與固定翼飛機(jī)相比，直升機(jī)可以垂直起降，能夠在低空超低空的“一樹之高”飛行，在工業(yè)生產(chǎn)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、軍事行動(dòng)等方面都可以發(fā)揮著突出作用。世界各國(guó)都非常重視直升機(jī)發(fā)展，但能夠獨(dú)立研發(fā)生產(chǎn)直升機(jī)的國(guó)家并不多。直升機(jī)研發(fā)要經(jīng)過論證、方案設(shè)計(jì)、工程研制、定型和生產(chǎn)等多個(gè)階段。在設(shè)計(jì)階段，確定直升機(jī)的構(gòu)型是一項(xiàng)非常重要的工作。目前有多種成熟的直升機(jī)構(gòu)型應(yīng)用到不同的直升機(jī)上，究竟哪一種更完美呢？

一、單旋翼帶尾槳構(gòu)型

單旋翼帶尾槳是直升機(jī)最傳統(tǒng)的構(gòu)型。機(jī)頭上方水平安裝的主旋翼提供上升動(dòng)力，機(jī)尾處近乎垂直安裝的是尾槳。尾槳不產(chǎn)生升力，主要是用來(lái)抵消主旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)在機(jī)身上產(chǎn)生的反扭力矩。尾槳直徑雖然比主旋翼要小得多，但是必不可少的。空中飛行時(shí)尾槳一旦失效，則直升機(jī)將無(wú)法保持狀態(tài)，機(jī)身螺旋式轉(zhuǎn)動(dòng)，高度會(huì)迅速下降。

圖1 中國(guó)的直-20直升機(jī)（圖片來(lái)源：騰訊網(wǎng)）

單旋翼帶尾槳這種構(gòu)型相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)也比較成熟，選擇該構(gòu)型的直升機(jī)數(shù)量最多。隨著新型航空電子設(shè)備、新型材料技術(shù)不斷進(jìn)步，旋翼構(gòu)型的不斷優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)功率提升，單旋翼帶尾槳直升機(jī)不斷煥發(fā)新的生命力。

二、雙旋翼構(gòu)型

單旋翼帶尾槳直升機(jī)的尾槳是不產(chǎn)生升力的，但要消耗10%～15％左右的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因此，出現(xiàn)了雙旋翼構(gòu)型直升機(jī)，有兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋翼，可以相互抵消反扭力矩，不需要尾槳。

（一）縱列式雙旋翼

目前，世界上只有一款縱列式雙旋翼直升機(jī)列裝，即美國(guó)的CH-47支奴干直升機(jī)。CH-47在外觀上非常搶眼，很具有辨識(shí)度。機(jī)體上方兩個(gè)旋翼串聯(lián)，沒有尾槳。兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身后部。后旋翼安裝位置比前旋翼要高，這樣可以避免兩個(gè)旋翼葉片發(fā)生碰撞。

圖2 美國(guó)CH-47支奴干直升機(jī)（圖片來(lái)源：騰訊網(wǎng)）

與單旋翼比，前后雙旋翼布局，提升了飛行穩(wěn)定性，飛行受直升機(jī)重心變化影響小，特別是懸停能夠更穩(wěn)定，能夠滿足特殊作戰(zhàn)場(chǎng)景需要。較長(zhǎng)的機(jī)艙空間較大，可以裝載更多的人員和物資。但縱列雙旋翼直升機(jī)研發(fā)門檻高，技術(shù)復(fù)雜，投入大。另外，直升機(jī)的操縱系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜，裝備保障要求和費(fèi)用高。

（二）共軸式雙旋翼

共軸式雙旋翼是把兩個(gè)旋翼安裝在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，上下排布，旋轉(zhuǎn)方向相反，反扭力矩可以相互抵消。俄羅斯的卡－28、卡－52直升機(jī)都采用了這種布局。

圖3 中國(guó)進(jìn)口的K-28直升機(jī)（圖片來(lái)源：網(wǎng)易）

由于沒有尾槳，縱列式雙旋翼直升機(jī)長(zhǎng)度可以大為縮短，結(jié)構(gòu)比較緊湊。兩個(gè)旋翼又提升了直升機(jī)的飛行穩(wěn)定性，非常適合作為艦載直升機(jī)使用。但是兩個(gè)旋翼上下布局，必須增加直升機(jī)高度，俄羅斯卡-52高度達(dá)到5.4米，比普通直升機(jī)高近1-2米。兩旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)氣流會(huì)相互干擾，在某些特殊的情況下，如在飛行中突然遇到風(fēng)變，槳葉揮舞變形發(fā)生碰撞的概率大為增加，這直接限制了該型直升機(jī)的飛行過載。

（三）交叉式雙旋翼

交叉式雙旋翼直升機(jī)有兩個(gè)旋翼軸，兩個(gè)旋翼軸橫向排布，分別向外傾斜一定角度.兩副旋翼在機(jī)體上方呈現(xiàn)交叉狀，旋翼以齒輪嚙合的形式同步控制旋轉(zhuǎn)，因此正常情況下不用擔(dān)心發(fā)生碰撞。目前采用這種構(gòu)型的直升機(jī)是美國(guó)的K-MAX直升機(jī)。

圖4 美國(guó)K-MAX直升機(jī)（圖片來(lái)源：騰訊網(wǎng)）

這款怪異的直升機(jī)具有一些雙旋翼直升機(jī)的飛行優(yōu)點(diǎn)，但軍隊(duì)使用的不多，主要在民用建筑、勘測(cè)、采礦、伐木等領(lǐng)域承擔(dān)起重和吊運(yùn)任務(wù)。該型機(jī)雙旋翼橫向布置，氣動(dòng)阻力較大，飛行控制復(fù)雜。

三、混合式構(gòu)型

混合式構(gòu)型是更為特殊的一種構(gòu)型，也是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

（一）并列式雙旋翼加傾轉(zhuǎn)

并列式雙旋翼的兩個(gè)旋翼，并排安裝在一架直升機(jī)上，左右排列，反向旋轉(zhuǎn)，中間有傳動(dòng)軸互聯(lián)。美國(guó)現(xiàn)役裝備V-22魚鷹采用了這種構(gòu)型。旋翼可以隨發(fā)動(dòng)機(jī)傾轉(zhuǎn)，由水平狀態(tài)變?yōu)榇怪睜顟B(tài),直升機(jī)飛行模式此時(shí)就轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪龢w行模式。

圖5 美國(guó)V-22魚鷹飛行狀態(tài)

這種構(gòu)型的直升機(jī)也被稱為傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，實(shí)際上已經(jīng)不再是一款完全意義的直升機(jī)。螺旋槳飛行模式可以極大提高飛行速度，魚鷹直升機(jī)的最大航速可以超過500千米/小時(shí)。但這款直升機(jī)事故率每10萬(wàn)小時(shí)要超過6起。最新的事故發(fā)生在2023年8月27日，美國(guó)一架MV-22B“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在澳大利亞參加演習(xí)期間墜機(jī)。此外，該機(jī)研發(fā)成本、生產(chǎn)成本、使用成本都很高，單機(jī)造價(jià)就需要6000萬(wàn)美元。

2019年美國(guó)貝爾公司在V-22基礎(chǔ)上，為美陸軍未來(lái)遠(yuǎn)程攻擊飛行器項(xiàng)目改進(jìn)了一款V280傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。

圖6 美國(guó)V-280驗(yàn)證機(jī)飛行**（圖片來(lái)源：搜狐網(wǎng)）**

V-280直升機(jī)的飛行速度和航程可以達(dá)到傳統(tǒng)直升機(jī)的兩倍。與V-22相比，V-280安裝有傾斜變速箱，旋翼傳動(dòng)軸能夠變換角度，這樣旋翼傾轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)保持不變。

（二）縱列式雙旋翼加尾推

在美陸軍未來(lái)遠(yuǎn)程攻擊飛行器項(xiàng)目中，與V-280競(jìng)爭(zhēng)的另一款直升機(jī)是S-97直升機(jī)。該機(jī)由西科斯基公司生產(chǎn)，采用縱列式雙旋翼，但與俄羅斯縱列式雙旋翼直升機(jī)不同，S-97加裝了尾部推進(jìn)器。

圖7 美國(guó)S-97驗(yàn)證機(jī)飛行（圖片來(lái)源：騰訊網(wǎng)）

S-97集成了電傳控制、飛行控制、系統(tǒng)集成、先進(jìn)材料等多方面的最新技術(shù)，縮小了機(jī)身尺寸，降低了噪聲信號(hào)，速度可以超過400千米/小時(shí)，能夠在高原和高熱環(huán)境下飛行。

綜合看，直升機(jī)構(gòu)型各有所長(zhǎng)，也各具所短，設(shè)計(jì)直升機(jī)時(shí)要充分考慮到技術(shù)、成本、壽命、安全等多個(gè)方面后，才能加以選擇確定。你最喜歡哪一種直升機(jī)構(gòu)型呢？

出品：科普中國(guó)軍事科技

監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

作者：陸鷹（軍事專家）

審核專家：梁春暉（軍事專家、軍事科普作者）

策劃：金 赫

來(lái)源: 科普中國(guó)軍事科技

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