脱胎换骨【新蒲京手机版】,90多用途军用直升机

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  直升机的机体材料发展是紧密贴合着直升机整体技术换代的。正所谓一代材料一代飞行器,材料的发展除了影响着发动机的耐热性及桨毂的可靠性外,自然还影响着直升机机体构造。

  出品:科普中国

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  作者:李小白

  各年代直升机对复合材料的使用比例

  策划:毕孝斌

  在第一代直升机上,世界各国工程师受限于当时的材料水平,普遍采用了全金属铆接式机身,如中国的直-6型直升机,其采用变截面金属半硬壳铆接技术分别制造前机身,后机身与尾梁,而后焊接而成。再如美国贝尔-47型直升机,由于技术更加原始,其尾梁甚至直接采用钢制桁架焊接而来,无论是钢材料本身的重量问题还是桁架尾梁带来的空气阻力问题都十分突出。这也是技术的限制直接作用于直升机设计上的表现。

  监制:光明网科普事业部

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  NH-90直升机项目是北约军队针对未来军事态势发展提出的,由北约直升机工业公司负责研制,官方资料显示,厂家已向来自13个国家的共18个客户交付了约345架NH-90直升机,累计飞行时间超过150000小时。根据需求,NH-90衍生发展出了两种型号,分别是战术运输型直升机(TTH)和海军舰载型直升机(NFH)。

  使用钢制尾梁的贝尔-47一代直升机

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  而到了第二代直升机,虽然机身框架与蒙皮的材料依然为金属,但是随着轻质铝合金的运用,各国二代直升机在重量控制上有了一些进步,如苏联的米-10重型直升机,其蒙皮采用铝合金焊接。而到了1967年,苏联在二代直升机米-8的设计上甚至加入了钛合金材料,米-8的中机身顶部隔框与桁条均由钛合金制造,并与钛合金蒙皮一体式铆接而成。新型金属材料的运用降低了二代直升机的单位重量,这对直升机载荷与高空高原运输能力的提升有着不小的意义。

  北约国家研制的NH-90多功能直升机

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新蒲京手机版 ,  NH-90直升机项目最早可以追溯到1985年,法国、意大利、德国、英国(随后英国于1987年退出项目的研制)与荷兰决定合作开发20世纪90年代多用途直升机。1992年9月1日,北约直升机工业公司与北约直升机管理局签订了NH-90直升机设计研发合同。由于参与项目研发的国家都是欧洲国家,NH-90直升机在研发过程和性能指标追求的方面与欧洲国家其他的合作研发项目十分相似,具有浓厚的欧洲特色。试图在各国都能承担起费用的前提下,研制一款强调多用途能力的直升机,新型直升机能够执行陆军和海军的各种作战任务,并且在性能上不打折扣。除了注重性价比与多用途性能,新型直升机能够适应多个北约国家的作战需求,可以在北约国家中广泛使用。

  开始尝试使用钛合金材料的米-8直升机

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  时间到了二十世纪七十年代,随着各国材料力学水平的不断进步,复合材料与新型合金材料开始大面积应用于第三代直升机。如苏联的米-28浩劫武装直升机,其复合材料比例占到了机体总重量的25%,而竞争对手卡莫夫设计局的卡-50直升机则应用了占机体总重30%的复合材料,与此同时,卡-50机体主结构采用第三代铝合金盒型梁制造。再如法宇航AS-365海豚轻型直升机,其机身树脂基复合材料比例达到了25%。而蜂窝状铝合金夹层也应用于其机身蒙皮、地板、涵道垂尾与整流罩等部位。复合材料更轻薄的质量与更强的韧性有效的提升了三代直升机的机体寿命,且进一步降低了自重,为载荷能力腾出了空间。

  “黑鹰”直升机性能优越,但不能完全满足北约国家的需求

  第四代直升机机体材料的发展主要集中在两点。一是进一步加大复合材料占机体总重量的比例,二是采用新概念材料。如欧洲的NH-90直升机,其树脂基复合材料比例高达95%,而空客直升机集团最新研制的H-160直升机,更是号称全复合材料制造,整机机体找不到一块金属结构。这样高比例的采用轻质材料,无疑大幅度提升了直升机的性能冗余度。第二方面,对新概念材料的运用也在各国的四代直升机上有所体现。如美军的RAH-66科曼奇武装侦查直升机,其蒙皮涂抹有吸收雷达波反射的隐身涂料,大幅度提升了该直升机的突防侦查能力。增加了战场存活率。而英国的EH-101灰背隼直升机,则大量采用航天工业级别的铝锂合金制造,因此其具有13吨级直升机中顶级的性能。

  新型直升机的研发工作在1993年开始展开,其中首架原型机在1995年12月18日完成了首次飞行。第二架与第三架原型机分别在1997年3月19日与1998年11月27日首飞。值得注意的是,后来第三架原型机拆除了备份的机械控制系统,使NH-90成为了第一款完全采用电传飞行控制系统的直升机。

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  NH-90直升机的设计达到了北约和多个国家标准,采用了许多尖端技术。设有两名飞行员,机身两侧设有滑动门,机舱尾部设有一具装卸大型装备的尾门,尾部舱门为上下开启方式,开启后可以当作斜坡供车辆装卸。由于采用菱形复合材料机身,NH-90直升机具备同级别直升机中最低的雷达特征。机身还装有红外抑制装置,可以有效降低直升机的红外特征。机舱采用模块化设计,可以根据任务的多样性换用不同的配套设备。能够运输20名全副武装的士兵或12具医疗担架,也可以运输超过4吨的物资。

  使用了95%复合材料的欧洲NH-90直升机

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  机身两侧与尾部都设有舱门,可供人员车辆的装卸

  使用隐身涂料的科曼奇直升机

  机身长度为16.13米,高为5.23米,旋翼直径为16.3米。采用可收回的起落架,机身两侧的起落架收容于两侧的起落架整流罩,不会占用货舱空间。机身和桨叶采用了大量的复合材料,能够大幅度减轻重量,并强化了结构增强了寿命,有较好的防腐蚀能力。具备更优秀的防弹、防撞性能,提高了直升机的安全系数。

  机体材料的进步,正如同发动机的更新换代一般,深深影响着直升机的划代。而作为一款飞行器,在高空复杂的气动环境与湍流之中,想要尽情驰骋,同样离不开优秀的飞控系统。

  NH-90直升机装备有气象雷达、前视红外系统、数字地图生成器以及自我诊断系统,玻璃化座舱集成了先进的航空电子设备,拥有先进的导航系统、控制系统与通讯系统。多功能液晶显示器可以显示飞行数据、作战任务、导航等信息,并配有头盔瞄准系统,增强飞行员对战场态势信息的掌握,减少飞行员在复杂环境下的反应时间。十分先进的是,NH-90直升机的自动控制系统与电传飞控系统高度融合,通过计算机计算处理桨距与油门的匹配关系,可以大大减少飞行员操作飞机的工作量。

  第一代直升机与第二代直升机均采用传统的机械式飞控,通过机械连杆与液压助力结构对直升机的旋翼与各个气动舵面进行直接操控,飞行员的操纵杆直接连着直升机的可活动翼面。这种飞控系统仅能满足早期直升机的飞行要求,但随着直升机越做越大,速度越来越高,液压助力这种需要介质传递的飞控模式导致了飞行员的操纵与直升机的响应时间间隔过长,在高速飞行过程中,难以快速改变姿态。且操纵杆越来越沉重,对飞行员的体力造成了严峻的考验。为此,工程师将目光盯上了电传系统。

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