主题：【原创】像鸟儿一样腾飞（一） -- 晨枫

洛克希德在直升机领域里是一个外来户，所有没有什么历史负担，从一开始就对刚性旋翼和复合推进很感兴趣。XH-51是洛克希德对复合推进的一个早期尝试，采用机身两侧的两台喷气发动机作推进动力，其研究结果后来应用于时运不佳的AH-56“夏延”攻击直升机。“夏延”在60年代是惊世骇俗的，其复合推进虽然先进，但还不出人们的想象，但其刚性旋翼就有点匪夷所思了。和前述的常用的柔性桨叶不同，刚性旋翼的桨叶没有任何铰链，桨叶和桨毂是刚性联接的，桨毂和桨轴也是刚性联接的，但在旋翼上方另有一个高速旋转的摆锤，就像两头挂上重物的飞旋的扁担一样。摆锤的旋转平面可以改变，从而改变旋转轴的指向，产生科里奥利力，为“夏延”在直升机状态时提供姿态控制。“夏延”在全速前飞时，主旋翼几乎不消耗功率，只用少量功率保证旋翼继续旋转，大体靠空气阻力自旋，产生部分升力，另一部分升力来自于短翼，飞行控制也靠气动舵面， 基本上已经不是直升机，而是旋翼机了。

洛克希德XH-51研究直升机，采用机身两侧的喷气发动机提供推力，其研究结果后来用于下马的AH-56“夏延”

下马的AH-56“夏延”，放弃喷气发动机，改用较常规的推式螺旋桨推进

说到旋翼机（autogyro，gyrocopter或gyrodyne），这其实在早期和直升机得到同步发展，但由于种种原因，淹没在历史的长河里了。旋翼通过旋转产生和空气的相对速度，进而产生升力。在这一点上，旋翼机和直升机是一样的。但直升机的旋翼靠机械动力旋转，而旋翼机的旋翼靠空气阻力旋转。换句话说，旋翼机的旋翼像风车一样，是无动力的，一定要在推进发动机推动飞机前行时，才能产生升力，所以不能实现真正的垂直起落。但旋翼机所需要的滑跑和固定翼飞机还是不能比，起飞只需要20米不到的滑跑距离，着陆距离10米都不到。旋翼机有一些独特的优点。前飞时，旋翼机的旋翼是后倾的，以产生升力，所以旋翼机没有直升机前飞时旋翼的“降力”问题。旋翼机的旋翼反正是自转的，一旦发动机停车，旋翼机可以靠惯性自旋着陆，和正常着陆无异。旋翼机的抗失速和无动力着陆性能是Juan de la Cierva设计旋翼机的初衷，事实上，他就是在自己设计的固定翼飞机接二连三失速坠毁后，才开始着手研制不会失速的旋翼机。由于旋翼机的旋翼是在阻力作用下自转，桨轴不是驱动轴，旋翼机没有反扭力问题，所以不需要尾桨或任何其他反扭力装置。Juan de la Cierva的挥舞铰和摆振铰就是在研制旋翼机的过程中发明的，他还没有来得及设计直升机，就在36年的一次起飞空难中去世了，失事的原因恰恰是在低空低速时失速，正是Cierva的旋翼机想要解决的问题。

图中显示了固定翼飞机、旋翼机和直升机在产生升力和推力上的差异

30年代时，Cierva的C-30旋翼机生产了约300架，Cierva用一架C-30在28年成功地飞越了英吉利海峡

德国海军设想过用FL282帮在水面航行的潜艇放哨，设想不错，但敌机、敌舰来了，潜艇可以一潜了事，这空中的FL282呢？就只能看飞行员的游泳本事了

直升机也可以自旋着陆，但直升机的自选着陆和固定翼飞机的滑翔着陆一样，不是一件轻松愉快的事。直升机要及时调整旋翼姿态，否则阻力和“降力”的作用很快就可以使旋翼停转，造成事故。直升机在自旋过程中，尾桨本来要抵消的反扭力没有了，但尾桨还在通过同步轴和主旋翼一起转动，所以还要一直踩左舵（旋翼逆时针旋转的情况下），才能自己不打转转。直升机在低空低速时，有一个“死亡区”，在这个速度高度范围内，一旦发动机停转，直升机的旋翼没有机会调整姿态，只有死路一条。旋翼机没有这个问题。

由于旋翼机的简单性，旋翼机在30年代曾蓬勃发展过一段时期，但旋翼机缺乏直升机特有的悬停和非常规机动能力，在平飞速度上又不及固定翼飞机，在二战后淡出了。旋翼机尽管可以做准垂直降落和跳跃起飞，但短滑跑或跳跃起飞后，仍然按接近固定翼飞机的航迹爬升，所以机场周围还是需要一定的净空。然而，“夏延”将直升机和旋翼机的优点结合起来，开创了一条新的思路。可惜“夏延”遇到太多技术问题，一是在旋翼机和直升机状态转换过程中的稳定性问题，弄不好就要摔飞机，二是高速平飞时旋翼怠速旋转，离心力不足以使桨叶绷直以保持刚性，在周期性气动扭力的作用下，刚性联结的桨叶、桨毂容易诱发强烈振动，导致失控。“夏延”尽管创造了当时的速度和机敏性记录，但最后还是黯然下马了。近年的CarterCopter的技术验证机Heliplane是旋翼机的最新杰作。这是一架奇怪的飞机，起飞前，用发动机驱动旋翼，桨距为零，所以旋翼只旋转但不产生升力（当然也不产生反扭力）；起飞前的瞬间，旋翼和发动机断开（否则没有尾桨的旋翼机就要在空中打转转了），发动机改而驱动推进螺旋桨，与此同时，旋翼桨距加大，旋翼靠翼尖配重的惯性继续维持旋转一段时间，产生升力，飞机垂直跃离地面，而这时推进发动机已经开始发挥作用，推动飞机前飞，旋翼靠气动阻力维持旋转，产生升力；飞机加速到一定速度后，过渡到主要靠机翼产生升力，旋翼怠速自旋。Heliplane着陆靠自旋着陆。跳跃起飞其实在Cierva后期的旋翼机上已经实现，并不是新东西，平飞时用机翼为旋翼卸载也不是新东西，但CaterCopter将这两样东西结合起来，为被时间淹没的好主意注入了新的活力，从新引起人们对用旋翼机技术达到直升机的垂直起落效果和固定翼飞机平飞时省油效果的关注，其跳跃起飞的功能在事实上实现了垂直起飞。CarterCopter当然不是简单的炒冷饭，还是采用了时代提供的新技术的，比如旋翼的惯性远远高于传统旋翼，这是通过在旋翼里埋设了贫化铀来实现的。高惯性旋翼使旋翼运转大大平稳，离心力使桨叶保持平直和刚性，避免了“夏延”为之折戟沉沙的高速飞行时桨叶不稳定问题。在前飞中，CaterCopter曾在短暂时间内，前飞速度高于旋翼翼尖线速度，是第一个冲破这个理论极限的旋翼飞机（包括直升机和旋翼机）。CarterCopter用于载人飞行或许过于前卫了一点，但用于无人机，是一个很好的思路。

CarterCopter的技术验证机Heliplane，可以垂直地跳跃起飞，在试飞中曾突破前飞速度不能超过旋翼翼尖线速度的极限

德国在战后对垂直/短距起落飞机有极大的兴趣，在战时以Me-109、Me-262 战斗机扬名世界的梅塞斯米特放弃了对战斗机的研制，而把创造的热情扑向这里，Me-2030是众多方案的一个，这喷气式旋翼机的概念很吸引人，但还是无疾而终了