最近幾年來，中航工業(yè)直升機(jī)所的科研人員一直致力于新概念直升機(jī)的技術(shù)開發(fā)，他們設(shè)計的幾款新概念直升機(jī)多次在國內(nèi)一些重大航展亮相并受到大眾關(guān)注。在今年9月舉辦的第二屆中國天津直升機(jī)博覽會上，直升機(jī)所又選送了幾款新型直升機(jī)模型參展，根據(jù)他們的研制計劃，這些模型將能成為真實(shí)的飛行器遨游天空。
在電影《阿凡達(dá)》里，人類為攻打納美人的家園樹，運(yùn)用了各種先進(jìn)的飛行器作戰(zhàn)，炫目外形和強(qiáng)大的攻擊火力，讓觀眾看了之后大呼過癮。在這些飛行器中有一款異樣的直升機(jī)，它沒有傳統(tǒng)直升機(jī)的旋翼，取而代之的是機(jī)翼和兩個傾轉(zhuǎn)函道螺旋槳，它可以像直升機(jī)一樣垂直起降，但能比傳統(tǒng)直升機(jī)飛得更快。這款直升機(jī)的原型就是美國研制的Doak 16，是一款傾轉(zhuǎn)函道螺旋槳旋翼機(jī)，也是一款新構(gòu)型高速直升機(jī)。
直升機(jī)技術(shù)的革命
直升機(jī)以其突出的懸停、低空低速和良好的機(jī)動性能，在世界各國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人們?nèi)粘Ｉ罴艾F(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮了獨(dú)特的重要作用，直升機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用獲得了全面發(fā)展。然而，常規(guī)直升機(jī)受自身構(gòu)型的影響，在大速度時會出現(xiàn)前行槳葉激波和后行槳葉氣流分離，使其飛行速度、航程等受到較大限制。突破常規(guī)直升機(jī)設(shè)計技術(shù)，研制適應(yīng)未來對大速度、高機(jī)動性以及大航程的要求，滿足快速反應(yīng)、遠(yuǎn)距大載重等需求的新概念、新構(gòu)型的高速直升機(jī)是現(xiàn)代直升機(jī)發(fā)展的主要趨勢之一，將成為直升機(jī)技術(shù)發(fā)展的又一次革命性跨越。
實(shí)際上，自20世紀(jì)40年代以來，人們就不斷提出各種突破常規(guī)直升機(jī)速度限制的方案。概括起來，從技術(shù)特征來看，這些方案大致可以分為以下三大類：一是傾轉(zhuǎn)類，即利用稱為旋翼/螺旋槳的同一套系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)在垂直與水平位置之間的傾轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)與飛機(jī)飛行模式之間的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到高速飛行，主要包括傾轉(zhuǎn)旋翼、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼、以及傾轉(zhuǎn)函道螺旋槳，如V-22、CL-84及X-22等，這些直升機(jī)雖然近地機(jī)動能力較弱，但具有很好的運(yùn)輸能力與交互能力;二是復(fù)合類，保留直升機(jī)旋翼、機(jī)身等基本部件和系統(tǒng)的同時，用復(fù)合水平推力系統(tǒng)和機(jī)翼來提升速度改善性能，主要包括旋翼與機(jī)翼結(jié)合、旋翼與機(jī)翼及渦噴發(fā)動機(jī)組合以及機(jī)翼與螺旋槳組合，如XV-1、XH-51A、X-49A及X2等，這類直升機(jī)在大幅提高速度的同時，保留并強(qiáng)化了直升機(jī)特有的近地機(jī)動能力;三是停轉(zhuǎn)類，即在飛行過程中，旋翼槳葉停止轉(zhuǎn)動并轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭C(jī)翼，通過直升機(jī)的旋翼技術(shù)與其他(固定翼)技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，揚(yáng)長避短，提升性能，如S-72X翼、X-50A等，或者是旋翼槳葉可以伸縮，如盤翼旋翼機(jī)。
此外，國外還在利用直升機(jī)與潛艇技術(shù)的融合，發(fā)展一種水下直升機(jī)(或水下飛行器)，它具有快速航行和隱蔽性好的特點(diǎn)。它的發(fā)展要借助于水下動力裝置、水下航(飛)行技術(shù)、飛行器的沉浮技術(shù)以及戰(zhàn)術(shù)潛空武器技術(shù)的突破和解決。
但是由于技術(shù)條件的不成熟，這些方案大部分仍沒有變成現(xiàn)實(shí)。
可以預(yù)料，突破常規(guī)直升機(jī)構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的高速、大航程等技術(shù)需求，是直升機(jī)必須面對的技術(shù)革命。在未來一段時期內(nèi)，除了進(jìn)一步完善并優(yōu)化傾轉(zhuǎn)類和復(fù)合類新構(gòu)型旋翼機(jī)外，停轉(zhuǎn)類新構(gòu)型旋翼機(jī)將是人們探索的重點(diǎn)。
國內(nèi)新構(gòu)型直升機(jī)的研制
以X2、X3為代表的國外新構(gòu)型直升機(jī)發(fā)展水平，已達(dá)到了一定的技術(shù)成熟度，與之相比，我國新概念、新構(gòu)型直升機(jī)的研制才剛剛起步。直升機(jī)所作為我國唯一的直升機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)，肩負(fù)著推動我國直升機(jī)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重任，新構(gòu)型高速直升機(jī)已成為直升機(jī)所的發(fā)展重點(diǎn)。據(jù)悉，直升機(jī)所正在對ABC旋翼構(gòu)型高速直升機(jī)進(jìn)行探索研究。
直升機(jī)所設(shè)計人員介紹，我國首款新構(gòu)型高速直升機(jī)K800采用ABC旋翼，在機(jī)身前部加推進(jìn)螺旋槳，以直升機(jī)模式垂直起降、懸停，螺旋槳模式飛行，起飛重量達(dá)到800千克、設(shè)計速度450千米/時、機(jī)長5.12米，是一款無人高速直升機(jī)。目前，K800的部分部件已經(jīng)進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計階段，預(yù)計2015年首飛。K800的意義不僅在于它是我國首款新構(gòu)型高速直升機(jī)，它還提供了一個驗(yàn)證平臺，可以在K800這個平臺上對新技術(shù)、新方法進(jìn)行驗(yàn)證，同時也能開展飛行驗(yàn)證，為以后更多的新構(gòu)型高速直升機(jī)做準(zhǔn)備。
“藍(lán)鯨”是直升機(jī)所正在研發(fā)的另一款新概念直升機(jī)。“藍(lán)鯨”為四傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型，商載達(dá)到20噸;巡航速度538千米/時;航程3106千米;使用升限8615米;作戰(zhàn)半徑大于815千米，是同時具有極強(qiáng)的近地機(jī)動能力和過度飛行可控性，可滿足未來我陸軍和海軍“全域到達(dá)”使用要求的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸旋翼飛行器。
“藍(lán)鯨”采用可收放起落架，具備垂直起降和滑跑起降能力，配備4臺發(fā)動機(jī)，余度設(shè)計確保兩臺發(fā)動機(jī)失效后能安全飛行。它采用分布式綜合航電系統(tǒng)提升任務(wù)能力和抗干擾能力，應(yīng)用光傳操縱系統(tǒng)融合多模態(tài)任務(wù)飛行控制、智能綜合駕駛艙技術(shù)降低飛行員負(fù)荷，大幅提升機(jī)體復(fù)合材料應(yīng)用比例，具備故障預(yù)測與健康管理能力。全機(jī)振動和噪聲水平與同噸位民用客機(jī)相當(dāng)，兼顧高速、大裝載、遠(yuǎn)航程的特點(diǎn)。
直升機(jī)所的科研人員介紹，四旋翼傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)“藍(lán)鯨”的研制已經(jīng)啟動。
清潔能源電驅(qū)動直升機(jī)也是直升機(jī)所研發(fā)人員正在研究的一種新概念無人直升機(jī)。直升機(jī)所黃水林博士介紹，這種直升機(jī)采用鋰離子電池作為動力源，利用直流電機(jī)驅(qū)動旋翼，去除了直升機(jī)的尾氣排放，降低了直升機(jī)的整體噪聲，此設(shè)計方案徹底拋棄了傳統(tǒng)的航空發(fā)動機(jī)。開發(fā)節(jié)能型直升機(jī)符合世界潮流，此前，歐盟提出了“綠色旋翼機(jī)”計劃，美國研制了“螢火蟲”演示樣機(jī)。為實(shí)現(xiàn)與國外在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的同步發(fā)展，直升機(jī)所將電驅(qū)動無人機(jī)研究擺上了議事日程。根據(jù)他們已經(jīng)取得的進(jìn)展，有望突破電驅(qū)動新構(gòu)型、高能量比電池及管理系統(tǒng)、高功率密度電動機(jī)及控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)，可為我國電動直升機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)儲備，適應(yīng)未來國家及社會對電動直升機(jī)的需求。
創(chuàng)新思維才能設(shè)計新概念直升機(jī)
目前國內(nèi)新概念直升機(jī)的研究主要集中在高校以及科研院所，新概念直升機(jī)是還在探索中的直升機(jī)。要研制一款新概念直升機(jī)要有創(chuàng)新思維。“國外設(shè)計新概念直升機(jī)很有意思，就跟中國人做菜一樣，加點(diǎn)兒什么，怎么布局很有想象力。”直升機(jī)所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計員劉利劍說。
要成功研制一款新概念直升機(jī)，首先要有創(chuàng)新精神。為提倡創(chuàng)新精神，激發(fā)科研人員原始技術(shù)創(chuàng)新熱情，在直升機(jī)所領(lǐng)導(dǎo)的倡導(dǎo)下，企業(yè)文化部、重點(diǎn)試驗(yàn)室、科技委聯(lián)合創(chuàng)辦了技術(shù)創(chuàng)新沙龍。沙龍的主題主要是針對當(dāng)前我所科研和型號工作任務(wù)中的各專業(yè)問題、有創(chuàng)意的構(gòu)思及專業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。每期沙龍確定一個主題，由該主題的倡導(dǎo)者作為沙龍主持人，闡述觀點(diǎn)和構(gòu)思，參加者現(xiàn)場就該主題自由發(fā)表意見，進(jìn)行思想碰撞和觀點(diǎn)交鋒。技術(shù)創(chuàng)新沙龍為科研人員提供了一個技術(shù)、創(chuàng)意交流的平臺。
此外，直升機(jī)所從2008年起至今，已成功舉辦了三屆“新概念旋翼飛行器大賽”。比賽分業(yè)余組和專業(yè)組，全所員工均可參賽，由總師組成的評審團(tuán)對參賽作品打分評出獲獎作品，其中多項獲獎作品還在“創(chuàng)新杯”全國未來飛行器設(shè)計大賽中獲獎。2012年在第九屆中國航展上，中航工業(yè)展出的三款新概念直升機(jī)中有一款代號“鴨嘴獸”的直升機(jī)，就是直升機(jī)所飛行器大賽的獲獎作品。
年輕的設(shè)計員邱良軍在新概念飛行器大賽中設(shè)計的一款“天眼”炮射無人機(jī)受到專家的好評。邱良軍的想法是，使用大口徑火炮或者火箭炮把“天眼”炮射無人機(jī)發(fā)射到達(dá)戰(zhàn)區(qū)，靠減速傘減速至預(yù)定速度后無人機(jī)與載彈分離，展開旋翼，機(jī)上攝像頭開始偵查任務(wù)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后使用激光指示器照射目標(biāo)，引導(dǎo)激光制導(dǎo)武器攻擊目標(biāo)并評估毀傷效果，確認(rèn)目標(biāo)被摧毀后尋找下一個目標(biāo)，在機(jī)上電池耗盡后啟動自毀裝置自毀。“無人機(jī)的設(shè)計有加法設(shè)計和減法設(shè)計兩條研發(fā)思路。通過新思維、新技術(shù)和新手段，在具備完成任務(wù)能力的前提下，合理減小無人機(jī)的戰(zhàn)技指標(biāo)，從而減小無人機(jī)的規(guī)模，降低技術(shù)要求和使用成本，‘天眼’炮射無人機(jī)采用的就是這個思路，是一種減法設(shè)計。”邱良軍介紹到。
為進(jìn)一步激發(fā)設(shè)計人員的創(chuàng)新精神，把提升創(chuàng)新力作為一項長遠(yuǎn)計劃，直升機(jī)所于2009年設(shè)立了所長課題基金。直升機(jī)所所長邱光榮介紹，所長課題基金是為加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的支持力度，為營造良好的研究環(huán)境，鼓勵原始創(chuàng)新，培養(yǎng)直升機(jī)高科技人才，促進(jìn)直升機(jī)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展而設(shè)立，遵循“指南牽引、平等競爭、擇優(yōu)資助、鼓勵創(chuàng)新”的原則。主要支持直升機(jī)旋翼研制及其技術(shù)發(fā)展中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和部分探索性強(qiáng)的應(yīng)用研究，解決旋翼研制中出現(xiàn)的技術(shù)瓶頸，攻克關(guān)鍵技術(shù)，探索新思想、新概念、新原理和新方法的科學(xué)研究。所長科學(xué)基金項目主要面向具有研究能力的研究室和專業(yè)技術(shù)組以及航空高等院校、直升機(jī)相關(guān)的科研院所和企業(yè)，根據(jù)需要還可向其他指定單位開放。
直升機(jī)所各研究室為激發(fā)設(shè)計人員的創(chuàng)造力也動足了腦筋，有些研究室實(shí)施項目團(tuán)隊管理，在進(jìn)行項目方案制定、碰上技術(shù)難點(diǎn)等需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新時，首先是項目負(fù)責(zé)人拿出一個初步方案，在團(tuán)隊內(nèi)部進(jìn)行多次討論，之后再在全室進(jìn)行廣泛討論。為了充分調(diào)動科研人員的積極性和創(chuàng)造力，直升機(jī)所加強(qiáng)了專利管理，對各研究室的專利工作進(jìn)行考核，對申請到專利的技術(shù)予以獎勵。在一些項目的新技術(shù)攻關(guān)上，放手啟用思想活躍的年輕技術(shù)骨干負(fù)責(zé)項目，室內(nèi)技術(shù)核心組(主任+技術(shù)發(fā)展組+專業(yè)組長)作為技術(shù)把關(guān)組或顧問組，對項目負(fù)責(zé)人提出的一些創(chuàng)新性想法，在項目會議上由技術(shù)核心組把關(guān)，群策群力推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。
新概念直升機(jī)是未來直升機(jī)發(fā)展的方向，是充滿想象力和創(chuàng)造力的一種旋翼飛行器。新概念直升機(jī)的設(shè)計除了技術(shù)的突破，更關(guān)鍵的是創(chuàng)新精神的勃發(fā)，因?yàn)閯?chuàng)新精神是科技進(jìn)步的強(qiáng)大動力。直升機(jī)所肩負(fù)著推動中國直升機(jī)技術(shù)進(jìn)步的重任，新概念直升機(jī)的設(shè)計是必然要跨過去的門檻，這其中更重要的還是創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。世界科技日新月異，相隨相伴的正是創(chuàng)新精神。
直升機(jī)所堅持“全球視野、國際標(biāo)準(zhǔn)、開放合作、自主創(chuàng)新”的發(fā)展理念，近年來，軍機(jī)、民機(jī)雙輪驅(qū)進(jìn)，常規(guī)直升機(jī)與無人直升機(jī)比翼雙飛。直升機(jī)所總設(shè)計師吳希明曾經(jīng)擔(dān)綱了直10專用武裝直升機(jī)等多個重大型號的領(lǐng)軍重任，現(xiàn)在，一批科研骨干又在他的帶領(lǐng)下，立志開拓新概念直升機(jī)的廣闊天地。兢兢業(yè)業(yè)，孜孜以求，直升機(jī)所通過幾代人的不懈奮斗，將一架架直升機(jī)放飛藍(lán)天，朝著國際一流直升機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)的行列不斷邁進(jìn)。
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