新技术被广泛应用!国外直升机的发展特点及前景

直升机的百年奋斗史,经历了从萌芽到探索,从成熟到实用再到跨越发展几个重要阶段。中国古代的“竹蜻蜓”昭示了现代直升机的原理,其是人类最早的概念直升机。随着生产力的发展和人类文明的进步,直升机的发展由萌芽期进入了探索期,多种试验机相问世,为直升机发展积累了可贵的经验并取得显著进展,试验机实现了短暂的垂直升空和短距飞行。直升机空中盘旋的实现,打破了直升机发展多年停滞不前的局面,从而使直升机的发展进入了成熟期。

经过几代人的不懈努力,直升机从外形到结构更趋于合理,飞行性能也得到极大的提高。R-4直升机的诞生,具有划时代的意义,标志着直升机发展最艰难的探索时期已经结束,从此,直升机开始走上了迅速发展的道路。进入21世纪,直升机迎来了跨越发展期,新构型相继涌现,新技术不断发展,直升机在军民用领域应用更加广泛。

国外直升机的发展特点

先军后民,军民兼顾。纵观国外直升机的发展史可以看出,首先发展军用产品,在军用产品成熟后转向民用。通过直升机军用和民用的实践,实现军民同步发展并相互渗透。因此,国外直升机呈现先军后民,军民兼顾的发展特点。世界上第一种投入批量生产的直升机是军用直升机,直升机最初应用于战场搜索救援等军事领域,后来才在民用领域的抢险救灾和医疗救护开始广泛应用。国外直升机以军用为主,大部分型号都是军用型,部分民用型也是在军用型的基础上改进而来,以此减少民用产品开发成本和风险,而且可靠性也有保障。国外民用直升机从直接使用军用直升机的第一代,由军用改型的第二代,发展到完全按民用要求研制的第三代和第四代。

目前,国外直升机依据市场要求和国家规划进行产品研制开发,军用直升机方面,主要依据国防订单,民用直升机方面则根据市场导向以及民机发展规划进行研制,最终形成军民直升机共同发展的局面。直升机产品的军民平台通用性很强,国外直升机公司也会积极采取军民机平台融合的模式,一方面维持其军/民市场占有率;另一方面保持自身的长足发展。总之,军方投资发展新型号促进直升机技术的发展,从而帮助民用直升机提高到新水平。而民用直升机在使用条件下的经验积累,又促进了军用直升机技术的发展,两者相互促进,推动着直升机事业的发展。

需求牵引,不断创新。科学技术的发展只有以需求为牵引,才有足够的动力和后劲。军民需求是直升机发展的驱动力,在需求牵引下,直升机技术不断创新,进而直升机的性能不断提升。比如构型的不断发展和直升机平台技术的不断进步,大大提高了直升机的速度、航程以及有效载荷,从而提高了装备的使用效能,提高军队快速部署和精确打击的能力,同时也可提高生存力。

直升机的发展取决于用户的要求,不同的用户对直升机的具体要求有所不同。例如,军方要求速度大和机动性好的直升机,商运公司要求价廉和舒适的直升机,建筑和伐木部门需要大起吊能力的直升机。民众用户则更重视它的噪声、振动、驾驶和维护的难易。一项新技术、新材料、新工艺、新电子设备几乎都是首先在武器装备中投入使用,直升机更是如此。直升机技术水平的提高增强了军队的战斗力,而部队的需求又直接刺激直升机技术的进一步发展。

强化优势,形成特色。国外主要直升机公司在直升机发展过程中,根据自身的特点,强化和扩大在某一领域的优势并形成特色,使之成为公司的一张名片。波音公司已全面掌握了纵列式双旋翼构型直升机技术,并将其发挥得淋漓尽致。波音公司研制的CH-47直升机是目前世界上使用最成功的纵列式双旋翼重型运输直升机。贝尔直升机公司以生产单旋翼带尾桨构型的轻型和中型直升机为主,两片桨叶的跷跷板旋翼系统,是该公司直升机产品的最大特色。麦道直升机公司的无尾桨成为现代直升机中一道亮丽的风景线。空客直升机公司是最先使用涵道尾桨技术的直升机公司,其单旋翼带涵道尾桨布局成为公司的一大技术特色。莱昂纳多公司表现出很强的传承性,家族化和模块化成为亮点。俄罗斯卡莫夫直升机股份公司的共轴技术成为一大特色。

追求谱系,塑造品牌。国外主要直升机公司都在追求直升机全谱系发展,强调在满足市场需求方面的全面能力,增强公司品牌对用户的吸引力,强化公司品牌的市场效应。空客直升机公司的现有产品谱系已经覆盖从1.5吨到12吨,而且各个平台之间衔接紧密、构型丰富,可以确保满足用户的所有要求。西科斯基公司产品涵盖了1吨、1.5吨、3吨、5吨、6吨、9吨、12吨、19吨、33吨、38吨等多个吨位级别。俄罗斯直升机公司形成轻、中、重型直升机共同发展的格局。此外,莱昂纳多公司、贝尔公司等各有侧重点,也在一直扩展其型号吨位级别,注重向大型直升机方向发展,以便追求全谱系,进一步强化公司的品牌效应,抢占更大的市场份额。

俄罗斯把销售良好的直升机作为品牌机,改进改型的同时也发展后继替代机型。从用户的角度出发,注重减少全寿命周期内的成本,大幅增加平均大修间隔时间。利用品牌优势,完善产品结构,抢占新的市场。截至2019年,投产的米-8共发展50多个型号,生产12500多架。米-8/17系列直升机以结实耐用、价格低廉著称,在全球范围内经受了恶劣使用环境的考验。因此,深得市场青睐。“黑鹰”系列直升机发展成为一个拥有10余种型别的直升机家族,彰显出其近乎完美的通用型,共生产4500多架,成为世界上生产数量最多的直升机之一。“黑鹰”在全球现役军用直升机的服役数量中占比达到19%,排名第一。因此,“黑鹰”以其设计的优越性成为直升机领域的经典。空客直升机公司推出了经典的“小松鼠”系列,从20世纪70年代末开始投入使用,一直是其销售的绝对主力产品。该机几乎成为全球2吨级民用直升机的最佳典范。

整合并购,做大做强。为适应全球市场和用户不断增长的需求,直升机公司进行不断整合并购,目的是做大做强。国外许多直升机科研、制造机构经过多次重组后,形成了一批具有强大竞争力的新的直升机公司。直升机研究、设计和制造模式不断推陈出新,直升机产业格局也随之发生了重大变化。例如,俄罗斯政府合并直升机工业,把直升机工业部门重新划归国有,组建了新的直升机联合股份公司,结束长期独立设计和制造多样化产品的历史;法国和德国共同投资组建了空客直升机公司,充分发挥双方的技术和市场优势,大力发展新型直升机投放市场并取得了巨大成功。空客直升机公司在发展过程中经过了三次大的重组和更名,此期间又完成了多次内部并购。通过这些举措,一方面不断优化内外资源,使企业快速适应市场的变化;另一方面不断注入新的元素,使企业不断焕发新的生机。空客直升机公司通过成功转型,使公司的业务能力更加适应产业发展的步伐。

改进改型,系列发展。为了满足不同任务需求、延长直升机的使用寿命和改善飞行性能,同时还可以缩短研制周期和降低研制费用。国外各大公司对直升机不断地进行改进改型,多数型号呈一机多型、家族化、系列发展的格局。如CH-47和UH-60直升机经过不断改进改型,目前已形成庞大的直升机家族。从国外主要直升机公司的型号研制历程来看,对原有机型的升级、改进几乎贯穿了大部分型号。这种升级改进带来的好处是:大幅度降低了新机开发所需要的巨额成本,通过更换发动机、改进旋翼系统、升级航电设备、采用新材料等方式,逐步提升原有型号的性能,从而满足不同用户不断提高的要求;改进升级到一定程度,实现从量变到质变,又可成为一种全新的平台。

S-97

国外直升机未来发展展望

高速直升机成为未来直升机发展主旋律。在时间就是生命,时间就是效率、时间就是胜利的原则下,直升机速度上的竞争也愈演愈烈。现代直升机尽管具有诸多优势,但飞行速度始终落后于固定翼飞机,所以未来的直升机的发展聚焦到速度的提高上。由于军用和民用需求的推动,以新技术、新材料、新工艺为基础的直升机技术的发展和更新都在加速。而军民领域对直升机的速度日益苛求,则是高速直升机快速发展的最直接推动力。目前,美国、欧洲和俄罗斯都加快了高速直升机的研究,多个型号相继问世,高速直升机的时代已经来临。

电动直升机引领直升机发展新潮流。电动直升机最突出的优点是环保、低污染、低噪声、低振动。与现有直升机相比,可实现零排放,噪声和振动水平显著降低,具有极好的舒适性。电动直升机最关键的是电能存储及生成系统,包括锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等。电动垂直起降飞行器成为直升机发展的下一个潮流。为解决城市拥堵和最后20~30千米交通问题的立体运输,多家公司竞相研发电力驱动、多旋翼的空中出租车。贝尔公司推出了Air Taxi,空客直升机公司则推出了City Airbus。

人工智能开启直升机智能化发展新纪元。智能化是指以计算机为核心的先进而完备的电子系统为依托,实现对直升机操纵、维护的自动控制,从而大大减轻飞行人员的工作负荷,提高操纵功效和作战能力。未来直升机人工智能可以采用智能+的概念:智能+旋翼、智能+起落架、智能+驾驶舱等。例如,智能飞控具备预定任务分析能力、实际飞行环境的解算能力和对飞行员驾驶习惯的记忆能力,具有极高控制权限的人工智能飞行控制系统能够达到全解耦飞行控制,在必要时甚至可以接替飞行员对直升机的控制。人工智能的引入使自适应起落架成为现实,该技术是一种基于仿生学理念,有效融合了地形辨识、仿生设计、智能监控与信息监测等前沿技术于一体,通过采用机器人仿生技术,实现起落架姿态的实时调整,使直升机具备在各种复杂环境下稳定着陆甚至行走的能力。

无人化或可选有人无人直升机未来可期。无人直升机的已成为各军兵种“革命性转型”的重要标志,由于无人驾驶直升机与有人驾驶直升机相比,既具有更大的任务效能又具有更高的成本效能,特别是在军事应用方面更是如此。因此,受到世界各国军事部门的高度重视。无人驾驶直升机结构独特、隐蔽性好、性能稳定,因而它能执行多种军事任务,甚至能完成其他飞行器无法完成的一些任务。在研制无人机的同时,国外也在大力发展可选有人/无人直升机技术,以满足未来直升机发展的需求。

总的来说,各直升机公司的发展策略可以总结为四个方面:一是应用新技术,提升产品能力和竞争力;二是发展新型号,针对市场需求补齐型谱缺漏;三是整合资源,更高效地为客户提供售后服务;四是加强管理、提高效率、降低成本。

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