直升机的发展历史

21世纪武装直升机发展概论 燕山大学 21世纪武装直升机发展概论 现代武器装备概论 机械工程学院 09级机自10班 090101010285 孙亚鹏 武装直升机的发展历史 第一节 直升机概念的萌芽 最早直升机的概念可以追溯到前（B.C. 400）中国已有的竹蜻蜓，竹蜻蜓包含一螺旋桨装在一根垂直轴上，人们以手转动此轴即可使竹蜻蜓升空飞行，这可能是人类最早的概念直升机。 但是此一概念并没有继续的发展，一直到十五世纪，达芬奇（Leonardo de Vinci）绘出他所认为飞行的机器，在图中他建议以旋转一绕垂直轴的螺旋面(双旋翼直升机概念鼻祖)来达到垂直的飞行。 第二节 早期直升机的发展 大约在1900年，以汽油为燃料的往复式内燃机开始问世，使得飞机的飞行成真，同时人们亦开始利用在直升机的发展上。于1904年法国 Renard 制造一架横向双主螺旋桨直升机以一双缸引擎推动同时他利用翼片扑动插梢（flap hinge）来解决因翼片升力所造成螺旋桨轴毂的力矩问题。 1907十一月三日法国 Paul Cornu 驾驶自制的直升机，而这也是飞行史上第一架真正只由飞行员操作飞行的直升机 1912年苏联 Yuriev 建造了一架原型机重200千克（下图），这是世上第一架只有单一主螺旋桨配上一垂直反扭力螺旋桨。而此设计即目前最常见的型式。 在第一次世界大战前后，因战争需要高性能的飞机，较佳的引擎被开发出来，直升机所面临功率不足的问题迎刃而解。有了足够的动力令直升机起飞，先驱们开始可以集中精力在直升机稳定性及控制性的问题上加以探讨。为解决控制稳定的问题，一些以前直接引用飞机的概念有了进一步的修正，如不再以垂直尾舵的方式来控制方向而改以翼面循环倾角和以旋转翼来取代螺旋桨等。旋转翼与螺旋桨最大的不同在其刚性的设计，旋转翼为柔性设计，允许翼片大量的位移及变形。反之螺旋桨则为刚性设计只允许少量的变形。 第一次大战结束的几年后，有三位直升造者竞相地号称其完成真正的飞行。事实上他们试飞的日期相隔不久，且各自有其破当时直升机第一次飞行的记录和对直升机的发展有所贡献 I. Pescara 在第一次世界大战结束时，一位阿根廷（Argentina）的工程师 Marquis Pescara 建造一架包含两个转向相反的共轴旋转翼直径 6.4米，每一旋转翼有上下两个平面，每一平面有四个翼片： II. De Bothezat一位苏联的科学家于苏联革命时被迫逃离母国到美国，于1916年他写了一本直升机旋翼理论的书。在1921年六月一日他和美国陆军签署一项合约，帮军方发展一架可升高至 100米且可在引擎转速下降情况下降落的直升机，此为美国军方第一次直升机订单的。此机为一交叉型铁管梁组成的机身，于梁的四端各有一六个翼片直径 6.6米的旋转翼，旋转翼片的倾角则由一飞轮控制，全机重 1610千克配以一200马力的引擎 典型的武装直升机 III. Oehmichen一位法国工程师 Etienne Oehmichen 在1920年建造一架类似 Paul Cornu 所造的直升机，机身由一水平梁构成，于梁的两端各有一双翼片旋转翼，其直径 6.4米由一20 到25马力的引擎透过皮带来带动。但此机升力不足，他以缆线将一充满70 立方米的氢气球悬吊在上机身架子 第三节 直升机发展的起飞期 德国的 Heinrich Focke 教授，他所发展一系列横向双主轴旋转翼直升机不止打破当时的很多记录，完成直升机史上第一次的自动旋转降落，同时对于直升机的应用上亦有相当的贡献。 此机通过一连串官方正式的认证，开创以后直升机于山地救难、游览观光及城市运输的商机。于1943年六月十二日在当时德国的统制者希特勒（Adolf Hitler）前的表演后，直升机开始被使用于战争上。虽然没有引起太大的关注不过Focke 教授在直升机发展上的成功事迹激励了各国于大战前对直升机发展的投入。但欧战开始及战后家园的重建，使得各国不得不停止直升机的发展，反观在大西洋彼岸的美国，因为本土未受到战争的洗礼其直升机发展亦进步神速，进而发展成一产值可观的工业。1940年到 1945年期间可说是其直升机工业的诞生，其中影响最大的首推 Igor Sikorsky（西科斯基飞机公司） 和 Authur Young （贝尔直升机公司）两人。目前最常见的单一旋转翼直升机亦因西科斯基的成功变成目前直升机型式的主流 第四节 武装的开始 纵观直升机的发展史就可以知道武装直升机是必然的趋势。在直升机上加装武器开始于40年代。，德国在Fa－223运输直升机加装了一挺机枪。50年代，美、苏、法等国都分别在直升机加装武器，开始主要用于自卫，后来也用来执行轰炸、扫射等任务。60年代初，美国在越南战争中大量使用直升机。战争中，其直升机损失惨重，因而决定研制专用武装直升机。第一种专门设计的武装直升机是美国的AH-IG，1967年开始装备部队，并用于越南战场。 武装直升机的地位 在局部战争中日益凸显的独特性能：飞行速度快；反应灵活、机动性好；隐蔽性好生存能力强；机载武器杀伤威力大。在现代战争中，武装直升机主要可遂行以下的一些任务：一是攻击坦克。武装直升机是一种非常有效的反坦克和装甲目标的武器。国外进行的模拟对抗试验表明，坦克与直升机对抗的击毁概率为12:1-19:1。在近年来的一些局部战争中，武装直升机在反坦克作战果累累。二是支援登陆作战。在1982年的英阿马岛战争中，英国出动了近百架武直升机。三是掩护机降。武装直升机是掩护运输机和运输直升机进行机降的主要火力支援武器。在1991年的海湾战争的一次作战行动中，在AH-64直升机掩护下，多国部队的2000多名官兵、50辆军车和火炮，大批燃料和弹药快速突入敌纵深80公里的地域。四是火力支援。武装直升机能有效地给予地面部队行动实施火力支援。在海湾战争中，AH-64等直升机曾为地面部队提供火力支援，为地面部队进攻开辟了通道。五是直升机空战。“有矛就有盾”。各国在发展武装直升机的同时，也在考虑如何有效地对付它。目前普遍认为对付武装直升机最有效的武器还是直升机。未来战争中，直升机间的空战似乎是一个必不可免的趋势。武装直升机还可遂行侦察、空中指挥电子战和其他作战任务因而有人称之为“战场上的多面手”。武装直升机在未来的高技术战争中将会发挥日益重要的作用。 在现役的武装直升机中，美国的AH-64和原苏联的卡-50尤为令人瞩目。AH-64的最大允许时速为365公里，转场航程约1900公里，机上装一门30毫米口径的航炮。可挂装16枚反坦克导弹或4枚空空导弹，或火箭等武器，能执行反坦克、对地攻击和为直升机护航等任务。卡-50是世界上第一种单座武装直升机，即由一名驾驶员兼任驾驶和攻击的任务。它的最大平飞时速为350公里，作战半径约 250公里；机上可挂装速射航炮、反坦克导弹和火箭弹等；据称也可挂装空空导弹。卡-50还开创了直升机使用弹射救生系统的先例。 武装直升机的作用 武装直升机主要用于攻击地面、水面和水下目标，为运输直升机护航，也可与敌直升机进行空战。具有机动灵活，反应迅速，适于低空、超低空抵近攻击，能在运动和悬停状态开火等特点。多配属陆军航空兵，是航空兵实施直接火力支援的新型机种。武装直升机可分为专用型和多用型两种。专用兴武装直升机是专门为进行攻击任务而设计的，其机身窄长，机舱内只有前后或并列乘坐的2名乘员（甚至1名乘员），作战能力较强；多用途武装直升机除用来遂行攻击任务外，还可用于运输、机降、救护等。反坦克作战是武装直升机的主要用途之一，因此武装直升机又被称为“坦克杀手”；它与坦克对抗时，在视野速度、机动性及武器射程等诸方面明显处于优势地位。舰载武装直升机还可扩大舰艇或舰队的作战范围，增强作战能力。武装直升机一般携带机枪、航炮、炸弹、火箭和导弹等多种武器，最大平飞时速300千米以上，续航时间2－3小时。武装直升机广泛用于现代局部战争，在战争中发挥了重要作用，受到世界各国的十分关注。 具体使命有以下： 1．​ 反坦克武装直升机 20世纪50年代后期，法国是第一个把反坦克导弹装备在直升机上的国家。1966年，第一种量产的专职攻擊直升機AH-1眼镜蛇诞生。有些人认为直升机能够更加轻易地攻击坦克装甲最薄弱的顶部，所以反坦克直升机的出现宣告了坦克将从此退出历史舞台。但由于从反坦克直升机诞生至今，坦克与直升机之间还没有进行过势均力敌的对抗，所以要断言直升机和坦克孰强孰弱还为时尚早。但是无论如何，配备制導武器、火箭发射器與重機炮的反坦克直升机始终是坦克最大的威胁之一。坦克常常因为视角有限而很难发现直升机，而直升机则可以悬停在空中，从任何角度攻击坦克最脆弱的部分。此外，直升机所配备的制导武器的射程通常都大于坦克防空機槍的射程，这使直升机经常能够在坦克的火力范围以外发动攻击。这种对坦克的不利局面直到坦克用炮射导弹问世才开始改观。 2．​ 反舰·潜武装直升机 武装直升机执行反舰反潜任务有以下处优点： 1.反潜能力强。因直升机速度远高于反潜舰艇和潜艇，又机动灵活，既可在短时间内搜索大面积海区，又可快速飞向潜艇游戈的海域，不失时机地对目标进行搜索、跟踪和攻击，以完成应召反潜任务。 2. 反潜隐蔽性好，利于突袭。现代潜艇配有性能先进的声呐系统，能探测到较远距离的反潜舰艇或潜艇发出的机械噪声。直升机反潜时利用声呐探头放入水中，不易被敌方潜艇发现，且不会因自身的噪声干扰探测效果。特别是使用被动探测器材时，更不易被潜艇发 现。这样既能提高探测潜艇位置的准确性，又能在潜艇上空实施突然攻击。 3．可使用多种探测设备，搜索效果好。直升机可在搜索区使用声学和非声学多种探测 设备，如吊放声呐、声呐游标、磁异探测仪、红外探测仪等，实施对潜艇的搜索。尤其使用 吊放声呐时，可将声呐故人温跃层(该层没有固有噪声干扰)以下，增大了声呐的作用距 离，有效地发挥声呐性能，从而提高发现目标的概率。 4．反潜作战效果好。由于直升机能用多种攻潜武器，且又能隐蔽接近目标实施突然攻击，无论是投放反潜鱼雷，还是投放深水炸弹，其散布小，命中精度高。 5．生存率高。现代潜艇所携带的反潜导弹、鱼雷或巡航导弹，只能打击水面舰艇和岸上目标，一般尚无有效的对空武器，对反潜直升机尚不能构成威胁。 6．作战半径较大。舰载反潜直升机可借助载舰的续航力，随载舰到远方海域担负反浴 任务，从而有效地增加了反港作战半径。舰载反潜直升机同时具有按潜和反潜能力，既可单 独完成反潜任务，也可与载舰协同进行反潜。 当然也要看到，直升机反潜的局限性：舰载反潜直升机受气象和海情的制约较大，一般5级以上海情就较难执行任务；探测设备的作用距离较近；易受来自空中的袭击等。尽管存在这些不足，但由于直升机反潜的上述特点，在各海军大国的反潜武器系统中，直升机仍占 有重要位置，担负反潜作战的重任。 3．​ 火力支援武装直升机 在现代合成作战中，武装直升机可利用携带的多种武器，譬如航炮、火箭、导弹和航空炸弹等对地面部队作战实施有效的近距离火力支援，攻击地面敌方有生力量、防御工事和阵地、各种武器装备和军事设施，直接支援己方部队夺取战斗胜利。武装直升机的战术使用特点使其在近距离火力支援中能发挥重要作用 4．​ 空战武装直升机 以空空导弹、火箭和航炮为主要机载武器用以与敌方直升机进行空中格斗或攻击敌方其他航空兵器的武装直升机 武装直升机的发展方向 1.重视空对空作战能力 　　武装直升机作为一种新兴的武器平台，目前可供借鉴的空对空实战战例很少。但随着世界各国武装直升机的使用以及使用数量的不断增加，武装直升机的空对空作战已不可避免，已成为一个重要的研究课题。美国陆军航空司令部经过研究，将未来武装直升机空对空作战战术归纳为以下几个要点：第一，充分利用地形隐蔽条件，实施突然攻击；第二，空战的持续时间很短，攻击是一次性的；第三，单机对抗和双机对抗是空战的基本形式；第四，武装直升机飞越阵地前沿时的离地高度通常为5-10m，双方遭遇高度为18-30m，空战空域高度为30-300m。 　　性能要求主要为：第一，反应敏捷。导弹应具备跟踪能力强、操纵性能好和响应速度快等特性；第二，先视先射。导弹必须与机载探测系统和头盔瞄准显示系统交联，并具有大离轴角发射能力；第三，杀伤力强。导弹要能连射或齐射，战斗部的杀伤威力大，制导精度高；第四，低空飞行性能好。导弹应适应零速或低速发射，具有较高的最大过载以及较大的飞行速度；第五，抗干扰性强。导弹应具有抗人工诱饵以及地杂波干扰的能力；第六，良好的挂机性。导弹应重量轻、尺寸小、挂机方便，同时具有较好的弹机相容性。 　　2.进一步增强空对地攻击能力 　　 随着武装直升机在现代战争中地位和作用的不断增大以及使用数量的不断增加，其作战能力必将进一步增强，所以其机载武器也必将面临新的发展机遇。除了上述的重视空对空作战能力而改进和发展空空导弹外，进一步增强空对地攻击能力，改进和发展各种空对地攻击武器仍然是武装直升机面临的最大课题。 　　对航空火箭弹来说，现在国外在保持火箭弹低成本的优点上，正在大力改善其精度，同时采用高新技术开发超高速新型火箭弹，不断改进和研制各种类型的战斗部，包括次口径集束/子母式战斗部、标枪式战斗部等。此外，在火箭弹上加装导引头也是一个应关注的动向。　　对航空机枪（炮）来说，为提高性能，目前国外的研究重点主要集中在以下几个方面：第一，减轻机枪（炮）系统的重量。减轻重量就可以减小武器系统的惯性力，这对于提高机枪（炮）尤其是活动炮塔的反应速度是非常重要的。在不减小机枪（炮）口径的情况下，减轻重量所采取的主要措施是采用高强度的轻型复合材料。第二，减小后座力。后座力的大小直接影响到机枪（炮）的瞄准及射击精度。减小后座力的主要措施是采用可施加恒压的液压驻退装置以及增设炮口制退器。第三，改进弹药。长期以来弹药一直是发展热点，国外目前的研究重点主要是提高初速、减小弹丸飞行阻力、改进引信以及研制预制破片弹、钨合金弹芯动能弹和贫铀弹芯动能弹等新型弹药。 国外主要武装直升机及其武器 机种 国家 现状 空空导弹 空地导弹 火箭弹 机枪（炮） RAH-66 美国 停研 AIM-9L、FIM-92 AGM-114L 70mm 20mm AH-64D 美国 现役 AIM-9L、FIM-92 AGM-114L 70mm 30mm 卡-52 俄罗斯 在研 AT-9、AT-16 57、70、81mm等 30mm 米-28N 俄罗斯 在研 AA-8、SA-14 AT-9、AT-16 57、70、81mm等 23、30mm 米-24 俄罗斯 现役 AA-8 AT-9、AT-16 57、70、81mm等 30mm “虎”系列 德国、法国 现役 西北风、FIM-92 riGAT、HOT2T 68mm、70mm 12.7mm、30mm CSH-2 南非 现役 V3C ZT3 68mm 20mm A-129 意大利 现役 FIM-92 TOW2、AGMJ-114 68mm、70mm 20mm 中国武装直升机发展现状 我国目前最新型号为“武直十”2003年4月，当SARS开始蔓延全国期间，第一架精心打造的01号武直10原型机，在江西景德镇昌飞公司专用的吕蒙机场首飞成功。武直10采用外国流行的武装直升机布局：四叶桨单旋翼、串列式座舱(武直9为并列座舱)，射手在前，驾驶员在后，两座间以防弹玻璃分隔。座舱底部和两侧、发动机、油箱有复合装甲、装有引射式外部空气冷却排气装置、机头安装搜索和火控的光电转塔、前后座都有头盔瞄准具、两侧有悬挂武器的短翼、机头前下方装有机炮，有完善的航电系统、前后座都有操纵系统互为备份、后三点式防撞固定式起落架等等。 航电系统采用法式数字技术，以“一头两下”方式(一个头盔瞄准具、两个多功能下视显示器)显示数据，只有少量备份机械仪表，飞行员可以用双杆 (HOTAS)模式操作。座舱设备分别有仿制和自制的，导航系统包括无线电高度表，多普勒雷达、INS／GPS等多种国产系统。多信息融合的光电转塔综合了可见光，前视红外(FLIR)和激光发射窗口，可通过仿制的星夜数字火控系统计算，反映到国产头盔瞄准具上，不过火控系统的算法则由中国人编写。武直10重量5543公斤，最大武器外挂1.5吨，机身长14.15米，机高3.84米，机宽4.25米，两侧短翼长4.32米，旋翼直径12米。与之相对应的母型虎式，机身长14米，机高3.83米，旋翼直径13米，两侧短翼长4.52米。两者都采用德，法、英三国联合研制的MTR390涡轴发动机。 作为世界一流的中型武装直升机，其综合性能虽略逊于阿帕奇一级重型武装直升机，但机动性和空战性能则犹有过之，最重要的是使中国直升机技术前进了二十年。 目前在研的除了类似长弓阿帕奇的桅顶毫米波雷达外，武直10还会衍生出077两楼船坞登陆舰用的舰载型，以及备用其技术发展的军民两用六吨级运输直升机， 其前景十分看好。