直升机最早的蓝图（上）

　　直升机与原始模型

在上一世纪初，人们拓宽了气球和飞艇的使用范围，并发明了飞机。那么，飞行器能否不经地面滑跑就直接拔地而起、垂直升空，如同一只蜂鸟或猎鹰一般灵活呢？答案是肯定的，这就是后来出现而如今早已为人们所熟悉的“直升机”。

直升机，是一种通过动力装置驱动旋翼（旋转的翼片）产生升力（而不是依靠固定式机翼），能垂直起飞和降落的重于空气的载人飞行器。在外形气动布局、机体构造、飞行原理和飞行性能等方面，与常见的固定翼飞机间存在着较大的差异。

“直升机”这个名字，最早是从希腊语“螺旋”和“机翼”二词演变而来的。多少年来，人类一直都希望不仅能够实现飞翔的梦想，而且还能够做到“一蹴而飞”，也即直接从地面上腾空而起。而这样的理想，只有当直升机问世后才得以真正实现。

在中国的远古年代，早已出现了看似简单，其实却包含了直升机最基本原理的飞行玩具——竹蜻蜓。大约在公元317～420年，东晋时代的葛洪在他的书中就描述过一种和竹蜻蜓类似的”飞车”，这也许就是人类对直升机的最早向往。

竹蜻蜓是用竹木材料削制而成的一对互相扭曲的薄翼片。在其中央插入一根细棒，用双手使劲一搓，便会飞旋着升上天空，看上去如同“一个螺旋体钻入了空中”。因它的基本飞行原理和直升机一样，所以是直升机的雏型。即使按最保守的估计，竹蜻蜓的存在也已经有500年的历史。18世纪，竹蜻蜓开始传入欧美诸国，洋人们当时称其为“中国陀螺”。

1483年，意大利一代文化名人兼科学家达·芬奇，首次提出了旋翼的初始原理，并绘出了一张广为流传的著名的旋翼模型设计草图。实际上，它是一种工作于空气中的螺旋体。达·芬奇对这一设想曾做过如下描述：这是用布做成的螺旋形帆片，安装在一个竖立于圆台中的柱子上，如令其高速转动，定可飞上天去。

然而，为使达·芬奇的设想变为现实中的直升机，人们足足花去了400多年的时间。

1754年7月，“俄罗斯科学之父”、著名科学家罗蒙诺索夫第一次在俄罗斯科学院为院士们演放了自己制作的那套旋翼模型。当时的科学院院刊曾对此作过如下报道：“名誉顾问罗蒙诺索夫表演了他称之为‘飞行动力‘的模型。它通过滑轮和绳索与一个作为配重的法码相连接，藉以维持高度上的平衡。当上下两组翼片在钟表发条的驱动下旋转起来以后，便把空气压向下方，而自身获得升力并向上升起……”

罗蒙诺索夫的这套精密机械装置，应该是历史上第一个直升机的原始模型。它比真正的直升机问世早了差不多有150年。

1784年，法国生物学家罗内和工程师汴佛尼合作制作了又一具直升机的原始模型。当他在巴黎博览会和法国科学院作公开表演时，其模型飞行相当成功，直到转轴上下两端作为桨叶的羽毛散架，才掉回地面。其实这架直升机模型更象一只西方的“竹蜻蜓”。这几次飞行表演当时在欧洲曾引起小小的轰动。

翻开直升机的发展史，我们同样不能忘记被称为“英国航空之父”的乔治·凯利爵士。他很早就对来自中国的竹蜻蜓怀有浓厚的兴趣；后来，按照它的原理造出了一具十分精致的直升机原始模型。当他出示这具模型时，曾谦虚地告诉别人：更早仿造竹蜻蜓的人其实是伦敦大学的古波先生。其模型据说可以飞到8米多高。

凯利大师的模型制成于1792年，当时他29岁。该模型很别致地利用了钟表发条的弹力作为驱动力。但其真正飞行成功已是4年以后。当时的飞行高度达到30米。然而，凯利对直升机的兴趣远不止这些。1843年，他又设计出一种以蒸汽机为动力的直升机草图：4副旋翼成对安装在船形机身的前后两侧，转轴微微向内倾斜。在机身后方装有两部螺旋桨，以提供水平推进力。机身下方装有四个木轮子。机尾有一个长长的鸟尾状的十字形尾翼；而在机身头部，则雕刻着一只鸟头。它既象一辆豪华马车，又象一只展翅的凤凰。

特别应该注意到这张设计草图的一些有趣的细节：比如，当旋翼高速旋转时，每副旋翼上的8瓣桨叶将会自动合拢，变成一片圆板。此时它已转换成一副机翼，从而接替旋翼继续提供升力，使水平飞行得以持续。这样奇妙的设想产生在100多年之前，真令人吃惊。因为它和现代某些垂直起落复合式飞机方案竟如此的相像。

凯利大师不仅有超前的设计思想，而且还有准确的科学预见性。他在直升机甚至飞机都还远未成功之际，已预见到垂直升降、悬停以及水平飞行之结合对未来飞行器的重要性。这是他不同于常人的地方。

进入19世纪后，欧洲先驱们手中把玩的直升机模型渐渐多了起来。

1828年，意大利人维·萨尔迪也开始从事这方面的试验。他的直升机模型一上一下重叠装有两副转向互逆的旋翼，桨叶形状呈矩形。这种构型和今天俄罗斯卡莫夫设计集团拿手的双旋翼共轴式直升机在气动布局上有着异曲同工之妙。更有趣的是，这只模型是通过直接向桨叶冲击蒸汽来驱动旋转的，故不需要机械传动装置。

几乎是在同时，英国人迈耶却异想天开地试制了一架人力直升机！其试飞结果可想而知，肯定是失败的。

1829年，英国人伯恩用极轻的软木和鸟羽制成一只很轻的直升机模型；动力是时钟发条，飞行成功。

1863年，法国人蓬顿·达梅克尔造出以蒸汽机为动力的双旋翼共轴式直升机模型，但由于重量过重，没能飞起来。后来改用自重要轻得多的发条作为动力，才让它飞上天空。这只模型不久获得了英、法两国的专利，并用法语注册了它的全名“Helicoptere”。后人将最后一个字母e去掉，成为此后100年多来人们对直升机的统一称呼。这肯定是达梅克尔想不到的事。

1870年，阿·佩诺第一个将橡筋作为直升机模型的动力源。

1871年，波·德拉波泽设计出类似于今天单旋翼布局的直升机方案。这种直升机在机身顶端安装一副双桨叶的旋翼，并可对每一片桨叶的攻角（即迎风夹角）进行调整，以改变升力之大小。它简直就是今日直升机对旋翼所作的“变距”控制。

1876年，美国开始有人研究直升机。J·B·沃德设计了一种融直升机和气垫船于一身的组合式飞行器，但因当时的技术水平，无法制造出来。

1878年，意大利人安利可·福拉尼尼的共轴式直升机模型制造成功。它重约4公斤，采用一台功率184瓦特的小型蒸汽机作为动力。在经过多次失败以后，该模型直升机终于升空成功。最好的一次飞行高度曾达到39米，并且在不太稳定的状态下完成了30秒种的悬停（即在空中静止不动）！这是19世纪直升机模型最了不起的一次飞行。

1886年，著名科幻作家朱尔·贝鲁努在他的《征服者罗普尔》一书中，曾生动地描述过一架巨大的载人直升机。这反映了人们对直升机载人飞行的美好向往。

其实，据史料所述，飞机的发明人莱特兄弟，早年也曾与直升机模型有过一些接触。在他们的父亲从欧洲捎回的一大堆航空模型中，就包括一个由竹子做骨架、用纸蒙成旋翼、以橡皮筋作动力的共轴式玩具直升机。根据记载，由于桨叶做得偏大，飞得不太协调”。

1880年，美国大发明家托·爱迪生也想在直升机研究方面有所突破。他利用所熟悉的电动机为动力，做出一架直升机的模型。虽然在试飞中也积累了一定的数据，但终因功率不足，试验被迫终止。好胜心强的爱迪生不甘失败，他立即想到改用火药发动机来驱动模型飞行。某日，由于棉火药在实验室内发生爆炸，迫使他的这项科学实验搁浅。多年后，爱迪生不无感慨地对人说过：“如果我们拥有强力的发动机，那么什么样的飞行器都能造出来，直升机也不例外。”

相当长的时期内，基于技术水平所限，动力问题长期得不到解决，所以人们在直升机技术发展方面一直进展缓慢。原因很简单：同样重量的直升机，所需功率要比飞机大得多。

在大约100多年的时间里，世人对直升机的研究仅局限于模型试验，走过了一条漫长而曲折的道路。航空先驱们曾先后采用钟表发条、弓、橡皮筋、蒸汽机、电动机、火药发动机甚至人力作为动力进行试验飞行，但成功者寥寥无几。因为要进一步发展全尺寸的载人直升机，首先必须有一种既轻又强力的发动机。20世纪初，汽油内燃机（航空上称活塞式发动机）的实用化，给各种载人飞行器的研制点燃了希望的火花。由于内燃机在发出同样大小的功率时，其本身自重要比蒸汽机轻得多，因此其功率与重量之比要大得多。

布雷盖实现了“垂直腾空”

第一个全尺寸直升机的研制者还是法国人。他就是飞机设计大师路易·C·布雷盖。布雷盖于1880年出生在巴黎。年轻时的他因耳闻目濡了前辈们在飞机研制中所遇到的种种艰难，于是萌发了何不另辟蹊径“先行”研制直升机的想法。在认真请教了理契特博士以后，1906年布雷盖试制出一架布雷盖/理契特式旋转翼飞行器。该机的正名是”陀螺飞机1号”。从当时人们对直升机及旋翼的粗浅认识来看，取这样一个形象化的名字再恰当不过了。

不管怎么说，这是人类问世最早的载人直升机，而不仅仅是一个小模型！布雷盖为它安装了一台29千瓦的安东尼特发动机。其实，用它来驱动4副旋翼真的有点勉为其难。这架直升机看上去与其说是一架飞行器，倒不如说更像一座由许多纵横交错的横梁和竖杆搭起来的脚手架。

试飞的日子终于到了，1907年9月19日，布雷盖请到一位体重很轻的男子充当”陀螺飞机1号””的机长，试验场设在杜埃某地。随着发动机的启动，整架直升机在4条传动皮带的运作下颤抖起来。连同驾驶员在内总重达577公斤的”陀螺飞机1号”终于摆脱了地心引力的束缚，挣扎着离开了地面，飞行高度0.6米。

因为布雷盖处女作的操纵性很差，所以整个试飞过程中，飞行器的4副旋翼下必须各有4名助手，手执长杆‘搀扶”着它才能实现升空。故从严格意义上说该机还不能算是“自由飞行”。

10天以后，“陀螺飞机1号”的飞行高度有了很大提高，已达到1.5米。这个数据在今天看来可能微不足道，但在航空史上却足以画上一个大大的惊叹号！据非正式记载，在后来某次试飞中，该机突然挣脱了人们的搀扶，跌跌撞撞飞出90米，最后摔在一片甜菜地里成了一堆废铁，但却令这位航空设计师喜出望外。

尽管有这样的传说存在，但布雷盖的直升机确实难以完全“自主飞行”。因此，航空史学家们一般不承认它是一架完全成功的直升机。

由于在研制直升机的过程中，还有许多未知的技术障碍需要加以克服，因此后来这位法国人决定先把全部精力投入到对飞机的研制中。这种半途改弦更辙的作法曾发生在好几位航空先驱的身上。

科尔尼发明了直升机

同样是在法国，家住诺曼底利矶厄地区的保罗·科尔尼，是又一位致力于直升机研制的奇才。1906年，科尔尼先造出一架直升机模型用于基础研究。这架模型装有1.5千瓦的老式比歇牌发动机，重量12.7公斤，并第一次采用了双旋翼并列式布局。

1907年8月，保罗·科尔尼研制出一架全尺寸的载人直升机。11月13日，是航空史上一个重要时刻，科尔尼亲自驾驶它首次完成了处女航。该机在无外力帮助下，自由腾空并悬停空中数分钟，离地高度0.3米。人类首次实现了有动力直升机的载人垂直飞行！科尔尼用事实雄辩地向世人证明：即使用旋转机翼，照样也能把人送上天空。

从纯技术角度来讲，由保罗·科尔尼所创造的奇迹，丝毫不逊色于4年前莱特兄弟的创世纪飞行。

航空历史书把科尔尼的飞行器称作为“人类第一架直升机”。

这架没有正式取名的直升机采用的是双旋翼纵列式气动布局，即在机体的一前一后两端，各安装有一副旋翼。这种布局和今天的CH-47“支努干”直升机的布局完全一样。两副旋翼不论是反向旋转还是同向旋转，都能相互抵销各自产生的扭矩，使机身不至于出现团团转的现象。一台18千瓦的安东尼特活塞式发动机，通过总长度为22米的交叉式皮带与前后两副旋翼相连接。旋翼的主体是一个绷满钢丝的大钢圈（近似于自行车的车轮钢圈），而传动皮带就盘绕在钢圈上。整架直升机看上去，极像是一辆卧倒的自行车。钢圈外径上装有两片桨叶，构成直径6米的旋翼。桨叶用钢管焊成骨架，外面蒙上绸布形成叶片。为了实现水平飞行，科尔尼没有另装常规的螺旋桨，而是别出心裁地在每一副旋翼下方安装了一块可倾斜的平板，希望让旋翼向下排出的气流冲击在平板上，以产生一个附加的水平拉力，牵引直升机向前飞行。（未完待续）责任编辑：东冬■

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