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本文將系統(tǒng)地梳理共軸剛性旋翼的概念原理，分析國(guó)外共軸剛性旋翼帶推力槳構(gòu)型的高速直升機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)歷程，以及當(dāng)前的型號(hào)預(yù)發(fā)展情況，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)美軍未來(lái)高速直升機(jī)型號(hào)與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的分析，提煉并概括下一代軍用直升機(jī)的典型技術(shù)特征，并對(duì)國(guó)內(nèi)高速直升機(jī)的發(fā)展提出建議。

目前無(wú)人機(jī)主要執(zhí)行的是航拍、監(jiān)測(cè)環(huán)境、農(nóng)業(yè)植保等任務(wù)載荷，且大部分無(wú)人機(jī)以多旋翼為主。多旋翼無(wú)人機(jī)是靠螺旋槳轉(zhuǎn)速的變化，來(lái)調(diào)整力和力矩的，實(shí)現(xiàn)多旋翼無(wú)人機(jī)的飛行運(yùn)動(dòng)控制。對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)的槳葉來(lái)說(shuō)， 一方面，槳葉尺寸越大，越難以迅速改變其速度。也正是因?yàn)槿绱耍瑹o(wú)人直升機(jī)主要是靠改變槳距而不是速度來(lái)改變升力。另一方面，在大載重下，槳葉的剛性需要進(jìn)一步提高。

與普通直升機(jī)不同的是，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)為雙旋翼飛行器，沒(méi)有尾槳，而且需要考慮機(jī)翼機(jī)身等機(jī)體部分的氣動(dòng)力。直升機(jī)模態(tài)下，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的控制方式也與普通直升機(jī)有很大差異，其控制量為旋翼總距、總距差動(dòng)、旋翼橫向周期變距和縱向周期變距。

其實(shí)類(lèi)似“支奴干”這樣的縱列雙旋翼直升機(jī)，俄羅斯（前蘇聯(lián)）才是大哥，美國(guó)是后來(lái)者。因?yàn)槊绹?guó)的“支奴干”并不是全球第一款的縱列雙旋翼重型運(yùn)輸直升機(jī)，俄羅斯（前蘇聯(lián)）才是第一個(gè)搞出來(lái)類(lèi)似的縱列雙旋翼重型運(yùn)輸直升機(jī)國(guó)家。蘇聯(lián)時(shí)期研發(fā)的雅克-24縱列雙旋翼直升機(jī)于1953年首飛，1955年服役，比美國(guó)的“支奴干”整整早了8年。

目標(biāo)位置處降噪手段則包括為駕乘人員配備主動(dòng)降噪耳機(jī)、消音耳塞等。 聲學(xué)有限元仿真分析是進(jìn)行直升機(jī)降噪設(shè)計(jì)的有效手段，可以在型號(hào)設(shè)計(jì)之初預(yù)估出機(jī)艙內(nèi)外噪聲水平，給出降噪設(shè)計(jì)建議，評(píng)估降噪技術(shù)效果，大幅減少了后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)和測(cè)試成本。目前，直升機(jī)噪聲的仿真分析主要集中在旋翼和尾槳噪聲等艙外噪聲上。王普緣應(yīng)用有限元方法，分析得出在中速前飛狀態(tài)下，旋翼噪聲在直升機(jī)全機(jī)總噪聲中的占比超過(guò)90％。

這是一個(gè)高細(xì)節(jié)的直升機(jī)旋翼組件 SolidWorks 模型，包含 4 個(gè)主槳葉、斜盤(pán)機(jī)構(gòu)、俯仰控制連桿和執(zhí)行器。該設(shè)計(jì)展示了機(jī)械運(yùn)動(dòng)如何通過(guò)斜盤(pán)從執(zhí)行器傳遞到旋翼槳葉，從而控制俯仰、滾轉(zhuǎn)和升力。

對(duì)于農(nóng)業(yè)用途，我們必須降低無(wú)人直升機(jī)產(chǎn)生的噪音，因?yàn)樗鼈儗w越住宅區(qū)周?chē)奶镆啊?em>降噪還有助于減輕操作員的疲勞。到目前為止，我們主要通過(guò)采用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)降噪。但是，現(xiàn)在想要更進(jìn)一步，降低主旋翼造成的噪音” 設(shè)計(jì)無(wú)人直升機(jī)的挑戰(zhàn) 直升機(jī)的主要聲音來(lái)源之一是主旋翼葉片引起的流體噪聲。

整機(jī)性能：多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，電動(dòng)旋翼和電動(dòng)螺旋槳在直徑尺寸和數(shù)量上，能夠根據(jù)飛行器需要功能靈活配置，易于翼身融合整體設(shè)計(jì)。參閱《為武裝直升機(jī)改裝涵道風(fēng)扇飛行翼》 電動(dòng)旋翼和電動(dòng)螺旋槳直徑尺寸小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速可調(diào)可控，易于飛行器減振降噪設(shè)計(jì)。

</strong></p><p class="ql-align-justify">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;如果軍隊(duì)未來(lái)能用無(wú)聲直升機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上悄無(wú)聲息地輸送部隊(duì)和物資，作戰(zhàn)任務(wù)的隱秘性將大大提升。因此，美國(guó)陸軍研究人員將直升機(jī)的降噪技術(shù)視為飛機(jī)設(shè)計(jì)的重中之重。

傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可在直升機(jī)模式、固定翼飛機(jī)模式和兩者之間過(guò)渡模式飛行，集直升機(jī)和固定翼飛機(jī)飛行特點(diǎn)與一身。相比傳統(tǒng)直升機(jī)，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的飛行速度大幅提高，飛行包線更大，應(yīng)用范圍更加廣闊；與固定翼飛機(jī)相比，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)大大降低了對(duì)場(chǎng)地的要求，提高了空間靈活性。

近日，美國(guó)貝爾直升機(jī)公司首次展示了貝爾360“不屈”（Invictus）偵察攻擊直升機(jī)首架原型機(jī)的整機(jī)。據(jù)稱(chēng)，目前這一原型機(jī)已經(jīng)完成了接近90%，剩下的工作主要與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)。貝爾360為單旋翼輕型偵察攻擊直升機(jī)，由貝爾525商用直升機(jī)改裝發(fā)展而來(lái)。此前的2021年8月11日，貝爾直升機(jī)公司也曾發(fā)布過(guò)一些貝爾360制造中的照片。

地球上的直升機(jī)飛行高度記錄由法國(guó)人弗雷德里克·諾斯(Frédéric North)創(chuàng)造，為4.25萬(wàn)英尺。空氣極為稀薄的平流層制約了諾斯的直升機(jī)旋翼，使他無(wú)法超越這一高度。火星表面的大氣密度相當(dāng)于地球表面10萬(wàn)英尺高度的水平。“機(jī)智號(hào)”直升機(jī)依靠輕量型設(shè)計(jì)、大型同軸旋翼和較低的火星重力，才能在如此極限的條件下飛行。

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，直升機(jī)逐漸出現(xiàn)在大眾的視野。直升機(jī)飛行時(shí)，旋轉(zhuǎn)的槳葉會(huì)提供巨大的升力，讓直升機(jī)翱翔在藍(lán)天。在20世紀(jì)40年代至50年代中期是實(shí)用型直升機(jī)發(fā)展的第一階段，卡-18就是典型代表——單發(fā)雙旋翼共軸式輕型多用途直升機(jī)。

該公司的產(chǎn)品線非常廣泛，包括民用、政府、軍事、執(zhí)法和私人/公共綜合用途全系列旋翼直升機(jī)。 ▲圖- 1 空客直升機(jī)產(chǎn)品系列 為了獲得國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)（如：歐洲航空安全局(EASA)、美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)）的適航證書(shū)，空客直升機(jī)公司和其他飛機(jī)制造商一樣，必須確保其產(chǎn)品和系統(tǒng)符合一系列適航認(rèn)證規(guī)范。

該公司的產(chǎn)品線非常廣泛，包括民用、政府、軍事、執(zhí)法和私人/公共綜合用途全系列旋翼直升機(jī)。 ▲圖- 1 空客直升機(jī)產(chǎn)品系列 為了獲得國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)（如：歐洲航空安全局(EASA)、美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)）的適航證書(shū)，空客直升機(jī)公司和其他飛機(jī)制造商一樣，必須確保其產(chǎn)品和系統(tǒng)符合一系列適航認(rèn)證規(guī)范。

直升機(jī)能夠升空飛行，是由旋翼提供上升的動(dòng)力。旋翼由槳轂和數(shù)片槳葉構(gòu)成，槳轂安裝在旋翼軸上，形如細(xì)長(zhǎng)機(jī)翼的槳葉則連在槳轂上。槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)與周?chē)諝庀嗷プ饔茫a(chǎn)生沿旋翼軸的拉力，如果相對(duì)氣流的方向或各片槳葉的槳距不對(duì)稱(chēng)于旋翼軸，還產(chǎn)生垂直于旋翼軸的分力。在直升機(jī)上，旋翼軸方向近于垂直，因此旋翼首先具有機(jī)翼的功能，產(chǎn)生向上的力。

該公司的產(chǎn)品線非常廣泛，包括民用、政府、軍事、執(zhí)法和私人/公共綜合用途全系列旋翼直升機(jī)。 ▲圖- 1 空客直升機(jī)產(chǎn)品系列 為了獲得國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)（如：歐洲航空安全局(EASA)、美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)）的適航證書(shū)，空客直升機(jī)公司和其他飛機(jī)制造商一樣，必須確保其產(chǎn)品和系統(tǒng)符合一系列適航認(rèn)證規(guī)范。

關(guān)鍵詞：民用高速旋翼飛行器；效能分析；交通運(yùn)輸應(yīng)用；中遠(yuǎn)程應(yīng)急救援；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展戰(zhàn)略 作者簡(jiǎn)介：吳希明，男，研究員，博士生導(dǎo)師，南京航空航天大學(xué) 80 級(jí)校友，國(guó)務(wù)院特殊津貼專(zhuān)家、航空工業(yè)飛行器總體技術(shù)首席技術(shù)專(zhuān)家、直 10 及直 19 武裝直升機(jī)型號(hào)總設(shè)計(jì)師，研究方向：直升機(jī)總體設(shè)計(jì)、高速旋翼飛行器總體設(shè)計(jì)等。