虽然古老的玩具和绘画表明,直升机的基本原理可以追溯到几个世纪之前,但直升机作为可用的飞行器的历史被认为是从1939年西科斯基的VS-300开始的。因此,实用的直升机发展要比实用的飞机晚30年。
法德合资的欧洲直升机公司(Eurocopter)负责研究和技术的经理海尔姆特 · 胡伯认为,直升机是十分有用的东西。他认为,固定翼飞机的技术发展已趋向成熟,而直升机仍有巨大的尚待开发的潜力。如果投入足够的力量去研究的话,可能在未来的年代里有突飞猛进的发展。
欧洲直升机公司的德国部分称欧洲直升机德国公司正在争取德国政府支持一项新的民用直升机研究计划。德国政府许诺,今后4年内拿出6亿马克来支持德国民用航宇研究,其条件是航宇制造业自己拿出同等数量的钱来。欧洲直升机公司希望得到研究基金的15%用于“2010年直升机”计划,至少拿到10%(即6000万马克)。
下面根据胡伯提供的材料,介绍“2010年直升机”计划的主要内容。
“2010年直升机”计划的目标是开发15年内民用直升机设计中可能用到的技术。15年是新技术成熟的需要时间,欧洲直升机公司已经确定了它希望在计划中达到的关键性技术目标,其中包括,未来的直升机经营成本降低一半,有全天候能力,速度更快、更舒适、更安静,
噪声是关键问题减少噪声是“2010年直升机”计划要努力达到的最重要的目标。这里包括减小直升机内部和外部的噪声。希望舱内噪声级能达到80分贝以下。这相当于目前固定翼飞机的水平;外部噪声级达到低于国际民航组织(ICAO)规定的极限10分贝的水平。
随着人类对生态环境越来越重视,对直升机噪声#管制会更加严格。有些地方制定的噪声限制标准甚至比国际民航组织更严格。这意味着,对未来的直升机必须投入更多的力量去降低噪声。欧洲直升机公司的EC135轻型直升机已达到外部噪声级低于ICAO极限5分贝。再要降低则需要新技术了。
主旋翼及尾翼是外部噪声的主要源头。公司正在集中力量注意这个方面。一种方法是采用高级叶尖设计,以减少可压缩效应造成的噪声,前行浆翼的翼尖通常速度是M0.9~0.95,产生出激波,这时噪声很大。解决办法要不使翼尖后掠,要不降低转速。但控制翼尖的气动力会造成叶片结构的复杂化。这继而影响叶片的寿命和成本。
但降低叶尖速度却是一种没有开发的领域,虽然从这儿可获得的好处很有限。据认为,旋翼转得越慢,叶片的载荷越大;同样,转得慢,力矩亦大。这就要求减速装置和尾桨做的工作更多,主旋翼也更重了。为此,转速可变的旋翼将有最佳的优点。这样直升机在低空时,其主旋翼可转得慢些,因为低空对减小噪声更为迫切,在高空可转得快些。迄今为止,研究的可变转速旋翼的速度变化只有百分之几。将来达到15%是可能的,尽管这要以增加空重为代价。
另一种方法是采用主动旋翼控制,以对付叶片旋涡互相作用(BVI)引起的噪声。一个叶片与叶片转动产生的高能量的叶尖旋涡相撞击就产生BVI。采用叶片主动控制技术,诸如更高度和谐控制(HHC)可缓和这个问题。
让座舱变得安静些舱内噪声是研究人员面临的另一个问题。现代直升机舱内的国际噪声水平是90分贝左右,因定翼客机约为80分贝。这个问题相当复杂,因为直升机的动力装置十分接近小小的客舱。这里需要对付频谱很宽的噪声:从低频的旋翼旋涡的隆隆声到减速机构产生的音调很高的嘎嘎声。为对付这些,欧洲直升机公司的工程师们正在制订整体减噪方案。选用适当的被动和主动控噪装置,如海尔姆 · 霍尔茨谐振器及主动板,即安装在舱壁中的压陶瓷板,通电后能发生振动以阻尼入侵进来的噪声,给予摧毁性的干扰。主动吸收装置也可以用,即把减速器与其他机体隔断,防止噪声传遍整个机体结构。振动也降低旅客的舒适程度。欧洲直升机公司正在考虑采用被动和主动手段把主旋翼及减速器在六轴方向上全面地与机体隔断。这个原理在直升机上已经用了。不过今天的隔断系统只在三轴方向上起作用,
目前坐在直升机里的人感受到的振动加速度约为0.1 g,在“2010年直升机”计划中能达到0.02 g ~ 0.05 g的水平。
全天候飞行能力“2010年直升机”计划的另一个主要目标是开发直升机的全天候能力,使之能在零能见度条件下飞行,这对救援工作特别重要。与此相关的第一个技术是采用卫星导航。救援直升机用一辆特殊装备的警车作地面站,就可利用差分全球定位能力,给出与警车相对位置。精度达到几米。把这种导航能力与三维数字式绘地图的能力结合起来,能绘出周围景象的精确的图,还标出直升机的位置。
欧洲直升机公司也在研究在能见度差的情况下采用快速扫描激光束来探测障碍,虽然这个系统不能在有雾和降雪时使用。因为那种情况下波束散射了。正在研制的全天候系统是安装在旋翼上的Heli雷达——一种旋翼天线合成孔经雷达(SAR)。这可给驾驶员提供一个人工的外部视景。SA只能产生高分辨力图像,即使在最差的天气条件下也不例外。系统采用频率特高的雷达波束(约35000兆赫),随着旋翼的旋转来扫描地形景象并产生图像。天线安装在旋翼头上十字形架子上。雷达回波由功能极强的计算机(正在研制)转换成图像。这种计算机处理能力为每秒1千万次运算。天线支承结构及收发机装置的原型已经安装在一架Bk-117直升机上,准备今年晚些时候试飞。一台开发用模拟器也已制造好,以评估各种驾驶员界面系统。公司目前考虑,系统将产生的影像显示在下视液晶显示器上。平视显示器亦在考虑之中,但将这样详细的雷达图像显示在平视显示器上将是极端困难的。据说,这个方案吸收了德国防务部门的兴趣。这种技术估计5~8年能进入实用阶段。
[Flight International,1995年6月28日]