上述的探索还有很多:

1.路易斯·布伦南

1934年以前,受材料、设计理念等因素的制约,直升机的发展一直没有大的起色,但是在此期间不少设计师也曾锲而不舍地在直升机开发、制造中投入精力。如英国的路易斯·布伦南就于1924—1925年间,建造过一款在旋转翼自由端装配螺旋桨,并以螺旋桨的推力来转动旋转翼的直升机。

2.冯·鲍姆豪尔

1924—1929年间,荷兰的冯·鲍姆豪尔也开发过一款双翼片直径达15米的主旋转翼直升机。该机配置200马力的转子引擎,同时以另一个80马力转子引擎带动垂直尾旋转翼,以平衡主旋转翼所产生的扭力。而主旋转翼装有扑动插销可保证翼片上下翻转,同时它还通过一根缆线连接两个翼片,形成有名的翘板式旋转翼。

这种独特的翘板式旋转翼有一定的好处,可以在一个翼片上升的情况下,让另一翼片下降。这一型号的旋转翼通常使用在双翼片旋转翼上。另外,这种独特的翘板式旋转翼的两个翼片也可以单一扑动插销的方式连接于转轴上,只是,如果用于多翼片旋转翼时,称之为吊架式旋转翼。这个设计后来成为一项发明,获得英国、法国两国的专利权保护。

翘板式的旋转翼

3.克拉迪诺·德阿斯·卡尼奥

1930年,意大利的克拉迪诺·德阿斯·卡尼奥建造出一架同轴双旋转翼直升机。该旋转翼为双翼片,直径13米,由95马力的引擎带动;翼片装有扑动插销及翼片倾角转动铰链。另外他利用翼片尾端的控制片,来改变翼切面外形,进而通过空气动力的特性来达到对翼片集合倾角及循环倾角的控制,而控制片则由飞行员利用缆线及滑轮来操控。水平飞行时,控制片则做周期性运动。垂直飞行时,控制片同时移动以增加或减小翼片的倾角,以提高直升机的升力。该机的飞行高度达18米、飞行时间8分45秒、距离1078米,这项纪录保持了好几年。

4.布洛克尔

1926—1930年间,美国的设计师布洛克尔同样建造了一架由四片类似机翼组成的旋转翼直升机。为克服扭力问题,他给每个机翼都装上了螺旋桨,全部机翼则绕旋转翼的主轴自由转动。动力则通过齿轮和链条,由一个装在机身下方的420马力发动机组成,而控制系统由机翼上附加的空气动力板及机身尾舵的移动来完成。经过无数次的测试,最终因振动和太不稳定等问题只好放弃。

5.赫尔森·卡恩

1926年,赫尔森·卡恩又建造了一架具有两个旋转机翼的直升机,该机翼展达6.5米,整个机翼面积近20平方米。为保证机翼绕着轴毂旋转,他在每个机翼中间都安装了螺旋桨并由一台75马力的引擎带动。然而,这架直升机在试飞时也是由于离心力和回转力问题没能解决而作罢。

6.伊斯科

1929年,英国人伊斯科在吸取赫尔森·卡恩经验的基础上虽采用了类似的设计,但他却在两翼又各配置了一个32马力的引擎,以推动装置于翼端的螺旋桨,该机由两机翼组成的旋转翼直径达到12.5米。另外他还于机鼻部分加装了一个引擎和螺旋桨,以增加水平推力。然而,由于安置于翼端的引擎在机翼旋转时承受了太大的离心力,加之供油及润滑十分困难,所以这样的设计还没付诸行动就夭折了。

7.奥斯卡·德

就在伊斯科不遗余力地设计上述机型的同时,即1928—1930年间,匈牙利的奥斯卡·德也制造了一架旋转翼直径为4.3米的共轴双旋翼直升机。该机由一台130马力引擎带动,翼片由柔性木质材料制成。飞行员则主要是通过操纵杆和脚踏板控制装于机身的六片绕水平轴回转的反射板来稳定飞行,反射板的作用在于反射旋转翼旋转时所造成的下洗流(旋翼下洗流:指直升机处于悬停状态时,旋翼转动使气流从旋翼上面流到旋翼下面而产生诱导速度)保持稳定。

为增加速度,奥斯卡·德进一步在机身加装了水平螺旋桨推进器。飞机制造完成后,他立即进行了试飞,结果发现,此机在晴朗无风的天气条件下还算稳定,可是一旦天气发生变化,它便成为一匹脱缰的野马,操控困难,再加上各控制系统反应缓慢,根本不适合飞行。后来经过驻厂检测,才发现该机的旋转翼受力达到了每平方米34千克,这直接造成了它的下洗气流速率过载,从而影响到飞行。

1928年苏俄气动力与水动力研究中心的H.萨宾、1930—1933年间比利时的N.弗洛伦等,他们所设计、制造的双旋翼直升机先后创造了13分和9分58秒的新的飞行纪录,尤其是前者,其飞行高度和距离分别达到了40米和700米。

事实上,同一时期还有不少直升机的设计师,都在这项工作中投入了巨大精力。 Ze375B3OizdEJPvOSPDIrZEGCyChmbDYjcUb6SRw4sPKPX/GU4gOhWTSrSNqlStq

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