当前位置： 皮特凯恩岛 > 国家象征 > 云之帆,波澜壮阔的直升机诞生记一
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直升机的概念可以追溯到几百年前，当20世纪初人类开始动力飞行时，航空先驱们都认为旋翼直升机的诞生已经指日可待。但事实上，在固定翼飞机迅速完善和不断改进时，直升机直到上世纪30年代中期才开始成为一种实用飞行器……
从竹蜻蜓说起
直升机基本原理是依靠水平旋转的机翼或螺旋桨产生升力，这个概念可以追溯到年前的中国竹蜻蜓，这种简单的玩具今天仍到处可见，就是在一根细棍顶端固定上一片竹制旋翼，手搓细棍就能把竹蜻蜓放飞上天。
竹蜻蜓
中国竹蜻蜓传到欧洲后在年首次出现在绘画作品中，年达芬奇在其著名手稿中画下了更复杂的旋翼玩具，但以当时的技术水平无法制造出一架超越玩具的旋翼飞行器，这种情况一直持续了几个世纪。
达芬奇直升机
年，法国人博物学者洛努瓦和工匠卞福汝展示了一种改进自竹蜻蜓的旋翼玩具，在棍子两端各安装一副旋翼，棍子上增加了一副张力弓，弓弦就缠绕在棍子上，缠绕紧后，张力弓提供的动力就能使旋翼玩具升空。虽然这个装置仍属玩具，但洛努瓦和卞福汝的设计已经超越竹蜻蜓一大步，因为自带动力装置且考虑了扭矩效应，上方旋翼旋转时下方旋翼在扭矩作用下反向旋转，抵消了扭矩，可以说是现代共轴双旋翼直升机的雏形。
洛努瓦和卞福汝的旋翼玩具
年，年轻的英国人乔治·凯利爵士公布了类似的玩具设计，特点是使用廉价普通的材料制作，如羽毛制作的旋翼叶片。19世纪40年代，凯利开始考虑设计更大的旋翼飞行器，在他绘制的图纸上，旋翼飞行器左右两侧都安装了一副共轴反转双旋翼，但是凯利始终没有开始制造该机，因为他根本找不到合适的发动机。
乔治·凯利直升机
19世纪60年代，法国贵族古斯塔夫·德庞顿·德阿梅古试飞了几架小型共轴双旋翼飞行器模型，这些构思巧妙的模型使用弹簧作动力，他甚至制造了一架蒸汽机动力模型，但从来没有离开过地面。他把这些模型命名为“Helicopteres”，即希腊语“旋翼”之意。
德阿梅古的蒸汽动力直升机模型
19世纪70年代，法国的阿尔方斯·佩诺设计出了橡筋动力的旋翼和固定翼飞机模型，但仍然属于玩具范畴。尽管佩诺的一些模型飞起来很优雅，但他无法找到足够强劲的发动机来制造一架更大型的飞行器，最后在人们的挖苦和嘲笑中开枪自杀，年仅30岁。
佩诺发明的直升机玩具
云之帆
由于始终缺乏功率重量比足够高的发动机，载人直升机以及所有重于空气的动力载人飞行器的发展一直停滞不前。19世纪80年代初，美国发明家托马斯·阿尔瓦·爱迪生试图研制一种基于火棉燃料发动机的直升机，这种发动机的原理类似于内燃机，但依靠火棉爆炸推动活塞做工，非常危险。结果在一次测试中发动机爆炸，爱迪生被烧伤，一名工作人员也被烧成重伤。爱迪生放弃了这个想法，但他相信这种发动机一定能正常运转。
年，法国作家儒勒·凡尔纳发表科幻小说《云之帆》（又名《征服者罗比尔》），小说主角拥有一艘名为“信天翁”的伟大飞船，通过安装甲板上的旋翼阵列飞行。罗比尔驾驶“信天翁”周游世界，对不同国家开战。尽管“信天翁”只是虚构的飞行器，但这本小说的确推动了载人旋翼机的研制热潮。
“信天翁”号
年，德国尼古拉斯·奥托发明的实用化内燃机使重于空气的飞行器升空成为可能。年12月，莱特兄弟驾驶“飞行者”号在北卡罗莱纳州基蒂霍克进行了人类历史上重于空气的动力飞行器的首次飞行。在接下来的几年中，飞行先驱们同时推进着固定翼飞机和旋翼直升机的发展。当时的固定翼飞机仍然非常简陋，一些航空发明家认为从长远来看旋翼直升机是更好的选择。
人类首次动力飞行
年9月29日，法国航空先驱路易斯·查尔斯·布雷盖驾驶自己设计“旋翼机1号”直升机离开了地面，该机基本就是个X形的钢管框架，4角安装了双旋翼，被形容为“拼在一起的4台风车”。这次飞行持续了约一分钟，最大高度不超过一米，因为有四名男子拉住旋翼直升机不让其脱离控制。布雷盖还没有解决直升机操纵问题，而航向控制问题也将成为持续困扰直升机设计几十年的难题。
旋翼机1号
机械怪物
直升机的首次不受限飞行发生在不久后的年11月13日，另一位法国人保罗·考纽驾驶一架前后纵列旋翼直升机在离地面约1米的高度飞行了几分钟。考纽也没能解决控制问题，现在人们看到那架直升机照片的话，都无法想象这么简陋的设计也能离开地面。年，固定翼飞机创造了一系列性能和续航力的纪录，并继续高速发展完善，在短期内直升机显然不是最好的选择，布雷盖也把精力完全转移到固定翼飞机的研制上。
保罗·考纽的直升机
其他发明家继续对直升机的设计修修补补，其中有些设计很可笑，根本无法升空，当然也有少数能离开地面，但持续飞行时间都很短暂。
伊戈尔·伊万诺维奇·西科斯基于年出生在基辅，他在年和年先后设计出两种直升机，灵感来自凡尔纳的科幻故事和达芬奇草图。西科斯基的旋翼直升机也没能升空，但他从此与直升机结下了一生的不解之缘。年俄罗斯的鲍里斯·尤里耶夫试飞了一种直升机，虽然尤里耶夫的直升机也不成功，却是第一架具有大型主旋翼和小侧面尾桨来抵消扭矩的直升机，这终将成为日后直升机的经典布局。
尤里耶夫直升机
年，丹麦的雅各·埃勒哈默驾驶他的直升机成功升空。在美国，一位名为埃米尔·柏林的德国移民和他的儿子亨利从年起制造了一系列的直升机，但没有一架能稳定飞行。20世纪20年代，另一位名叫乔治·德·波札特的俄罗斯移民成功获得美军经费，研制一种名为“飞行章鱼”的直升机，这是一种4旋翼直升机，在试飞中能离开地面，但美国陆军最终决定放弃该项目。
飞行章鱼
在之后的十年中，另一位美国直升机先驱梅特兰·布利克得到了寇蒂斯公司的资助，制造了一架奇特的直升机。其旋翼通过安装在叶片前缘的螺旋桨驱动旋转，机上有一台活塞发动机，通过绕着旋翼轴旋转的4根驱动轴来驱动旋翼叶片上的螺旋桨。
布利克直升机
劳尔·帕泰拉斯·佩斯卡拉侯爵是一位在西班牙和法国工作的阿根廷人，他在20世纪20年代初制造了几架共轴直升机，留空时间有了很大进步，并可进行受控飞行，只是操纵很吃力。佩斯卡拉的直升机可以说是当时最先进的，他解决了直升机设计的几个关键问题。
佩斯卡拉的共轴直升机
首先是现在称为“周期变距控制”的技术，就是现代直升机用来控制飞行方向的关键技术。佩斯卡拉直升机的旋翼上安装有一组用于改变叶片桨距的连杆，在连杆围绕直升机旋转时可改变旋翼叶片迎角。例如在叶片前行时加大迎角提高升力，在叶片后退时降低迎角减小升力，河阳直升机就能在空中侧移。现代直升机使用周期变距杆来调整叶片的周期变距，以及一个总距操纵杆来调整所有叶片的变距，来使直升机垂直升降。
佩斯卡拉的第二项创新是自旋降落概念。由于直升机没有机翼，在发动机失去动力后就会像砖头一样坠落。佩斯卡拉设想了在直升机下坠时让旋翼自由旋转，在接近地面时突然提高旋翼的桨距，以此来减缓冲击。
现代直升机的周期变距机构
年，法国人艾蒂安·欧密森精心设计了一架有4副旋翼和8副螺旋桨直升机，因飞行距离超过一公里而赢得了奖金。20世纪30年代初比利时的俄裔发明家尼古拉斯·佛罗林设计的串列双旋翼直升机滞空时间达到了十分钟。当然上述文字并不是早期直升机的完整列表，但这无关紧要，此时的直升机距离实用化还相距甚远。所有这些旋翼直升机都是都是丑陋的机械怪物，但正是这些先驱们的不懈努力，直升机的曙光即将来临。
欧密森直升机
佛罗林直升机
富人的新奇玩具
第一架实用化的旋翼机是西班牙人胡安·德·拉·谢尔瓦在第一次世界大战之后制造的。他的旋翼机（Autogiro他的专利名称）并不是直升机，而是介于固定翼飞机和直升机之间的一种飞行器，结合了两者的特点。
谢尔瓦旋翼机基本上是一架在顶部安装了旋翼的固定翼飞机，旋翼没有动力驱动，在风力驱动下自由旋转。旋翼机头部安装有一台活塞发动机，拉动机身向前滑行。旋翼在风力作用下越转越快，滑跑很短距离就能升空。在面对强风时，旋翼机甚至能在空中“悬停”。由于旋翼没有动力驱动，所以无需考虑扭矩问题。
谢尔瓦和他的旋翼机
谢尔瓦在设计旋翼机时不得不面对的一个障碍就是升力不对称，这也是困扰直升机设计的一大难题。直升机在前飞时，前行旋翼叶片产生的升力比后退叶片的更大，于是在前飞时就会产生向一侧倾侧的现象。谢尔瓦的解决方法把叶片都铰接一个桨毂上，使得叶片能在一定程度上下挥舞。这个天才设计听起来很简单，却完美实现了旋翼叶片的运动补偿，前行时叶片上弯，后退时叶片下降，上弯叶片的升力因此减小，从而平衡了旋翼机。
现代直升机的旋翼挥舞铰设计
谢尔瓦于年开始旋翼机的研制，但在他发明旋翼叶片铰接系统前，他的旋翼机没有一架安全离开过地面，他在把玩橡筋动力模型中无意间想出了这个设计。他第一架采用了铰接旋翼设计的C-4旋翼机于年1月9日首飞，该机改装自一架一战时期的法国“昂里奥”战斗机，仍然保留了用于飞行控制的机翼。后来的谢尔瓦旋翼机取消了机翼，通过周期变距控制进行转向。后期型号还增加了旋翼离合器，可以在起飞前用发动机使旋翼旋转起来，当然旋翼在飞行中还是自由转动的。
C-4旋翼机
现在并不知道谢尔瓦是否借鉴了佩斯卡拉的周期变距想法，可以肯定的是这两位发明家都独立完善了各自的设计。谢尔瓦还是第一位批量生产带周期变距机构旋翼机的人，他在英国建厂生产旋翼机，这种“飞行风车”引起了轰动，吸引了多个国家购买生产许可证，其中光日本就制造了架。
美国人哈罗德·皮特凯恩也购买了许可证，底特律新闻报购买了一架旋翼机用于把记者快速送到事故或突发事件现场，美国邮政也尝试用旋翼机运输与邮件。皮特凯恩相信旋翼机也能作为“飞行汽车”卖给富人，为此他设计了一架具有折叠旋翼、可在城市街道上行驶的双座原型机。
皮特凯恩按许可证制造的PCA-2旋翼机
皮特凯恩的飞行汽车
在美国，奇力公司也在生产旋翼机，年海军上将伯德驾驶一架奇力旋翼机进行了南极科考，美国陆军航空队也购买了几架该公司的产品，编号为XR-2和XR-3。
但是旋翼机从未摆脱新奇玩具的地位，军方没有装备需求，而且随着大萧条的进行，无论旋翼机时多么性感迷人，其作为富人玩具的市场也消失了。
年12月,谢尔瓦在伦敦附近的一次客机坠毁事故中遇难，此时实用化的直升机已开始出现，旋翼机似乎从此就要退出历史舞台。但在众多超轻型飞机爱好者的支持下，旋翼机存活了下来，例如到现在本森公司的旋翼机和旋翼滑翔机已经以套件形式销售的成千上万架，谢尔瓦作为旋翼机之父一定可以含笑九泉了。
现代旋翼机
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