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導語
在萊特兄弟發(fā)明可以受控、持續(xù)飛行的固定翼飛機后，人們就一直在嘗試開發(fā)制造直升機。在固定翼飛機出現(xiàn)后30年，才出現(xiàn)首架可正常操作的直升機。直升機開發(fā)出來之后，其概念迅速被人們所接受，10年之內(nèi)直升機就投入了軍事和商業(yè)服務(wù)。
直升機可以在較小的空間內(nèi)起飛和著陸，
并以低速盤旋和移動，
在現(xiàn)代生活中已經(jīng)不可或缺。
但之前的開創(chuàng)者
可能會對直升機有限的使用范圍感到失望，
因為直升機存在速度和航程限制
以及安全和噪聲問題。
幾十年來，人們對這些問題進行了無數(shù)的研究，
最近已經(jīng)取得了真正的進展。
最早的垂直飛行嘗試
自20世紀第一個十年起，歐洲一直是旋翼機發(fā)明地。1907年，法國實現(xiàn)了兩次標志性的飛行，9月，由Jacques和Louis Breguet兄弟制造的“旋翼機1號”四旋翼直升機使飛行員飛上2英尺（約61厘米）的空中，并停留了一分鐘。但該飛機飛行不穩(wěn)定，而且不受控制，是由地面上的四個人將飛機穩(wěn)定住，因此，此次飛行被視為直升機的首次載人吊飛。11月，Paul Cornus的縱列雙旋翼直升機使飛行員在1英尺（約30.5厘米）的空中停留了20秒。
Cornus 1907直升機
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
為美國軍隊建造了一架試驗性四旋翼直升機。
這架H1直升機于1922年12月首飛，
而且還搭載了乘客，
但它的設(shè)計很復(fù)雜，難以控制，之后被廢棄。
同年，德國移民同時也是黑膠唱片的發(fā)明者
Emile Berliner用雙旋翼改造了一架
Nieuport復(fù)翼飛機，
使飛機可以稍微傾斜以控制偏航。
這架飛機可以盤旋和前飛，
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，
其雙旋翼上有四個配置翹曲機翼的雙翼片，
用于循環(huán)控制。
“2型”直升機于1922年首飛，
而于1924年首飛的改進后“3型”飛機
創(chuàng)下738米的飛行距離記錄。
法國人Etienne Oehmichen的直升機
有四個提供升力的旋翼，
六個用于穩(wěn)定和控制飛機的推進器，
以及另外兩個提供推力的推進器。
該機于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
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，
展示穩(wěn)定和控制技術(shù)20年后，
直升機還遠未形成。
第一次世界大戰(zhàn)加快了直升機的發(fā)展；
1924年，航空郵政和航空客運服務(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，
并提供長時間飛行所需的穩(wěn)定性和控制性。
Breguet Gyroplane配有四個旋翼，
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)的直升機配有一個主旋轉(zhuǎn)翼，
兩個空氣動力控制片，
通過傾斜盤和抗扭螺旋槳進行集中循環(huán)控制。
該飛機飛行過很多次，
但在1930年該飛機報廢。
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。
它使用了三個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)計直升機之前，
還為比亞喬設(shè)計了Vespa小型摩托車。
前蘇聯(lián)
另一個早期嘗試是
前蘇聯(lián)的中央空氣流體動力研究院
所建造的1-EA。
該飛機于1932年首飛，
配有一個主旋轉(zhuǎn)翼，
在機頭和機尾都有小型的推進器用于抗扭距控制。
1-EA配有兩個性能良好的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，
在1932年創(chuàng)下了非官方飛行高度紀錄，
但該飛機的控制性能依然很差。
比利時
在比利時工作的格魯吉亞工程師Nicolas Florine
設(shè)計了首架成功飛行的縱列雙旋翼直升機。
在他的設(shè)計中，兩個旋翼向同一個方向旋轉(zhuǎn)，
扭矩反作用通過反方向的旋翼槳盤抵消。
Florine的第二架直升機于1933年首飛，
創(chuàng)下飛行續(xù)航能力和飛行高度紀錄。
自轉(zhuǎn)旋翼機的簡潔設(shè)計
到20世紀30年代中期，直升機的發(fā)展已經(jīng)非常接近可正常操作的直升機了，但當時另一種旋翼飛機——自轉(zhuǎn)旋翼機已經(jīng)服役了將近10年。自轉(zhuǎn)旋翼機利用流過自轉(zhuǎn)旋翼的空氣來使槳片旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生飛機向上的升力。
自轉(zhuǎn)旋翼機可以在短距離內(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面世。
自轉(zhuǎn)旋翼機是西班牙工程師胡安·德·拉·席爾瓦開發(fā)的，
其第四次設(shè)計的飛機C.4于1923年首飛，
而基于阿芙羅504K機身的C.4改造機在1924年首飛，
其成功致使英國機器開發(fā)和制造公司
席爾瓦旋翼機公司創(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旋翼面臨的基本問題：
前進側(cè)的槳葉需要承擔旋翼速度、
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)計中，
這種升力的不對稱會導致旋翼飛機
開始前飛的一瞬間飛機不穩(wěn)定。
席爾瓦在旋翼轂設(shè)計了一個揮舞鉸，
從而使前進槳葉可以向上揮舞，
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生產(chǎn)專利權(quán)，并收購了皮特凱恩-席爾瓦旋翼機公司（后成為美國旋翼機公司），開始在美國開發(fā)和生產(chǎn)自轉(zhuǎn)旋翼機。
1936年
在正常操作的直升機首飛的第一年，席爾瓦在一場飛機墜毀事故中喪生。
1945年
已經(jīng)生產(chǎn)了約500架自轉(zhuǎn)旋翼機。
直升機的到來基本結(jié)束了自轉(zhuǎn)旋翼機的統(tǒng)治時期。
新發(fā)展
盡管后來的自轉(zhuǎn)旋翼機增加了使旋翼在地面上自旋向上的能力，以使飛機能“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出現(xiàn)后他們的失敗。到20世紀30年代中期，大多數(shù)飛機都可以盤旋。Hafner的AR.III于1935年實現(xiàn)首飛，該飛機設(shè)計了現(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)計的共軸式雙旋翼Gyroplane Laboratoire
1935年
首飛，但當?shù)聡こ處烪einrich Focke設(shè)計的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，被視為首架實用型直升機。
1937年
實現(xiàn)旋翼自轉(zhuǎn)著陸，表現(xiàn)出很高的安全性。
Focke F.61
福克·艾徹格里斯公司隨后生產(chǎn)了較大的橫向旋翼機Fa.223 Drache，但首個系列直升機的榮譽歸德國的Anton Flettner于1942年生產(chǎn)的Fl.282 Kolibri所有。該飛機的配置完全不同，被稱為同步雙旋翼直升機，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)代直升機的起源被視為是伊戈爾·西科斯基的VS-300。
20世紀
西科斯基試驗過共軸式雙旋翼直升機但沒有成功，后轉(zhuǎn)而設(shè)計大型固定翼飛機，先是在俄羅斯。
1919年
移民美國后在美國進行設(shè)計。
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)代直升機由此誕生。
西科斯基 VS-300
之后直升機實現(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（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，
并配備用作機械陀螺儀的穩(wěn)定桿，
可以控制旋翼并穩(wěn)定直升機。
在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了貝爾47，
該飛機于1946年成為通過民航認證的首架飛機。
行業(yè)的誕生
第二架在美國飛行的直升機是皮亞塞茨基于1942年制造的單一旋轉(zhuǎn)翼直升機PV-2，但他是因為建造了雙旋翼縱列式運輸直升機而聲名鵲起，包括HRP Rescuer運輸直升機以及隨后的波音CH-47“支努干”(Chinook) 運輸直升機 ，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K-125，該飛機是如今的K-MAX的先驅(qū)。Stanley Hiller開發(fā)了一個控制系統(tǒng)，以使直升機便于飛行，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卡-8于1947年首飛，
它采用了設(shè)計局標志性的共軸式旋翼。
1948年首飛。
如今，相關(guān)的兩個設(shè)計局已經(jīng)納入俄羅斯直升機公司。
在戰(zhàn)后的歐洲，
法國的飛機制造商開始進行直升機開發(fā)，
法國國營西南飛機制造公司。
1949年
飛行了SO1100 Ariel I，該機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。
這兩個公司后合并形成南方飛機制造公司 (Sud Aviation)，后又發(fā)展成法國宇航公司 (Aerospatiale)。
1992年
并入德國的MBB組建的歐洲直升機公司 (Eurocopter)，現(xiàn)為空客直升機公司 (Airbus Helicopters)。
在英國，席爾瓦和哈夫納開始發(fā)展戰(zhàn)后旋翼飛機產(chǎn)業(yè)，
涵蓋了布里斯托、費爾雷、
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年制造貝爾直升機進入直升機行業(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) 的直升機部門。
更大、更快…
直升機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)動機的功率質(zhì)量比高于活塞發(fā)動機。
首架渦輪發(fā)動機驅(qū)動的直升機為
1951年首飛的卡曼XHTK-1，
該直升機配備了波音502渦輪軸發(fā)動機。
經(jīng)過改裝的HTK-1是首架雙渦輪發(fā)動機直升機，
該飛機于1954年首飛。
（HTK-1還是首架電驅(qū)動無人直升機）。
但首架投入生產(chǎn)的渦輪發(fā)動機直升機是法國南方飛機航空公司的 “云雀” II直升機，該飛機采用了透博梅卡“阿都斯特”發(fā)動機，于1955年首飛，它快速打破了直升機以往的高度紀錄，并完成了兩次高空救援。美國首架投入生產(chǎn)的渦輪發(fā)動機直升機為貝爾204，該飛機一般被稱為UH-1“休伊”(Huey)。
隨著直升機的性能不斷提高，直升機的尺寸也在擴大。1961年首飛的縱列雙旋翼直升機CH-47A “支努干”的最大起飛重量達到15噸，有效載荷4.5噸。
如今的CH-47F 的起飛重量達到22.68噸，
有效載荷10.8噸。
西科斯基的單旋翼直升機CH-53A起飛重量15.8噸，
但在1968年以23.5噸的起飛重量
創(chuàng)下了當時的歷史紀錄，
包括12.9噸的有效載荷紀錄。
米里制造的最大的直升機
橫向雙旋翼機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)直升機具有
與安-22運輸機同等尺寸的貨艙，
可以快速地部署戰(zhàn)略彈道導彈。
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，
該飛機于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)代直升機后75年內(nèi)直升機的大部分性能已經(jīng)得到提升，但速度并沒有發(fā)生很大的改變。傳統(tǒng)直升機的速度是300千米/時。由于回轉(zhuǎn)槳葉失速，而前進槳葉超聲速，旋翼無法促使直升機以更快的速度飛行。
但當時，人們?yōu)樘岣咧鄙龣C的速度進行了很多嘗試，其中一些大大提高了直升機的速度，其中一個方法是增加提供升力的機翼以及提供推力的推進器。這使得旋翼無需同時提供升力和推力，并延遲回轉(zhuǎn)槳葉失速，以使飛機的飛行速度更快。
貝爾533
貝爾533高性能直升機是較早的“休伊”原型機，
該飛機配置了一個機翼及兩個噴氣式發(fā)動機。
該飛機受安裝在短翼翼尖的
一對1500千克推力的普惠J60發(fā)動機驅(qū)動，
在1962年速度達到了508.6千米/時。
同年為測試剛接式無鉸旋翼而設(shè)計的
洛克希德XH-51速度為487.1千米/，
該飛機配備了一個機翼
和一個1134千克推力的J60發(fā)動機。
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。
該飛機于1967年首飛，速度為392.6千米/時，
配備了一個機翼以及一個3935軸馬力的
通用電氣T64渦輪軸發(fā)動機，
為剛接式旋翼和尾翼上的推式螺旋槳提供動力。
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年在其試驗性的X3達到487千米/時后重新開始了混合直升機的開發(fā)。該改造飛機將依據(jù)歐洲潔凈天空研究項目的LifeRCraft技術(shù)驗證機計劃于2019年首飛。LifeRCraft預(yù)計將在21世紀20年代中期實現(xiàn)高速直升機的生產(chǎn)。
XH-59A
另外兩個高速旋翼直升機的研究項目已經(jīng)成熟。
一個是西科斯基 XH-59A的先進槳葉概念。
該飛機在1973年速度已經(jīng)達到了487千米/時。
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發(fā)動機：
兩個渦輪軸發(fā)動機為共軸剛接式旋翼提供動力，
兩個渦輪噴氣發(fā)動機提供推力。
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身結(jié)構(gòu)上，并彌補XH-51的飛行控制和穩(wěn)定性缺陷。
2010年
其小型X2技術(shù)驗證機速度達到481.5千米/時。西科斯基現(xiàn)正對444.5千米/時的S-97 Raider輕型戰(zhàn)術(shù)直升機進行飛行測試，其與波音為美國軍方建造的463千米/時SB-1 Defiant中等升力驗證機。
2017年
將首飛。
西科斯基 S-97
另一個研究項目是傾轉(zhuǎn)旋翼機。
首架傾轉(zhuǎn)旋翼機是1954年的
Transcendental 1-G，
但它并沒有進行翼載飛行。
相反，1955年首飛的貝爾XV-3
首次成功進行了直升機和飛機模式的切換，
這使得1977年首飛的
貝爾XV-15取得了非常大的成功，
該飛機達到了555.6千米/時的速度，
也為500千米/時的貝爾波音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。
貝爾XV-15
貝爾于1998年開始了民用傾轉(zhuǎn)旋翼機的開發(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計劃將于2018年獲得認證。
同時，貝爾還在建造其下一代傾轉(zhuǎn)旋翼機，
即為美國軍方開發(fā)的518.56千米/時的
V-280 Valor中等升力驗證機，
該飛機計劃于2017年首飛。
雖然無法輕易決定購買一架高速旋翼直升機
包括復(fù)合直升機、傾轉(zhuǎn)旋翼機或一些其他的配置
但自從西科斯基飛行其VS-300起，
人們已經(jīng)看到直升機在過去75年的性能、
技術(shù)發(fā)展情況，
未來直升機也將會在速度和航程上有大幅度提升。
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