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飞机诞生之后，人类实现了稳定、可控和持续的空气动力飞行，以此为标志，人类社会全面进入了航空时代。飞机，为人们带来了诸多便利，但是人们还是感觉到有一个问题，这就是飞机的起飞和降落离不开机场，在远离机场的地方人们还是享受不到空中出行带来的便利，而且飞机在空中飞行必须保持较高的前进速度，既不能空中悬停，更不可能随意后退和左右横移。于是，人们希望能够有一种不依赖于机场的飞机，这种飞机在很多地方都能够拔地而起，在空中既可以随意悬停、也可以任意移动，这样人们就可以更多、更自由、更灵活地享受空中飞行带来的种种便利。

梦想，是创新的开始；航空，是创新的大舞台。几十年后，1930年代，直升机诞生了，基本满足了人们自由、灵活出行的需求。其实，在这之前好几百年，远在十五世纪，人类就开始了对直升机的梦想，最早的直升机构想可以追溯到达•芬奇（1452-1519）。如果再往前追溯，就可以追溯到中国人发明的竹蜻蜓。对于这段历史，《简明不列颠百科全书》中有这样一段描述：“直升机是人类最早的飞行设想之一，多年来人们一直相信最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叫做‘中国螺旋’的直升机玩具。”

3.1竹蜻蜓的由来

竹蜻蜓是中国人发明的，这一点早就已为世人所公认。外国人将其称为中国螺旋（Chinese Top或China Top）,就表明了这一点。

然而，竹蜻蜓是什么时候发明的，却众说纷纭，莫衷一是。流传较广的有三种说法：一是公元前500年之说，认为中国人是从对大自然中蜻蜓飞行的观察中受到启发，于公元前500多年制成了竹蜻蜓；二是公元前400年之说，认为中国人于公元前400多年发明了竹蜻蜓；三是葛洪说，认为竹蜻蜓的最早记载出现于晋朝(公元 265—公元 420)葛洪(公元283—公元363)所著的《抱朴子·内篇》，内有“或用枣心木为飞车，以牛革结环剑以引其机……上升四十里，名为太清……”，其中“飞车”即为“竹蜻蜓”。

其实，这些说法都不经推敲。对于前两种说法，可以从词源与飞行原理上予以否定。首先，在逻辑上必定是先有“蜻蜓”一词，再有“竹蜻蜓”一词。据李鹏等学者在“中文蜻蜓常用名称考（昆虫知识，2005，42(4)：475-478）”一文中考证，我国有关蜻蜓目昆虫的最早记载是《尔雅》(公元前5世纪到公元前2世纪之间)；“蜻蜓”一词则最早出现于东汉(公元25年-公元220年)末年高诱对《吕氏春秋》的注解中：“蜻：蜻蜓，小虫，细腰，四翅，一名白宿。”由此看来，“竹蜻蜓起源于公元前400或500多年”之说极有可能是张冠李戴、移花接木，把“蜻蜓目昆虫”的最早记载当做了“竹蜻蜓”的最早记载。“蜻蜓”一词则出现得更晚，没有“蜻蜓”，何来“竹蜻蜓”？其次，在飞行原理上，蜻蜓依靠四翅的高频振动而飞行，竹蜻蜓靠两叶片的旋转产生升力而飞行，二者的飞行模式大相径庭，古人“从蜻蜓的飞行中得到启发制成了竹蜻蜓”一说实难成立。

至于葛洪说，要想印证葛洪的“飞车”是否为“竹蜻蜓”，还要从葛洪“其人其著”说起。葛洪，自号抱朴子，丹阳句容(今江苏句容)人。张松辉评价葛洪：“纵观其一生，葛洪出生于一个较为复杂的家族。这个家族，从社会地位上看，既享受过上层的荣华富贵，又经历过平民的贫苦生活；从思想上看，这个家族既接受了儒家的传统思想，更有着道教养生修仙的情愫，这就使葛洪求学时既吸收了儒学思想，更接受了道教的影响。成年后的一段时间，他又一直是在儒家的修齐治平和道教的遁世求仙之间徘徊。这一切都体现在葛洪的代表作《抱朴子》之中。”《抱朴子》共分《内篇》二十卷和《外篇》五十卷，《内篇》言神仙、方药、鬼怪、变化、养生、延年、禳邪、却祸之事，属道家；《外篇》言人间得失、世事臧否，属儒家。“飞车”之说便出自《抱朴子·内篇》，为第十五卷“杂应”中的一段。如果能够耐下性子，通读整段文字，便不难发现这段文字通篇说的都是仙术，所谓“飞车”不过是仙术中的臆造之物，与竹蜻蜓没有半毛关系。

至于与竹蜻蜓相关的许多的民间传说也统统无从考证，只能当做茶余饭后的谈资。其中，流传最广的当属民国初年徐翥先撰写的《香山小志》中所记载的徐木匠了。故事的梗概是：公元17世纪，苏州木匠徐正明，每天劳作之余就琢磨小孩玩的竹蜻蜓，梦想造出一个飞车，带人飞上天空。经过十多年的努力，他造出了一架飞车。有一个竹蜻蜓一样的螺旋桨，驾驶座像一把圈椅，依靠脚踏板通过转动机构来带动螺旋桨转动。试飞时，居然飞离地面一尺多高，还飞过了一条小河。于是，徐木匠萌生了一个更大胆的想法：驾飞车飞跃太湖。不料，壮志未酬，积劳成疾的徐木匠就溘然长逝了。最让人痛惜的是，徐木匠过世后，其妻满腔怨恨，一把火把飞车连同图纸烧了个精光。从此，对于飞车的虚实真假，后人们再也无从考证。

看来竹蜻蜓到底是何时、何地、何人发明，仅靠国内文献是难有定论了。我国著名的航空史专家姜长英教授认为，“根据外国资料,在公元1500年时(明朝正德年间)已有竹蜻蜓了。”不知道姜教授所说的外国资料包括哪些，恰巧我们手头有两份资料，一份是《大英百科全书》中记载：“这种被称为‘中国陀螺’的‘直升机玩具’，其实在15世纪中叶就已经传入了欧洲。”另一个就是很多资料都提到的在欧洲一幅1463年的圣母圣子像中出现了竹蜻蜓的形象。二者在时间上相互印证，且与姜教授的说法基本一致。因此，可以相信竹蜻蜓发明于15世纪中叶之前，距今至少已有500多年。至于名称的由来，一些文献提到因其外形近似蜻蜓，故取名为“竹蜻蜓”，这种说法是说得过去的。

至于竹蜻蜓传到了欧洲之后，如何给航空先驱者们带来了启发，并推动了直升机的诞生，这些都是后话了。敬请期待。

为了说明竹蜻蜓的原理，有必要简要描述竹蜻蜓的结构特点。

竹蜻蜓外形呈T字形，分为横片与手柄。关键是横片，横片外形有两个特点：一是相对于旋转方向，前高后低，以保持正向迎角；二是剖面为非对称翼型，以产生正向升力

当手柄按图示方向带动横片旋转时，横片将产生两个作用：一是横片倾斜，前高后低，类似于电风扇扇叶，将推动空气向下运动，形成一股强风，同时空气也会给横片一个向上的反作用力，推动横片带动竹蜻蜓上升。迎角越大，反作用力也越大，同时阻力也越大。二是横片剖面呈非对称翼型，横片旋转时，与空气产生相对运动，类似气流流过翼面，上表面外凸，流速快、压力低，下表面内凹，流速慢、压力高，上下表面压力差在垂直方向上的分量即为空气流过翼面时产生的升力。升力大小与横片的迎角成正比，与横片旋转时切向速度的平方成正比。增大迎角或旋转速度都会增大升力，让竹蜻蜓飞得更高。同时，阻力也越大。迎角过大时，会因阻力过大，导致竹蜻蜓的旋转很快衰减，最终造成竹蜻蜓因升力不足而下落。通常，翼面的临界迎角在16°左右。上述两种作用的合力，就是带动竹蜻蜓上升的总升力。如果总升力大于竹蜻蜓的重力，竹蜻蜓就会越升越高；如果总升力等于竹蜻蜓的重力，竹蜻蜓就会稳定在当时高度；如果总升力小于竹蜻蜓重力，竹蜻蜓就会逐渐下落。

单桨旋翼

螺旋桨飞机

如果把横片换成旋翼，其实这就是直升机升空的基本原理。也正因此，人们把竹蜻蜓称为“直升机的始祖”。不仅如此，如果把竹蜻蜓旋转90°，这不就是螺旋桨推进的基本原理吗？每当说起这些，心中都不由得对古代先民们充满了敬意。正是得益于他们的聪明智慧，我们不仅享受着现代航空带来的种种便利，而且还得以傲立于世界民族之林。作为先民们的子孙，我们应当更好地承担起自己的历史责任，以航空梦支撑中国梦，以实现中华民族伟大复兴的历史业绩，告慰先民，无愧子孙。

当然，竹蜻蜓的发明仅仅是解决了直升机飞行的最初灵感和基本原理，要让直升机真的飞机起来，并且走向实用，还有大量问题需要解决。工程技术问题不说，仅就原理层面就还有大量问题，比如直升机旋翼旋转的反力矩问题，直升机的飞行控制问题、直升机旋翼的失速问题等等，对于这些问题我们将在后续内容中逐步展开。

     竹蜻蜓的发明为直升机的诞生提供了灵感与技术方向，但是要让直升机真的能够飞起来，还有大量问题需要解决。其中，最核心的有四个问题。

达芬奇的直升机草图

首先是动力问题。关于直升机的技术构想，最早可以追溯到1483年达·芬奇手绘的垂直螺杆飞行器草图。但是，由于缺乏合适动力，其后数百年间直升机一直都只能停留于模型阶段。例如，1796年，英国“航空之父”乔治•凯利制作了一架用发条作动力的航模直升机。1842年，英国人W.H.菲利普用蒸气机作动力，制作了一架9公斤重的航模直升机。1878年，意大利人Enrico Forlanini用蒸气机制作了一架只有3.5公斤重的航模直升机。直到1876年，奥托发明了内燃机之后，直升机发展才进入了快车道。1907年，法国人保罗•科尔尼用一台24马力的汽油机作动力，制造了一架全尺寸的载人直升机，命名为“飞行自行车”。这架直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米，完成了垂直升空，还连续飞行了20秒钟，实现了自由飞行，因此被称为“人类第一架直升机”。进入20世纪30年代以后，直升机技术又先后取得了一系列重大突破。在此基础上，1939年，美籍俄国人伊戈尔·伊万诺维奇·西科尔斯基成功地研制出单旋翼直升机VS-300，使其成为世界上第一种真正实用的直升机，并为后来的直升机发展指明了方向。从此，直升机便在大西洋两岸迅速发展起来。

直升机反向旋转问题

其次是直升机反向旋转问题。直升机的旋翼在旋转产生升力的同时，也会对直升机产生一个反向旋转作用，如果没有相应的平衡力矩，直升机就会反向打转。这是直升机的特殊问题。直升机产生平衡力矩的方法有很多，最常见的就是在单桨旋翼的基础上加装尾桨。此外，还有共轴双桨、纵列双桨、横列双桨等方案。

VS-300直升机

其中，尾桨方案是1874年由德国人埃克哈本奇最先提出的，通过尾桨产生的平衡力矩抵消主旋翼的反向旋转力矩。西科斯基的VS-300直升机即采用这一方案。目前,加装尾桨已经成为单桨直升机的标准配置。共轴双桨方案是1859年由亨利·布莱特提出的，通过在同一根轴上安装两个反向旋转的旋翼,使两旋翼所产生的反向力矩相互抵消。1909年,美国人埃·贝林纳首先采用共轴双桨方案，制作了一架共轴直升机,试飞成功。采用共轴双桨的当代直升机主要有俄罗斯的 K-25、K-31、卡-52等。纵列双桨方案是通过沿机体方向前后安装的两个反向旋转的旋翼，抵消直升机旋翼的旋转力矩。1907年,法国人保罗·科尔尼成功首飞时采用的就是纵列双桨方案。采用纵列双桨的当代直升机主要有美国的CH-46、CH-47等。横列双桨方案是通过沿机体左右安装的两个反向旋转的旋翼，抵消直升机旋翼的旋转力矩。1908年到1929年间,美国人埃·贝林纳也曾采用过横列双桨方案，并首飞成功。采用横列双桨的当代直升机主要有俄罗斯的米-12，美国的V-22等。

再者是飞行控制问题。在直升机发明之初，人们也曾试图沿袭固定翼飞机的做法，采用空气动力舵面控制直升机的飞行姿态和飞行轨迹，在一些老照片中还能看到这种设计的影子。但是有一个问题：直升机悬停时怎么办？于是人们又提出了多旋翼解决方案，通过沿不同方向安装的旋翼解决直升机的偏航、俯仰和滚转控制问题。直到自动倾斜器发明之后，直升机的控制问题才圆满解决。

倾斜盘的连接关系

自动倾斜器的核心部件是倾斜盘，倾斜盘由上下两个部分组成，上盘随旋翼旋转，我们称为旋转盘，所有桨叶的变距拉杆都安装在旋转盘上。下盘受直升机操纵系统控制，不随旋翼转动，称为不转盘。上盘通过轴承坐在下盘上，下盘带动上盘上下运动和倾斜运动。上盘连接着每一片桨叶，上盘上下运动时，桨叶迎角同步增大或减小；上盘倾斜时，每片桨叶由于倾斜盘倾斜的作用，在旋转过程中，桨叶迎角发生周期性变化，在倾斜盘低的地方，安装角小，桨叶向下挥舞，在倾斜盘高的地方，安装角大，桨叶向上挥舞，这样旋翼锥体就相应的倾斜了。称之为周期变距。总结一下，自动倾斜器通过总距控制，改变旋翼迎角，实现直升机的升降和悬停。通过周期变距控制，改变旋翼的倾斜角，实现直升机的前进、后退、左右平移以及俯仰和滚转。此外，通过尾桨或双桨差动实现直升机的转向控制。这样，直升机就实现了可控飞行。

FW-61直升机

最早采用自动倾斜器的是德国人福克·沃尔夫。1936年，沃尔夫用固定翼飞机机体制造出了一架横列双旋翼直升机FW-61，采用了自动倾斜器等新技术，创造了垂直飞行等多项世界纪录，成为世界上第一架能够在空中盘旋的直升机。1938年，他又进一步完善了FW-61的飞行控制系统，由德国姑娘汉纳•赖奇驾驶，成功地从柏林飞到伦敦，震惊了世界。当时，FW-61的自动倾斜器还仅具有周期变距功能，用于直升机的纵向、偏航和滚转控制，不具备总距控制功能，旋翼升力通过发动机转速进行控制，同时保留了固定翼飞机的垂直尾翼和水平尾翼以增加直升机的稳定性。

直升机前飞时前行与后行桨叶速度差

最后是旋翼铰接问题。早期直升机，桨叶和桨毂采用刚性连接，直升机前飞时，前行桨叶相对速度增大，后行桨叶相对速度减小，使得前行桨叶升力增大，后行桨叶升力减小，对直升机形成横侧倾覆力矩，同时桨叶根部要承受很大的弯曲载荷，影响桨叶寿命。1923年，意大利人德拉•希瓦尔受藤制桨叶启发，发明了挥舞铰，通过铰链与阻尼器，允许桨叶在一定范围内上下挥舞，这样当前行桨叶升力增大时，桨叶向上挥舞，桨叶和气流相对速度方向之间的夹角减小，升力减小；后行桨叶与此相反，从而起到了补偿作用，消除了前飞时的横侧倾覆力矩，同时改善了旋翼受力状况。在此基础上，挥舞铰与摆振铰、变距铰共同形成了全铰链旋翼。后来，为了简化铰接结构，又出现了半铰链旋翼和无铰链旋翼。

随着上述问题的解决，直升机的发展也度过了最艰难的早期探索阶段，走向了成熟。以西科斯基的VS-300为标志，直升机进入了现代发展时期，VS-300也因此被誉为现代直升机的鼻祖。截止2017年底，全世界约有5万多架直升机，其中军用直升机2万多架，民用直升机3万多架。直升机以其无需机场、垂直起降、空中悬停、机动灵活等独特优势，遍布工农业生产、社会生活和军事运用的所有领域，尤其适用于灾难救援、紧急运输、应急情况处置等极端场合。随着航空技术和通用航空事业的发展，直升机一定会在人们的日常生活中发挥越来越多和越来越重要的作用。

直升机与美景

直升机与飞机同属于重于空气的空气动力飞行器。这句话有两个背景：第一，航空器有两类，一类是轻于空气的浮空器，另一类是重于空气的空气动力飞行器。直升机与飞机同属于后者。第二，空气动力飞行器有三个共同特点，一是靠吸气式动力提供推力或拉力，二是靠升力体与气流的相对运动产生升力，三是靠空气动力装置控制飞行。但是，在技术实现上各有不同。

那么，直升机与飞机有什么不同呢？

直升机与飞机的最大不同在于直升机能够垂直起降与空中悬停，这是常规飞机所不能做到的。“直升机之父”西科斯基用形象化的语言说过：“如果一个人正亟待救援，喷气式飞机能做的只是飞过他的头顶，撒下花瓣，而垂直起降的直升机却能赶来挽救他的生命。”

由此带来了直升机在飞行原理、飞行方式、飞行控制和技术实现上的诸多不同。 

旋翼翼型剖面

升力体不同。飞机主要靠机翼产生升力，直升机主要靠旋翼产生升力。旋翼采用机翼翼型剖面形状，旋翼旋转时，每一时刻沿切线方向与气流产生相对运动，由于翼型与迎角的双重作用，旋翼上表面气流加速，压力降低；旋翼下表面气流减速，压力升高。旋翼上下表面压力差在垂直方向上形成的力的分量，就是旋翼升力。旋翼升力的大小主要取决于旋翼转速和迎角。在飞行中，直升机的发动机转速是不变的，旋翼转速也是不变的。旋翼迎角，可以通过改变桨距进行调节，迎角增大，升力增大；迎角减小，升力减小。与飞机不同，飞行速度不是产生旋翼升力的必要条件，即使飞行速度为零，只要旋翼系统正常旋转，一样产生升力，从而满足直升机垂直起降与空中悬停的需要。

直升机旋翼前倾

推进方式不同。飞机靠喷气式发动机推进，或者靠螺旋桨拉进或推进，直升机靠倾斜旋翼旋转锥体，使旋翼产生水平分力拉动直升机前进。静止时，直升机旋翼在重力作用下向下弯曲。旋转时，旋翼在离心力和升力的共同作用下，会向上倾斜，形成旋翼旋转锥体。通过控制自动倾斜器，让倾斜盘前倾，就可以让每一片旋翼的安装角沿旋转方向做周期性变化。在倾斜盘最低处旋翼的安装角最小，旋翼向下挥舞；在倾斜盘最高处旋翼的安装角最大，旋翼向上挥舞，从而实现旋翼旋转锥体整体前倾。此时，旋翼上下表面压力差在直升机前进方向上形成的力的分量，就提供了拉动直升机的前进力。推而广之，在悬停状态下，让倾斜盘后倾、左倾和右倾，就可以分别实现直升机的后退、左移和右移，这些都是常规飞机所不能做到的，由此带来了直升机在实际使用中的更大的机动性和灵活性。

直升机低头前飞

飞行控制不同。飞机采用方向舵、升降舵、副翼等空气动力舵面控制飞行姿态与飞行轨迹，直升机通过控制尾桨改变机头指向、通过控制桨距改变升降、通过控制倾斜盘改变飞行轨迹。我们知道，旋翼旋转时，如果没有尾桨，直升机就会沿旋翼旋转方向反向旋转。利用这一点，就可以通过控制尾桨桨距改变机头指向。我国直升机旋翼采用顺时针旋转，采用顺时针旋转的还有法国、俄罗斯、印度、波兰等，美、英、德、意、日等国采用逆时针旋转。以国产直升机为例，如果增大尾桨桨距，则平衡力矩增大，直升机机头右转；如果减小尾桨桨距，则平衡力矩减小，直升机左转。这样，即使在悬停状态下也可以实现直升机的原地转向。至于直升机的升降控制和飞行轨迹控制，前面已经提到，不再重复。

升机降落楼顶平台

起降方式不同。飞机通过地面滑跑实现安全起降，有最小起飞速度和最大着陆速度等技术条件的限制，因此飞机离不开机场。直升机则可以通过控制旋翼实现垂直起降，有一块比直升机略大一些的平整硬实场地，就可以安全起降，所以也被称为“不依赖于机场”的飞行器，由此也带来了在工农业生产、社会生活和军事运用等领域的广泛的任务适应性。

直升机汶川救灾

飞行范围不同。飞机，在进入喷气式时代以后，其飞行包线得到了极大扩展，飞行速度、飞行高度、飞行距离以及载重量等都令直升机望尘莫及。对此，需要两面看。一方面，直升机的优势不在这些方面，而且在目前可以预见的时间内直升机还离不开旋翼，这就决定了直升机不可能、也没有必要在这些方面与飞机一较高低。另一方面，在现实需要的任务场景下，直升机也在努力追求飞得更快、更高、更远，装得更多。当前，高速直升机、高原直升机和重型直升机是我国直升机发展的三大热点，就说明了这一点。

总之，直升机与飞机同属于空气动力飞行器，但是直升机不依赖或不主要依赖固定翼产生升力，也不依赖或不主要依赖空气动力舵面产生控制作用，所以，直升机与飞机是两种不同类型的空气动力飞行器，直升机是“直升机”，飞机是“飞机”，“直升飞机”的叫法是不确切的。

直升机悬停救援

在一些大片和灾难救援的报道中，时常可以看到直升机空中悬停的镜头。的确，在道路受阻、交通中断或者山高林密等情况下，直升机就成为唯一能够快速抵达现场、施以援手的救援手段，特别是当连巴掌大的平地都一地难求时，空中悬停也就成为不二选择。

空中悬停，是直升机在一定高度上，保持航向、位置不变的飞行状态。空中悬停，一度是直升机的独门绝技。目前，有些固定翼航空器，如短距/垂直起降飞机也能够实现短时空中悬停，但是由于工作原理上的差异，这类航空器在相同飞行重量下的悬停需用功率比直升机要高得很多，而且其下洗气流的速度和温度也很高，有关人员难以在其下方开展作业。因此，直升机的空中悬停能力也就难以替代，并且大有用武之地。这也是尽管直升机在飞行速度、高度和载重量等方面远不如飞机，但是却在航空器中始终占有一席重要之地的根本原因。

空中悬停，可以按照能否利用地面效应，分为两类：一类是有地效悬停，另一类是无地效悬停。所谓地面效应，是指当直升机距离地面比较近时（约旋翼直径的1.5倍左右），其旋翼下洗气流会受到地面的阻碍，产生“气垫作用”使直升机悬停所需功率减小，从而有利于提升悬停高度。例如，黑鹰直升机有地效悬停升限可达2895米，无地效悬停升限仅为1705米，前者是后者的1.7倍。直升机的悬停高度用海拔高度表示，高原地区地势较高，直升机可以在更高的海拔高度上利用地面效应，因此也就可以在更高的海拔高度上保持有地效悬停。目前，有地效空中悬停高度世界纪录为7010米，是法国SA-315B“美洲鸵”直升机于1971年5月创造的。其实，直升机的最大悬停高度就是直升机的静升限，所谓直升机静升限是指直升机在发动机以最大功率工作状态下达到的最大悬停高度。通常所说的直升机升限，是直升机的实用升限，也就是直升机在发动机以最大功率工作状态下向上爬升、爬升率降低到0.5米/秒时所对应的最大飞行高度。

空中悬停状态下，直升机的运动情况是很复杂的。不仅有外部气流的各种扰动，还有内部各种控制关系的交互作用。但是，万变不离其宗。这个“宗”，就是牛顿力学原理。直升机要在空中保持高度、航向和位置不变，那么作用在直升机上的各种力和力矩就要保持平衡。反过来，如果作用在直升机上的各种力和力矩保持平衡，就可以保持直升机的高度、航向和位置不变，也就可以保持直升机的稳定悬停。以单桨直升机为例，简要分析如下：

一是保持直升机高度不变，要求旋翼升力与直升机重力相平衡。

二是保持直升机航向不变，要求尾桨作用力对重心形成的偏转力矩与旋翼反力矩相平衡。

三是保持直升机前后位置不变，如果无风，空气阻力为零，旋翼拉力也应为零；如果逆风，旋翼拉力应与空气阻力相平衡。

四是保持直升机横侧稳定，要求侧向力与力矩都平衡，也即旋翼的横侧分力等于尾桨作用力，且左右横滚力矩相等。

上述条件需要通过飞行员的操纵予以满足。由于在悬停状态下，直升机的内外部条件都在变化，从而对飞行员的观察力、判断力、反应力和操控能力与操控经验等都提出了很高的、甚至是苛刻的要求，由此带来了空中悬停操控的一些特点：

一是预见性。为保持稳定悬停，驾驶员需要时刻对操纵系统进行细微的调节输入来平衡外界风等因素的干扰。例如，当改变主旋翼拉力方向时，由于气流具有保持“原有”状态的特性，同时旋翼改变气流方向时还会产生附加涡流，也会阻碍新拉力方向的建立。因此，驾驶员需要对姿态变化有预判并提前给予修正。

二是反复性。相对于固定翼飞机，直升机的角速度阻尼小，操纵灵敏度高。当飞行状态发生改变时，由于系统惯性，飞行状态的修正往往超出预期。此时的周期变距杆需要反复操纵以维持稳定悬停。

三是协调性。直升机运动部件多，机械连接复杂。运动状态的变化同周期变距杆、总距和方向舵的输入是互相关联和交互影响的。飞行员的操纵动作越协调、越柔和，越有利于悬停状态的保持。

可见，空中悬停，是一种最具有直升机特色的飞行能力，也是一种具有很高实用价值的直升机技术动作，还是一门颇有难度的直升机飞行技巧，而且绝大多数直升机的飞行任务都“起于悬停、止于悬停”，因此，空中悬停也是直升机飞行员的飞行基础科目，但是基础并不等同于简单。

未来高速直升机

直升机诞生以来，经过80多年的发展，在产品类型、技术性能和机队规模等方面都有了巨大进步。但是，有一个问题始终困扰着人们，这就是直升机的最大平飞速度长期徘徊在200-300千米/时之间，少有突破300千米/时。

是什么问题困住了直升机，使其最大平飞速度难以提高？

与之形成鲜明对比的是，早在20世纪30年代末，直升机刚刚诞生，螺旋桨飞机的最大平飞速度就已经突破了700千米/时。

都是桨叶推进，差距咋就这么大呢？

原来都是旋翼惹的祸。

飞机螺旋桨的旋转平面垂直于机身轴线，直升机旋翼的旋转平面平行于机身轴线。确切地说，直升机前飞时旋翼旋转椎体是前倾的，但是为了简化分析，忽略旋翼旋转椎体的前倾角，认为旋翼旋转平面平行于机身轴线，也平行于飞行速度方向。

旋翼前行与后行时的速度差

这样一来，直升机前飞时，就出现了两个问题。

第一，同一飞行速度、同一旋翼转速下，旋翼前行、后行时的绝对速度不一样。固定翼飞机前飞时，螺旋桨桨叶上的各点在飞行方向上的绝对速度都等于飞行速度，与其它因素无关。直升机前飞时，旋翼上各点的绝对速度不仅与飞行速度有关，而且与旋翼转速、旋转半径以及旋翼旋转角度有关。取两个典型位置。如上图，假设旋翼以飞行方向后向为起点，逆时针旋转。当旋翼旋转到90°时，旋翼前行，旋翼桨尖的绝对速度最大，为旋翼切向速度与飞行速度之和。当旋翼旋转到270°时，旋翼后行，旋翼桨尖的绝对速度最小，为旋翼切向速度与飞行速度之差。这就引发了第二个问题。

第二，由于前后行速度不一致，当直升机飞行速度提高时，前后行速度差会进一步加大，导致旋翼表面流动情况恶化。先看前行旋翼，随着直升机飞行速度的提高，前行旋翼速度同步提高，当旋翼前行速度提高到接近声速时，旋翼表面可能出现局部激波，产生激波阻力，阻碍其飞行速度进一步提高。再看后行旋翼，直升机前飞时后行旋翼是向上挥舞的，随着飞行速度的提高，后行旋翼速度减小，流向旋翼的气流迎角增大。当旋翼后行速度减小到一定程度时，随着气流迎角的增大，旋翼表面气流就会严重分离，导致旋翼效率急剧下降。

可见，当直升机前飞速度提高时，前行旋翼绝对速度增大引发激波阻力，后行旋翼绝对速度减小导致翼面气流严重分离，是阻碍直升机飞行速度提高的症结所在。通常，当飞行马赫数达到0.9左右时，机体表面就可能产生局部激波。而对于直升机，此时的飞行速度也就刚刚超过300千米/时。实测数据表明，当飞行速度达到350千米/时，桨尖马赫数可以超过0.92。因此，大多数直升机的最大平飞速度都在200-300千米/时之间，少有突破300千米/时。

那么，能否让直升机在目前的基础上飞得更快一些呢？

能！必须能。解铃还待系铃人，追根溯源，应当在旋翼上做文章。目前有三种思路：一是高速飞行时让旋翼变成螺旋桨，这就是倾转式高速直升机；二是高速飞行时让旋翼变成机翼，这就是停转式高速直升机；三是高速飞行时让旋翼卸载，降低旋翼转速，这就是组合式高速直升机。近年来，以突破400千米/时为目标，欧美国家的直升机巨头们进行了不懈探索，并且取得了重大突破，高速直升机已经呼之欲出。

V-22“鱼鹰”

一是倾转式高速直升机。也称倾转旋翼机，以美国的V-22为代表。利用倾转机构实现旋翼与螺旋桨的转换，在垂直飞行、悬停和低速飞行时采用直升机模式，高速飞行时采用螺旋桨飞机模式。倾转式高速直升机集直升机的垂直起降和固定翼飞机的高速度、大载荷、大航程等优点于一身，非常适合于近海地区无机场依托的两栖攻击作战使用。V-22的最大平飞速度已经突破500千米/时。目前，随着V-22的批量装备，欧美国家已经开始研究下一代倾转旋翼机。

美国X-50A“蜻蜓（Dragon-fly）”

二是停转式高速直升机。以美国的X-50A为代表。通过控制旋翼工作模式，在低速飞行时采用旋翼模式让旋翼旋转，产生旋翼升力和拉力；高速飞行时让旋翼停转，转换为机翼模式，以固定翼方式产生升力，通过辅助动力实现高速飞行。X-50A在验证试飞中因模态转换事故频发，导致两架验证机全部坠毁，项目于2006年被迫终止。但是不可否认，停转类直升机仍然是未来高速直升机发展的重要方向。

X3高速直升机

三是组合式高速直升机。以欧洲空客直升机公司的X3高速旋翼验证机为代表。在常规直升机的基础上，加装辅助推进和升力装置，实现直升机与固定翼飞机的组合。低速飞行时采用直升机模式，高速飞行时旋翼卸载、降低旋翼转速并转入飞机模式。X3高速旋翼验证机的设计巡航速度为407千米/时，试飞中最大平飞速度达到了472千米/时。目前，X3已完成了技术验证，转入了后续型号研制，计划2020年以后投放市场。

可以预期，随着最大平飞速度的提高，直升机在目前的基础上，将进一步扬长避短，在工农业生产、社会生活和军事领域中发挥更大作用。

高原反应，是指人体从平原急速进入3000米以上高原时，因缺压缺氧而产生的各种不适。

人体有高原反应，直升机从平原进入高原也会产生“高原反应”吗？

是的。不仅会，有时候还很严重。

对于直升机而言，高原环境对其飞行主要会带来五个方面的不利影响：

首先，高原海拔高，空气稀薄。在我国，直升机进高原，主要指的是青藏高原。青藏高原，是我国最大、世界海拔最高的高原，被称为“世界屋脊”，海拔高度一般在3000到5000米之间，平均海拔4000多米。普通直升机的升限大多在4000米以下，这样一来直升机就可能面临升限低于高原海拔高度的情况，这种直升机根本进不了高原。这是其一，其二，退后一步，即使直升机升限大于高原海拔高度，也还可能面临用不了的问题。在海拔4000米地区，空气密度约为海平面的60-70%。海拔再高，密度就会更低。直升机靠旋翼产生升力支撑自身与载荷重力，高原地区空气稀薄，旋翼产生的升力大大减小。要产生更大升力，就需要提高发动机转速，但此时发动机也因为空气流量下降导致输出功率严重不足，无法加速。这样一来，即使对于那些升限比较高的直升机，在高原地区也只能勉强维持自身飞行，几乎没有什么余力再去执行任务载人拉货了。此外，直升机进高原还会因为发动机升限限制，导致发动机起动困难，直升机无法起飞的问题。进不去、起不来、用不了是直升机进高原面临的三大难题。

说到这里，我们不妨回顾一下前面提到过的直升机升限概念。直升机升限，包括动升限和静升限。动升限，就是通常所说的直升机实用升限，是直升机在发动机以最大功率工作状态下向上爬升、爬升率降低到0.5米/秒时所对应的最大飞行高度。静升限，也叫最大悬停高度，按照是否利用地面效应，分为有地效悬停最大高度和无地效悬停最大高度。目前，世界上飞得最高的直升机是法国的“美洲鸵”SA-315B，1969年在7500米高山创造了直升机降落与起飞最大高度两项世界纪录，1971年5月在7010米高度创造了有地效空中悬停高度世界纪录，1972年6月21日在12442米高度创造了飞行高度世界纪录。

好了，我们还是回到高原环境对直升机飞行不利影响的话题上来。

其次，高原风沙严重，对机件损害大。青藏高原属于大陆性气候，由于与周边大气的热力差异，盛行高原季风。冬季在高原上形成冷高压，盛行反气旋式环流，夏季形成热低压，盛行气旋式环流，风向在冬季和夏季几乎相反。正好应了一句话“一年两次风，一次刮半年”。大陆性气候的另一个重要特征是降水量少，且降水季节和地区分布不均匀，降水量一般不到400毫米，甚至在50毫米以下。导致高原生态环境恶劣，植被稀少，荒漠化严重。一旦狂风大作，必定飞沙走石。漫天风沙无孔不入，钻入直升机内部导致机械磨损、油路不畅，吸入进气道还会打坏高速旋转的压气机叶片，影响发动机安全。同时狂风诡异莫测，气流很不稳定。直升机在起降和悬停阶段，最害怕乱流，此时直升机处于静平衡状态中，距地面又低，一旦掉高度，根本来不及反应。风切变也是影响高原飞行安全的大敌，有时候飞过一个山口时都会遇上风切变，防不胜防，更加剧了直升机进高原问题的严重性。

第三，高原紫外线强烈，昼夜温差大。高原空气稀薄，大气吸收作用弱，紫外线强烈。此外，相比于海洋性气候，大陆性气候最显著的特征，是气温年较差或气温日较差很大。在大陆性气候条件下，太阳辐射和地面辐射都很大。所以夏季温度很高，气压很低，非常炎热，且湿度较大。冬季受冷高压控制，温度很低，也很干燥。冬冷夏热，使气温年变化很大。同样原因，昼夜交替，早晚温差可以达到30度。紫外线强易加速橡胶部件老化，低温使橡胶部件断裂，漏油漏气，滑油粘度增加，燃油难以汽化，还容易引发旋翼结冰，严重影响飞行安全。

第四，高原气候多变，能见度差。高原地区风光壮美，但也环境复杂，气候多变，刚刚还是风和日丽，转眼间便狂风大作，浓雾弥漫，能见度迅速降低。一旦遭遇这种情况，除了靠仪表设备导航外，剩下的就完全依赖于飞行员的心理素质和飞行技能了。

第五是基础条件差，保障难度大。高原山区地面设施简陋，导航基站少，通讯信号差，地面保障条件也远不如内地。

上述不利因素综合作用，必然使高原地区直升机进不去、起不来，用不上的问题更加严重。

解决直升机进高原问题，主要从三个方面着手：

一是研制高原型专用直升机，这是解决直升机进高原问题的根本出路。以往我国直升机数量少，性能相对落后，只有引进的“黑鹰”和“米-17”直升机能够飞上4000多米的青藏高原。2011年，在直-8F军用直升机的基础上，自主研制了AC-313大型民用直升机，升限6000米，具备了在海拔4500米机场的起降能力，试飞中曾飞越海拔8000米高度，并在海拔5200米的珠峰大本营成功起降，大大提高了高原运输救援能力。近期，直20通用战术直升机的研制与装备将进一步提升高原运输救援能力。未来还将研制更先进的适用于高原环境的运输直升机。

二是加强直升机的针对性维护。高原环境对充分发挥直升机固有性能有诸多不利影响，加强直升机高原环境下的针对性维护，就是要针对这些不利影响，通过加强维护和保养，最大程度地避免或减轻其不利影响，充分保持和发挥直升机的固有性能，更好地完成高原地区的飞行任务。

三是开展人员的适应性训练。高原环境或多或少地都会影响飞行人员、地勤人员和其他各类有关人员的体力、精力和工作效率，开展各类人员的高原地区适应性训练，有助于提高各类人员对高原地区不利环境的适应能力，更好地完成高原飞行、保障和组织管理等任务。

武装直升机号称“树梢杀手”，执行任务时，经常贴地飞行，高度低、速度慢，想必很容易被击落。

在一些影视作品中，经常可以看到武装直升机被地面防空武器、甚至是轻武器击落的镜头，似乎也印证了这一点。

有一组数据，更是让人们对此深信不疑：20世纪80年代，在阿富汗战争后期，阿富汗游击队用340枚“毒刺”肩扛式防空导弹先后击落了269架苏军直升机。

武装直升机真的就那么不堪一击？

其实不然。虽然武装直升机飞行高度低、速度慢，容易受到地面攻击，但是武装直升机并没有那么脆弱。有报告指出，在阿富汗战争中被击落的苏军直升机大多数是在起飞或降落阶段，这一组数据并不足以说明武装直升机的脆弱。

武装直升机作为一种战术进攻武器，同所有的进攻武器一样，都是在同防御武器的攻防对抗中生存与发展的。往大了说，有矛，就有盾，矛与盾相互依存，相互对抗，交替发展。

早期，武装直升机主要面对三类威胁：一是敌方狙击手的狙击步枪，二是敌方地面人员的肩扛式防空导弹，三是敌方的战斗机。

后来，直升机加强了座舱、旋翼、油箱等关键部位的装甲防护，提高了机体结构和重要系统的抗打击能力，这样一来，敌方狙击手的威胁就大大减弱。同时，战斗机打武装直升机也并非像人们通常所想象的那么轻而易举，主要有三个方面的困难：一是直升机速度慢，多普勒效应相对较弱，加之地面杂波干扰，火控雷达难以发现、锁定；二是战时条件下战斗机还有大量的其它任务需要完成，打武装直升机效费比低，任务优先级不高；三是战斗机低空飞行本身也面临着地面防空武器的威胁。

因此，三者相比较，肩扛式防空导弹是武装直升机必须着力应对的首要威胁。应对肩扛式防空导弹，目前采取的是系统性对抗策略：

一是针对目前广泛使用的雷达探测、音频探测和红外探测等，分别采取隐身、降噪和红外抑制等措施，降低武装直升机的可探测特征，压缩敌方的可探测距离。

二是针对肩扛式防空导弹主要采用红外导引头这一特点，借鉴战斗机经验，加装自卫式电子干扰设备，如红外/紫外导弹逼近告警、红外干扰机、红外诱饵、箔条/红外干扰弹等，可以有效降低肩扛式防空导弹的命中率。

三是提高武装直升机关键部位的抗打击能力。美国的“阿帕奇”直升机要求“任何部位”均可承受12.7毫米高射机枪的直射，关键部位可抗击23毫米高炮打击，发动机减速齿轮箱在遭到击穿、润滑油完全流失的情况下仍可安全运行30分钟。

四是采用抗坠毁设计，提高武装直升机的抗坠毁能力。如武装直升机的座椅和起落架等都可以吸收撞击动能，缓冲对地撞击；直升机的发动机和油箱会在坠机后自动切断油路，甚至有自封闭和防火泡沫保护等。2014年3月，陆航的一架直-10武装直升机，在低空试飞时因故障坠机，但该机坠地后全机保持完整，并未起火，2名机组乘员也安然无恙，显示出了直-10武装直升机强悍的抗坠毁能力。

此外，还可以借助航路规划，主动规避已知危险地域。

从实际效果看，1991年海湾战争以后，武装直升机被肩扛式防空导弹击落的数量大大下降。有数据表明，从海湾战争至今，在战场上被击落的武装直升机的数量，还不及各国在平时训练中坠毁的武装直升机的数量多。

当然，武装直升机与地面肩扛式防空导弹的攻防对抗并没有结束。肩扛式防空导弹自诞生以来，也一直在不断地改进完善之中。以“毒刺”导弹为例，第四代“毒刺”RMP系列采用了可编程软件系统，定期更新威胁数据库，以更好地适应战场环境；“毒刺”RMPBlockII引进了新型焦平面阵列红外导引头，以提高高杂波、强干扰环境下的目标探测能力；探索“毒刺”导弹与预警雷达组合，扩大目标信息来源，进一步提高导弹的防空作战能力。或许武装直升机与地面肩扛式防空导弹的攻防对抗的高潮还没有到来，好戏还在后头，让我们拭目以待。

战斗机座椅弹射

关注武装直升机的朋友们时常会有这样的疑问：同样执行作战任务，武装直升机为什么不安装弹射座椅？

的确，现役武装直升机除了俄罗斯的K-50及其改进型K-52之外，其余都没有安装弹射座椅。

为什么？

对于类似问题，就逻辑而言，答案可能是这样的，或者是不需要，或者是现有技术条件下实现起来还有困难。

武装直升机不安装弹射座椅，主要是后者。其困难主要体现在三个方面：

树梢杀手

一是高度上有困难。武装直升机号称是“树梢杀手”，任务飞行高度从“一树之高”的几十米到300米左右。传统弹射座椅的最低安全弹射高度是300米，300米以下即使弹射成功，也没有足够时间让降落伞充分张开，飞行员依然面临生命危险。直到20世纪60年代，零高度-零速度弹射座椅诞生之后，这一问题才得到解决。

二是时间上有困难。武装直升机经常低空或超低空飞行，相比于战斗机，一旦发生事故可用于弹射逃生的时间极其有限。如果飞行高度50米，坠落时间只有3.2秒；即使是飞行高度300米，坠落时间也只有7.8秒。在如此短暂的时间内，飞行员要做出正确判断并和弹射装置一道完成一系列的逃生动作，时间上极其困难。

卡-50武装直升机

三是空间上有困难。武装直升机低空或超低空飞行，限制了座椅的弹射方向，着眼提高生存率，向上弹射是最佳选择。武装直升机的座舱上方是旋翼，为了保证飞行员的生命安全，如果要向上弹射就要首先清理掉旋翼，打通弹射通道。这个问题一度没有得到很好解决。直到20世纪80年代，俄罗斯的K-50武装直升机问世，这一问题才得到了解决。K-50的办法是在旋翼根部和旋翼上安装炸药，一旦需要迅速炸掉旋翼。这样一来，相比于战斗机，在操作程序上直升机安装弹射座椅又多了一个环节，使得本来就已经十分紧张的弹射时间变得更加紧张。

面对困难，人们不得不回过头来再做思考，直升机一定需要安装弹射座椅吗？

未必！某些情况下可以不安装。

只要直升机的旋翼还能正常转动，尾桨还能正常工作，利用旋翼的“自旋效应”，完全可以产生部分升力，抵消直升机的部分重力，实现直升机的安全迫降。例如，当直升机空中停车失去动力时，机体迅速向地面坠落，此时主旋翼的作用就相当于是一把巨大的降落伞，直升机的旋翼会随气流快速转动，旋翼快速转动会产生升力。在直升机即将落地的一瞬间，飞行员还可以快速改变直升机的主旋翼螺距，瞬间增大旋翼升力以减缓接地速度，再配合抗坠毁座椅，多数情况下还是能够安全迫降的。这种情况下，迫降落地就比弹射逃生更为安全，损失也更小。当然，也还有其它一些情况，在此不一一例举。

目前，大多数武装直升机都没有安装弹射座椅，也正是这样考虑的。也就是说，一旦发生故障或者遭遇打击，只要旋翼还能正常转动、尾桨还能正常工作，不安装弹射座椅也是可以充分保证机上乘员的生命安全的。

为了最大程度地保证直升机乘员在迫降时的生命安全，武装直升机都进行了抗坠毁设计。例如，俄罗斯的米-28武装直升机要求在12米/秒的垂直坠落速度下依然能够保证机上人员的生命安全。

目前，主要从4个方面采取技术措施：

一是采用跪式起落架，最大限度地吸收直升机坠地时的撞击动能；

二是采用吸能座椅，减轻坠地时飞行员受到的动能撞击，避免对脊椎造成伤害；

三是座舱内安装安全气囊，避免坠机时机内物体对飞行员造成伤害；

四是采用抗变形座舱结构设计，保证机上人员的安全逃生空间。

当然，采用上述措施的前提是直升机的旋翼能够正常转动、尾桨能够正常工作，如果旋翼或者尾桨中的某一个出了问题，人们都只能眼睁睁地看着直升机坠毁。直升机的严重飞行事故，大多也都是因为旋翼或者尾桨出了问题。因此，着眼最大程度地保证飞行员的生命安全，在提高直升机抗坠毁能力的同时，安装弹射座椅，仍不失为一种理想的选择。目前，只有俄罗斯掌握了武装直升机弹射座椅的关键技术，其他国家依然有待攻关。

对于固定翼飞机的特技飞行，许多航空爱好者已经耳熟能详。聊起中国八一飞行表演队、美国雷鸟飞行表演队、俄罗斯红箭飞行表演队等等，如数家珍。

如果问：“直升机也能特技飞行吗？”你会怎么回答？

不久前，在第五届天津国际直升机博览会上，我有幸目睹了中国陆军“风雷”直升机飞行表演队的特技飞行表演，不仅知道了直升机也可以特技飞行，而且也领略了直升机特技飞行的独特风采。

我是带着问题去的。

第一个问题：直升机能不能“特技飞行”？

“风雷”飞行表演队已经用他们的精彩表演肯定地回答了这个问题：能！

第二个问题：直升机怎样才能“特技飞行”？

直升机专家告诉我，首先是搞清原理，然后才是操纵。

以直升机“翻跟头”为例，原理上与固定翼飞机一样。所谓“翻跟头”，专业术语叫“筋斗”，是指直升机在铅垂平面内做近似圆周的飞行动作。本质是通过加速让直升机获得较大动能，然后将动能转换为势能，再将势能转换为动能，从而完成筋斗。

为简化分析，假设直升机在铅垂平面内做标准圆周运动，即航线曲率半径不变，切向运动速度不变，直升机上作用着三个力：自身重力、空气阻力和旋翼拉力。忽略燃油变化，直升机重力不变；切向运动速度不变，空气阻力不变；加之圆周半径不变，直升机做圆周运动时所需要的向心力也不变。唯一需要变化的是直升机的旋翼拉力。

以直升机前进方向为基准，当直升机位于筋斗底部时，旋翼前倾，旋翼拉力用于克服水平向后的空气阻力、垂直向下的直升机重力，并提供筋斗需要的垂直向上的向心力，此时旋翼拉力最大。

当直升机位于筋斗顶部时，旋翼前倾，旋翼拉力用于克服水平向后的空气阻力，且与直升机重力共同提供筋斗需要的垂直向下的向心力，此时旋翼拉力最小。

当直升机位于筋斗垂直上升段时，旋翼前倾，旋翼拉力用于克服垂直向下的空气阻力与直升机重力，并提供筋斗需要的水平向心力。

当直升机位于筋斗垂直下降段时，旋翼后倾，旋翼拉力提供筋斗需要的水平向心力，并与空气阻力一道平衡直升机重力。

可见在完成筋斗动作的过程中，不仅需要飞行员适时改变旋翼的前倾后仰状态，而且需要飞行员精确掌控旋翼前倾后仰的时机与角度，从而对飞行员的空中位置感知与操控能力提出了极高的要求。

第三个问题：直升机“特技飞行”难在哪？

从前面的分析可以看出，直升机特技飞行在原理上往往并不难，难的是操纵。

当然，原理分析时，为了简便起见，往往会做一些理想化假设，而这些假设在实际飞行中有时是不满足的，这也增加了实际飞行的操纵难度。仍以“翻跟头”为例，我们做了两点假设，即筋斗飞行时航线曲率半径不变，切向运动速度不变，实际飞行时并不满足这些条件，因此在实际飞行过程中，飞行员还将面临高度、速度、航线曲率半径和飞行姿态连续变化等复杂情况，这也增加了飞行员的操纵难度。归结起来，主要有三个方面：

一是飞行员要有稳定的心理素质。目前，国内直升机特技飞行总体上还处于早期探索阶段，没有多少成熟经验可以借鉴，不少特技飞行的动作要领需要飞行员自己去摸索总结，因此特技飞行既要有勇于探索的大无畏精神，更要有尊重飞行规律的科学态度。

二是飞行员要有极强的空中位置和姿态感知能力。特技飞行中的一些非常规动作，如倒飞、后退、横滚等，由于飞行员视野受限，难以观察直升机的空中位置和姿态，需要飞行员有极强的空中位置和态势感知能力。

三是飞行员要能精确把握操纵时机与操控精度。特技飞行有时瞬息万变，容不得丝毫差错。比如当直升机位于筋斗顶部时必须保持一定的前飞速度，如果前飞速度过小，惯性离心力不足，直升机就会在重力的作用下垂直下落，筋斗失败。

关于特技飞行中的更多细节，我们就不再讨论了。

第四个问题：要能够“特技飞行”直升机上要解决什么问题？

这个问题和固定翼飞机大体相似。

一是旋翼及其控制系统性能优异。直升机的飞行特点决定了飞行中直升机“玩”的就是旋翼，特技飞行更是对旋翼及其控制系统的性能提出了更高的要求，没有性能优异的旋翼及其控制系统，是不可能完成高质量的特技飞行动作的。因此，只有少数直升机适合于特技飞行。有时为了让直升机更好地适用于特技飞行，还必须进行一些必要的加改装。

二是发动机要有很强的稳定工作能力。在特技飞行中，直升机的飞行姿态和飞行轨迹都在急剧变化，从而带来了发动机工作条件和工作状态的急剧变化，这些变化有时候就是“严重恶化”，可能引发压气机喘振、燃烧室熄火、发动机停车等严重后果，因此要求发动机有很强的稳定工作能力，经得起各种恶劣条件和恶劣环境的考验。

三是直升机的机体结构必须经得起“折腾”。特技飞行的一些非常规动作明显超出了直升机常规飞行的范畴，比如倒飞、横滚等等，其动作激烈程度也不是常规飞行可以比拟的，由此带来了直升机机体载荷的急剧变化，从而要求直升机机的体结构必须经得起“折腾”。

  怎么样？说明了这四个问题，您对直升机能不能特技飞行的问题有了大致的了解了吧？其实，20世纪70年代以后，直升机特技飞行在国外就已经开始兴起，美、俄、英等国都先后组建了直升机特技飞行表演队，只是以往我们对这些不关注，不了解。百闻不如一见，天津国际直升机博览会为我们提供了近距离了解直升机、了解直升机特技飞行的机会，咱们2021年第六届国际直升机博览会天津见！

划代，是对事物进行分类和评价的一种基本方法。在航空领域，划代属于技术范畴，主要依据技术特点和技术水平，通过对航空产品进行分类达到评价的目的。飞机有划代，发动机有划代，机载系统有划代，直升机也不例外。

那么，直升机是怎么划代的呢？

关于直升机划代，目前没有权威定论，划代标准简繁不一，好在结论大体一致。目前，普遍采用的划代标准，主要考虑5个维度的技术特点与发展水平：动力系统、升力系统、机体结构、机载系统、总体飞行性能。

具体而言，从1946年美国贝尔-47直升机获得美国民航管理局（CAA）颁发的适航证开始——这是美国、也是世界上第一架获得适航证的民用直升机，到目前为止，直升机已经发展了四代。

贝尔-47与米-4直升机

第一代，大致从20世纪40年代到50年代末，以美国贝尔-47、苏联米-4（国产直-5）为代表。主要技术特点是安装活塞式发动机，采用木质/金属混合式旋翼，机体为桁架式或半硬壳式结构，装简易的仪表和电子设备。最大平飞速度约200km/h，振动水平约0.25g，噪声水平约110dB。

“超黄蜂”与米-8直升机

第二代，从20世纪60年代到70年代中期，以法国“超黄蜂”（国产直-8）、苏联的米-8为代表。安装第一代、第二代涡轮轴发动机，采用全金属桨叶与金属铰接式桨毂，机体为铝合金半硬壳式结构，开始采用早期的微电子机载设备。最大平飞速度约250km/h，振动水平约0.15g，噪声水平约100dB。

“阿帕奇”与“海豚”直升机

第三代，从20世纪70年代中期到80年代末，以美国的“阿帕奇”、法国的“海豚”（国产直9）为代表。安装第三代涡轴发动机，全复合材料桨叶及带有弹性元件的桨毂构成的旋翼，机体结构部分使用复合材料，采用大规模集成电路的电子设备和飞行控制系统。最大平飞速度约为300km/h，振动水平约0.1g，噪声水平约95dB。

“科曼奇”与NH-90直升机

第四代，从20世纪90年代到目前，以美国的“科曼奇”、NH-90为代表。安装第四代涡轴发动机，优化设计的翼型、桨尖和先进复合材料的旋翼桨叶，弹性铰式或无铰式等新型桨毂，机体大部分或全部采用复合材料，电传操纵系统，机载电子设备采用数据总线、综合显示与任务管理，先进的飞行控制、通信导航等系统。最大平飞速度约350km/h，振动水平约0.05g，噪声水平低于90dB。

武直-10与直-20

有了直升机的划代标准，就可以方便地对直升机进行分类与评价，从而可以更加客观地判断和比较某一型号的技术发展水平。例如，武直-10已经达到了第三代直升机的发展水平，直-20已经跨入了第四代直升机的发展行列。基于上述判断，还可以推而广之，做出国产直升机已经总体跨入世界先进水平的总体判断。

【作者简介】李清，航空工业发展研究中心研究员，航空工业集团公司特级技术专家，从事航空产品发展战略与装备体系研究。

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