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直升机问世80年,它的发展经过了哪些重大变化

时间:2017-04-21 | 浏览量:1012

直升机进入实用期后,其重大技术进展仍然像探索期的突破点一样,是在动力装置和旋翼方面。首先是涡轴发动机的采用。20世纪50年代在军用飞机上开始发展了涡喷发动机, 使飞机的速度和其他性能发生了飞跃。以涡喷发动机为基础,在尾喷气流中安置了动力涡将喷流的动能转换为轴功率,创造了适用于驱动直升机旋翼旋转的涡轴发动机。当代涡轴发 动机的功率重量比大约是活塞式发动机的振倍,耗油率低于活塞式,而且能够制造大功率的发动机。直升机采用涡轴发动机代替活塞式发动机,不仅使直升机的飞行性能上了一个台 阶,而且使制造大型或重型的、航程远、航时长的直升机成为可能,应用领域大为扩展。


第二项重要的技术进展是采用复合材料的旋翼桨叶。早期的旋翼桨叶为木质或金属/木质混合结构。60年代发展了全金属桨叶,70年代开始使用复合材料桨叶,并且很快发展和普及,不仅新机采用,一些原装有金属桨叶的现有直升机也纷纷换用。复合材料桨叶的应用,不仅显着改善了气动性能,而且使直升机的适用性更佳,维护大为简化,而最大的优势 是其疲劳性能特别好,桨叶的寿命从早期的几百小时增加到上万小时或无限寿命。


另一项重大进展是桨毂的结构形式。早期的全金属铰接式桨毂结构复杂,重量大且维护工作量大,而且寿命仅几百小时。在实用期的几十年中,桨栽结构不断改进,出现了许多种型式,进步点集中在用弹性铰或其他柔性组件取代金竭轴承,直到近期出现了全复合材料的无轴承旋翼,达到了简化、长寿、无维护的要求,是直升机发展阶段的又一里程碑。


当然,旋翼(桨毂、桨叶)的更新换代必然包含着空气动力学和结构动力学及其他学科领域的新成就。直升机的技术发展往往是这样:改蕃飞行性能的要求使得人们在空气动力学 方面提出新的方案(例如旋翼的异型桨尖),或改善使用效能的要求推动了新结构型式的产 生(例如无轴承桨毂方案)。而气动和结构设计方面的新思想会给动力学以及工艺等方面带来新的课题,解决了这些难题;气动或设计方面的新方案才能得以实用,使直升机技术提髙 到一个新的水平。


除了旋翼和发动机这两个关键方面的重大进展之外,航空电子系统迅速发展也为直升机的发展做出了重要贡献,包栝信息、显示、任务管理、故障监测、增控增稳、火力控制等各 系统,对提高直升机的使用效能和飞行安全的改善起着重要作用。这方面的技术进步目前仍在迅速发展之中。


在已往的大约半个世纪中,直升机在技术上经历了几项重大的突破性进展,从技术特征 来看,大体上可以分为四代:


第一代直升机


从第一架可以正式飞行的直升机在20世纪30年代末问世至60年代初期,是第一代直升机发展阶段。主要技术特征是:安装活塞式发动机;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。最大平飞速度约200km/h,全机振动水平(约0.20g)、噪声水平(约110dB)均较髙。典型的机型如米 -4、Bell 47等直升机。


第二代直升机


从60年代初期到70年代中期,发展了第二代直升机。主要技术特征是:安装了第一代

涡轮轴式发动机;全金属桨叶与金属铰接式桨毂构成的旋翼;机体主要仍为铝合金半硬壳式结构;开始采用最初的集成微电子设备。最大平飞速度约达250km/h。振动水平(约0.15g)、噪声水平(约1OOdB)有所降低。典型的机型有米-8、“超黄蜂”等直升机。


 第三代直升机


从70年代中期至80年代末,属于第三代直升机发展时期。主要技术特征是:安装第二代涡轴发动机;全复合材料桨叶及带有弹性组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较先进的飞行控制系统。最大飞行速度约达300km/h。振动水平(约0.10g)、噪声水平(约90dB)又进一步得到控制。典型的机型有 “海豚”、“山猫”、“黑鹰”、“阿帕奇”等直升机。


 

第四代直升机


从90年代以来,直升机技术发展进入第四代,也是当今最先进的一代。主要技术特征 包括:安装第三代涡轴发动机;装有进一步优化设计的翼型、桨尖和先进的复合材料旋翼桨叶,无轴承或弹性铰式等新型桨毂;机体结构大部分或全部使用复合材料;操纵系统改为电 传操纵;机载电子设备采用数据总线、综合显示和任务管理;先进的飞行控制、通信导航等系统。最大平飞速度已约达315km/h。振动水平(约0.05g)、噪声水平(约80dB)已得到良好控制$典型的机型有“科曼奇”、NH-90等直升机。


当今在世界各地已有数万架直升机在使用,应用于众多领域,表明直升机的发展不久将从实用期进人技术上的成熟期,随后将是应用上的普及期。预计经过几十年的发展,直升机 将会像今日的汽车那样,以技术上的成熟来提供安全、高效、方便的服务,达到应用上的普及。