從1907 年世界上第一架直升機誕生至今，直升機技術始終在不斷發(fā)展進步。近年來，直升機技術表現出跨代發(fā)展特征，各技術領域均有較大突破。當前，以NH90、AW101 和CH-53K 為代表的已經或即將投入使用的最新一代直升機所采用的標志性技術主要包括復合材料機身、無軸承/ 無鉸或球柔性槳轂、多段高性能翼型和三維槳尖形狀的槳葉、綜合航電系統(tǒng)、電傳飛控系統(tǒng)、健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS）等。同時，一些更為先進的新構型、子系統(tǒng)及先進結構研究也取得很多成就，先進復合構型高速旋翼飛行器技術獲得突破，距離產品成形已為時不遠。
專用關鍵技術發(fā)展
直升機的專用關鍵技術主要包括總體設計技術、旋翼系統(tǒng)技術、傳動系統(tǒng)技術和發(fā)動機技術，這些技術凸顯了直升機的特色，直接決定了直升機的性能優(yōu)劣。其中，作為“三大動部件”的旋翼系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和發(fā)動機技術復雜、研制難度大；總體設計即圍繞“三大動部件”展開，系統(tǒng)集成的復雜程度高。
01 總體設計技術
隨著直升機各專項技術、信息化技術及工程優(yōu)化設計方法的發(fā)展和成熟，直升機總體設計已從傳統(tǒng)的面向性能設計轉變?yōu)槊嫦蚪洕沙惺苄院唾|量設計，形成了針對客戶需求的總體技術方案設計能力。在直升機研制過程中，多學科優(yōu)化設計、全壽命周期費用設計、并行設計、魯棒設計等總體設計方法已得到廣泛應用。同時，隨著綜合設計軟件的發(fā)展，直升機總體工程設計已擁有了良好的優(yōu)化平臺。未來，直升機總體設計將進一步向綜合化、數字化方向發(fā)展，設計方法的綜合程度將越來越高，涉及的學科也將越來越廣，總體設計優(yōu)化程度不斷提高，推動全機性能水平和經濟可承受性的提升。
02 旋翼系統(tǒng)技術
作為直升機升力、操縱力和推進力的主要提供單元，旋翼系統(tǒng)始終是直升機的核心技術領域，其技術先進性是衡量直升機技術水平的重要標志。為滿足不斷提升的直升機性能要求，近年來旋翼系統(tǒng)技術發(fā)展勢頭迅猛，懸停效率和升阻比已分別提高到0.78 和10.5 左右。旋翼技術進步主要體現在以下幾個方面：
·旋翼槳轂構型實現換代。球柔性槳轂和無軸承槳轂開始普遍應用，結構大幅簡化、控制響應更快，新研及升級型號幾乎都采用這兩種槳轂。
·一系列高性能先進翼型開始應用，槳葉氣動性能持續(xù)提升（圖1）。如法國onERA 最新翼型OA409 比OA209 升力系數提高了11%，比早期常用的NACA0012 提高了33%。先進槳尖形狀設計使旋翼氣動效率進一步提升，如英國開展的“英國試驗槳葉計劃”第四期（BERP Ⅳ），就在第三期（BERP Ⅲ）成果基礎上進一步加大了槳尖部分弦長、后掠角和下反角，并優(yōu)化了三維形狀。飛行試驗結果表明，BERP Ⅳ旋翼比BERP Ⅲ的懸停需用功率減少5%，高溫- 高原巡航需用功率降低10%~15%，飛行包線擴展約10%；結構響應主動控制系統(tǒng)在BERP Ⅳ上得以應用，試驗表明振動水平降幅70% 以上，最高降幅達87%。
· 先進旋翼子系統(tǒng)技術取得進展，如智能旋翼、伺服襟翼單片槳葉控制、優(yōu)化轉速旋翼技術。其中，優(yōu)化轉速旋翼技術在波音的無人直升機A160“蜂鳥”上進行了驗證，大幅提高了航程和續(xù)航時間，其作戰(zhàn)半徑超過1852km，續(xù)航時間大于20h。另外，美國國防高級研究計劃局（DARPA）在2010 年啟動了名為“任務自適應旋翼”（MAR）的新構型旋翼概念開發(fā)項目，通過改變旋翼長度、后掠角、弦長、翼型弧度、槳尖形狀、扭轉角、剛度、轉速以及其他參數，以適應不同飛行狀態(tài)，實現有效載荷和航程的大幅增加。
03傳動系統(tǒng)技術
直升機先進傳動系統(tǒng)的技術特點突出表現在高可靠性、高安全性、高效率、低成本和低噪聲等方面。目前，AH-64D、NH90、AW101 等機型的主減速器大修間隔可達3000h 以上，主減速器傳動（三級）效率超過97.3%，干運轉能力可達45min。同時，國外在總體構型、系統(tǒng)可靠性、齒輪動態(tài)特性和行星傳動效率、高重合度傳動、推力圓柱滾子軸承、陶瓷軸承等方面開展了一系列研究工作，部分成果已投入應用。如AH-64E傳動系統(tǒng)運用了新型分扭傳動技術和NASA 格倫研究中心開發(fā)的面齒輪技術，不僅沒有增加整個系統(tǒng)的尺寸和重量，而且提高了25% 的傳輸功率，額定功率由2088kW 提升至2536kW，壽命也增加了1 倍，提升到10000h。
04渦軸發(fā)動機技術
目前，第四代渦軸發(fā)動機已得到廣泛應用，主要特點是普遍采用全權數字式電子控制系統(tǒng)，總壓比超過14，渦輪進口溫度進一步提高，壽命延長和可靠性大幅提高等。第四代渦軸發(fā)動機采用了許多新的結構和設計技術，包括雙級離心式壓氣機或多級超跨音速軸流加離心混合式壓氣機、回流環(huán)形燃燒室、空心氣冷葉片和陶瓷材料，并采用主動間隙控制技術縮小葉尖間隙，進一步提高了燃氣發(fā)生器的熱力循環(huán)參數和部件效率（圖2）。
這些新技術的應用，使新型渦軸發(fā)動機的總壓比達到14~20，渦輪前溫度達到1300~1500K ；耗油率達到0.275kg/（kW·h）水平，普遍比第三代降低8% 左右，與活塞發(fā)動機相當；典型產品單位功率達到300kW/（kg/s），比第三代提高超過10% ；結構更加簡單，維修更加方便，在外場只需簡單支架和少量專用工具，就可在短時間內完成維修工作；普遍具有10%~20% 的功率儲備，在輪廓尺寸不變的情況下，可通過增加流量和渦輪進口溫度進一步提高功率；操縱性好，發(fā)動機控制系統(tǒng)對功率變化適應性出色，在應急情況下能夠穩(wěn)定安全地超負荷工作；抗損傷能力更優(yōu)，確保發(fā)動機在惡劣的環(huán)境下能夠安全工作。同時，第四代渦軸發(fā)動機的單元體結構設計和低耗油率特征，直接降低了全壽命周期費用。
從目前啟動的先進研究計劃看，未來渦軸發(fā)動機的發(fā)展趨勢仍是通過開發(fā)各種先進技術來提高功重比、降低油耗，并增強對高溫- 高原等嚴苛使用環(huán)境的適應能力。下一代渦軸發(fā)動機可能在結構上采用革命性的設計，比如使用變轉速動力渦輪并應用自適應結構等。未來的渦軸發(fā)動機結構會更加簡單，僅需幾個扳手就能進行拆卸，大幅降低維護時間和成本。
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