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探索中國(guó)新概念無(wú)人直升機(jī)機(jī)

發(fā)布日期:2013-09-24我要投稿我要評(píng)論

最近幾年來(lái),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?cè)O(shè)計(jì)的幾款新概念直升機(jī)多次在國(guó)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(guó)天津直升機(jī)博覽會(huì)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(jì)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(guò)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(gè)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(guó)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(dòng)性能,在世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、人們?nèi)粘I罴艾F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)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(shí)會(huì)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(jì)技術(shù),研制適應(yīng)未來(lái)對(duì)大速度、高機(jī)動(dòng)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(shì)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(lái),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(lái),從技術(shù)特征來(lái)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(guò)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(dòng)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(shí),用復(fù)合水平推力系統(tǒng)和機(jī)翼來(lái)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(dòng)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(shí),保留并強(qiáng)化了直升機(jī)特有的近地機(jī)動(dòng)能力;三是停轉(zhuǎn)類,即在飛行過(guò)程中,旋翼槳葉停止轉(zhuǎn)動(dòng)并轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭C(jī)翼,通過(guò)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(shì)互補(bǔ),揚(yáng)長(zhǎng)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(guó)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(dòng)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(duì)的技術(shù)革命。在未來(lái)一段時(shí)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(guó)內(nèi)新構(gòu)型直升機(jī)的研制

以X2、X3為代表的國(guó)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(guó)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(guó)唯一的直升機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu),肩負(fù)著推動(dòng)我國(guó)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(duì)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(jì)人員介紹,我國(guó)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(jì)速度450千米/時(shí)、機(jī)長(zhǎng)5.12米,是一款無(wú)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(jì)階段,預(yù)計(jì)2015年首飛。K800的意義不僅在于它是我國(guó)首款新構(gòu)型高速直升機(jī),它還提供了一個(gè)驗(yàn)證平臺(tái),可以在K800這個(gè)平臺(tái)上對(duì)新技術(shù)、新方法進(jìn)行驗(yàn)證,同時(shí)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(shí);航程3106千米;使用升限8615米;作戰(zhàn)半徑大于815千米,是同時(shí)具有極強(qiáng)的近地機(jī)動(dòng)能力和過(guò)度飛行可控性,可滿足未來(lái)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),余度設(shè)計(jì)確保兩臺(tái)發(fā)動(dòng)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(cè)與健康管理能力。全機(jī)振動(dòng)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(dòng)。

清潔能源電驅(qū)動(dòng)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(wú)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(dòng)力源,利用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)方案徹底拋棄了傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)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(jì)劃,美國(guó)研制了“螢火蟲”演示樣機(jī)。為實(shí)現(xiàn)與國(guó)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(dòng)無(wú)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(dòng)新構(gòu)型、高能量比電池及管理系統(tǒng)、高功率密度電動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù),可為我國(guó)電動(dòng)直升機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)儲(chǔ)備,適應(yīng)未來(lái)國(guó)家及社會(huì)對(duì)電動(dòng)直升機(jī)的需求。

創(chuàng)新思維才能設(shè)計(jì)新概念直升機(jī)

目前國(guó)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(guó)外設(shè)計(jì)新概念直升機(jī)很有意思,就跟中國(guó)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(jì)員劉利劍說(shuō)。

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(duì)當(dāng)前我所科研和型號(hào)工作任務(wù)中的各專業(yè)問(wèn)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(gè)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(chǎng)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(gè)技術(shù)、創(chuàng)意交流的平臺(tái)。

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(píng)審團(tuán)對(duì)參賽作品打分評(píng)出獲獎(jiǎng)作品,其中多項(xiàng)獲獎(jiǎng)作品還在“創(chuàng)新杯”全國(guó)未來(lái)飛行器設(shè)計(jì)大賽中獲獎(jiǎng)。2012年在第九屆中國(guó)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(hào)“鴨嘴獸”的直升機(jī),就是直升機(jī)所飛行器大賽的獲獎(jiǎng)作品。

年輕的設(shè)計(jì)員邱良軍在新概念飛行器大賽中設(shè)計(jì)的一款“天眼”炮射無(wú)人機(jī)受到專家的好評(píng)。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(wú)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(wú)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(píng)估毀傷效果,確認(rèn)目標(biāo)被摧毀后尋找下一個(gè)目標(biāo),在機(jī)上電池耗盡后啟動(dòng)自毀裝置自毀。“無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)有加法設(shè)計(jì)和減法設(shè)計(jì)兩條研發(fā)思路。通過(guò)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(wú)人機(jī)的戰(zhàn)技指標(biāo),從而減小無(wú)人機(jī)的規(guī)模,降低技術(shù)要求和使用成本,‘天眼’炮射無(wú)人機(jī)采用的就是這個(gè)思路,是一種減法設(shè)計(jì)。”邱良軍介紹到。

為進(jìn)一步激發(fā)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新精神,把提升創(chuàng)新力作為一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃,直升機(jī)所于2009年設(shè)立了所長(zhǎng)課題基金。直升機(jī)所所長(zhǎng)邱光榮介紹,所長(zhǎng)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(yíng)造良好的研究環(huán)境,鼓勵(lì)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(jìng)爭(zhēng)、擇優(yōu)資助、鼓勵(lì)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(zhǎng)科學(xué)基金項(xiàng)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(jì)人員的創(chuàng)造力也動(dòng)足了腦筋,有些研究室實(shí)施項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)管理,在進(jìn)行項(xiàng)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(shí),首先是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人拿出一個(gè)初步方案,在團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(duì)各研究室的專利工作進(jìn)行考核,對(duì)申請(qǐng)到專利的技術(shù)予以獎(jiǎng)勵(lì)。在一些項(xiàng)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(xiàng)目,室內(nèi)技術(shù)核心組(主任+技術(shù)發(fā)展組+專業(yè)組長(zhǎng))作為技術(shù)把關(guān)組或顧問(wèn)組,對(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人提出的一些創(chuàng)新性想法,在項(xiàng)目會(huì)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(lái)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(jì)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(dòng)力。直升機(jī)所肩負(fù)著推動(dòng)中國(guó)直升機(jī)技術(shù)進(jìn)步的重任,新概念直升機(jī)的設(shè)計(jì)是必然要跨過(guò)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(jiān)持“全球視野、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、開放合作、自主創(chuàng)新”的發(fā)展理念,近年來(lái),軍機(jī)、民機(jī)雙輪驅(qū)進(jìn),常規(guī)直升機(jī)與無(wú)人直升機(jī)比翼雙飛。直升機(jī)所總設(shè)計(jì)師吳希明曾經(jīng)擔(dān)綱了直10專用武裝直升機(jī)等多個(gè)重大型號(hào)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(guò)幾代人的不懈奮斗,將一架架直升機(jī)放飛藍(lán)天,朝著國(guó)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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