戰場武器系統與技術 - 第11冊：軍用直升機
序言P．G．哈里森 等 [英國]
本冊簡單扼要地介紹旋翼機的飛行原理和軍用直升機的特性及其不足之處。航空技術的發展大概比其他任何領域的技術發展都要快些，直升機在這種迅速發展中也是獲益匪淺的。一度曾經是相當脆弱的直升機，確實已經變成了堅固的作戰器具，能夠予人以懲罰，自身受到相當懲罰後仍能繼續飛行。空中力量如能得到正確使用，便會成為贏得戰役勝利的決定性因素。直升機已經擴大了航空兵活動的整個內容，凡是職業軍人，如果想從直升機方面獲得最大好處，就應該對直升機的能力有所了解。對於那些要想擴大他們軍用直升機方面的知識，使之超越一般產品目錄和識別手冊的內容範圍的人們，本書也會使他們發生興趣的。
什里弗納姆
1982年11月
第一章 歷史
早期歷史
自從1903年12月在固定翼飛機上的飛行獲得成功以後，人類的註意力便愈來愈多地轉向了旋翼機飛行這個難度更大和更為復雜的問題。幻想家們早就預言，有可能出現一種垂直升入空中之後再改為向前飛行的飛機。這種可能性激發了列奧納多·達·芬奇的想象力，結果是他在1490年設計了一種以木頭和上了漿的麻布為原料的飛機，以彈簧裝置為動力，他將它稱之為螺旋體。早期的許多設計者都曾設想，這種飛機就是應該象一枚螺絲釘那樣筆直地鉆到空中去的。至於如何使它回到地面上來，則誰也說不清楚!圖1.1所示便是達·芬奇的螺旋體。“helicopter”(直升機)這個詞，據信部分地來源於這種飛行機器：它是由“helix”(螺旋)和“pteron”(翼)這兩個希臘詞組成的。
達·芬奇即使沒有親眼看見，也一定聽說過那種能夠垂直向上飛去的靈巧玩具 [ 譯者註：指竹蜻蜓。 ] ，但他卻不可能知道，有人駕駛的直升機要到417年以後方才問世。在這幾百年裏面固然也不乏創新之見，其所以均未獲得成功，主要障礙還在於缺少重量輕而能產生足夠的功率重量比的發動機。N．A．奧托在1876年發明了四行程內燃機，這是飛機設計師們期待已久的重大突破。布雷蓋－裏歇的1號自轉旋翼機在一臺45馬力的安托瓦內特發動機上應用了奧托循環 [ 譯者註：內燃機熱力循環的一種，為紀念奧托而得名。 ] 的原理；於1907年9月第一次成功地實現了垂直飛行。如圖1.2所示，這架飛機有一個中央機架和四根鋼管支臂。機架支承著駕駛員和動力裝置，每根支臂上則裝有一組直徑8米的八葉旋翼。斜線相對的兩組旋翼順時針旋轉，另兩組則逆時針旋轉。這架飛機升到了1.5米的高度，但由於它每一個角需要有一個人來保持穩定，既不能操縱，本身也沒有操縱裝置，所以還算不上是第一架真正能夠自由飛行的直升機。
1907年11月，保羅·科爾尼在科甘維葉駕駛他那“飛行自行車”在0.3米的高度上飛了20秒鐘，這才是第一次垂直自由飛行。圖1.3所示便是他的那部飛行機器，它是由一個裝在四輪起落架上的“V”形構架組成的，駕駛員和24馬力的安托瓦內特活塞式發動機位於中央。“V”字的兩個末端各有一個自行車輪樣的輪子，每個輪子上固定了兩個有蒙皮的槳葉，它們就是旋翼槳葉，直徑6米。輪子由中心軸的皮帶驅動，至於操縱(這就是當時的操縱)，則是通過裝在支撐構架末端的兩個固定葉片來進行的。這部機器結構不牢固，傳動裝置不可靠，幾乎沒有操縱系統，很不實用，因此在進行了歷史性飛行後不久便被放棄了。
獲得合適的發動機的問題解決了以後，直升機設計人員便面臨了安定性和操縱的問題，這是在保羅·科爾尼的直升機上突出地反映出來的。一個時期以來人們早已認識到，旋翼在某個方向上有旋轉動量，便在相反的方向上產生了反作用動量。因為根據牛頓第三定律，每一個作用力都有一個反作用力，它們的大小相等，方向相反。為了克服這種反作用力矩，人們想出了許多辦法。大家最熟悉的一種便是使用共軸式雙翼，即圍繞同一個軸或各自的軸以相反的方向旋轉，於是這兩個反作用力矩便相互抵銷了。1874年，德國的阿亨巴赫提出了一項設計，其中包括一個尾槳，用以控制反作用力矩。這種現在已為大家所熟悉了的裝置，當時還是第一次提出來。人們還發現，如果主旋翼槳葉所需的動力在葉片的頂端提供，而不是通過操縱軸來驅動，那就不會出現力矩。結果便有不少種設計(從蒸汽噴管或壓縮空氣到小型的驅動螺旋槳)采用了安裝在主槳葉末端的裝置。這種設想雖然不再需要有克服反作用力矩的裝置，但是如何持續不斷地把能量送到旋翼的尖端卻是個復雜的問題，不是大家都有辦法解決的。
方向控制和轉變為向前飛行乃是很特殊的問題。初期的解決方法是把主旋翼傾斜到固定位置，使之既產生垂直升力，又能向前運動(布雷蓋－裏歇的2號直升機)；或者由駕駛員通過操縱索使主軸傾斜(丹尼的直升機)。1912年，早期最卓越的設計師之一、丹麥的埃勒哈默爾推出了一架復合式直升機。如圖1.4所示，它有許多有趣的創新。除了液壓離合器和齒輪箱以及一臺36馬力的星型活塞式發動機以外，它的升力是由對轉式雙旋翼提供的，每個旋翼的末端有可以活動的葉片。改變葉片的角度，便可改變飛行的方向。這是駕駛員在飛行中能夠確實操縱直升機的最早和最成功的事例之一。
這架直升機於1916年墜毀，埃勒哈默爾此後便暫時停止了他的實驗，直到1930年又重新開始。
20年代初期出現了幾個令人註目的設計，其中最有發展前途的便是佩斯卡拉的3號直升機。如圖1.5所示，這架看來很笨重的直升機代表了直升機工藝技術向前跨了一大步，因為它那對轉式雙旋翼系統中的八對槳葉能在飛行中加以操縱以增大升力，旋翼槳轂則可以傾斜以便向前飛行。這架直升機的速度雖然有限，但卻第一次令人信服地顯示了它在升力和飛行方向兩個方面都能加以操縱。佩斯卡拉還顯示了他是最早懂得自轉的人們中的一個，因為他把他的直升機設計得在發動機失效的情況下能夠平安地降落。這架直升機創造了飛行距離736米的世界記錄。與同時代非常復雜的直升機相比，人們認為它還是比較簡單的。
胡安·德·拉·謝爾瓦
1919年，據說是為現代直升機奠定了基礎的這位西班牙人想到了一個出色的點子。在他和他兄弟的早期飛行生涯中，好幾次嚴重的事故征候主要都是由失速引起的，於是他對這個問題進行了大量的研究。他認為，旋轉的翼面基本上和在空氣中向前運動的固定翼面一樣產生升力，所以它們應該是可以互相代替的。他的想法和前人的重大不同之處在於，他讓旋翼自由旋轉，而不是用發動機來驅動。發動機的動力被用來驅動普通的螺旋槳以產生向前的拉力，並用來帶動旋轉葉片使其速度能夠產生起飛所需的足夠的升力。此後，航空器向前運動的速度所產生的氣流將使旋翼自由轉動，從而無需借助發動機而產生升力。他把他的發明稱之為自轉旋翼機。圖1.6所示是他的最初設計。
自由旋轉的旋翼在氣流中產生升力，被稱之為處於自轉狀態。不難看出，因為沒有驅動力量通過旋翼軸去產生反作用力矩，所以使早期直升機設計人員深感棘手的這個大問題也就根本不存在了。但是謝爾瓦發現，他的設計還有第二個大問題沒有解決，即所謂升力的不對稱。人們早已發現，當一架有旋翼的航空器在空氣中向前運動時，旋翼的葉片要在兩個方面受到影響。第一，從尾部向頭部旋轉的那個葉片，也就是前行槳葉，它不僅存在著本身的旋轉速度，還有航空器在空氣中運動的速度。第二，根據上述情況可以明顯地看出，從頭部向尾部旋轉的那個葉片，也就是後行槳葉，受到的是相反的影響，它的旋轉速度要減去航空器的前飛速度。由於升力是速度的函數，因此前行槳葉會比後行槳葉產生更大的升力，航空器就會向產生升力較小的後行槳葉的一側滾轉。為了解決這個看來很難解決的問題，謝爾瓦經過許多次徒勞的嘗試以後，終於想出來給每一個葉片裝上一個垂直鉸，使前行槳葉向上揮舞以產生較小的升力，使後行槳葉向下揮舞以產生較大的升力，這樣便消除了兩個葉片的升力不相等的現象。圖1.7所示便是揮舞鉸，據說這是他對航空作出的最大貢獻，也有人不同意這種說法。
謝爾瓦在花了若幹年去改進他的設計以後，又解決了另一個嚴重問題：他的揮舞鉸使葉片根部產生嚴重振蕩，於是他設計了另一種鉸節，允許每一個葉片可以移動一定的方位。他稱這種鉸節為阻力鉸。我們在許多現代直升機上還可看到它。第二章中將予以詳細介紹。
1928年，他駕駛圖1.8所示的C．8LⅡ型飛越了英吉利海峽，這對旋翼機說來還是創舉。
從圖1.8可以看出，C．8L除旋翼以外還有常規機翼。自轉旋翼機的特點是有常規的螺旋槳、機身和機尾，但可以有也可以沒有固定翼，早期的許多設計還有共軸式雙旋翼。現代的一些型別則具有小巧、機動性能好、可靠和使用成本低的特點，但如欲用於軍事目的，其主要缺點則是不能保持懸停。即使如此，謝爾瓦對航空，特別是在直升機方面作出的貢獻仍是十分重大的。
1930年以後
盡管出現了自轉旋翼機，早期的直升機也得到了改進，但真正實用的直升機卻是直到1936年方才第一次進行了令人信服的表演。那就是德國福克－武爾夫公司的FW61進行的自轉著陸表演，一年以後又創造了好幾項世界記錄。同一年在柏林進行的首次室內表演震驚了全世界。圖1.9便是這次表演的照片。
圖1.9 1937年FW61在柏林進行室內表演
下一個重大發展是伊戈爾·西科爾斯基在美國制成了S300。這種直升機後來成功地采用了主旋翼和尾槳的布局，是圖1.10所示R4的前驅，而後者則標誌了美國制造直升機的開始。1942年作首次飛行的這種非常獨特的航空器，有供兩名駕駛員坐的並排座位。後來的表演證明，它乃是世界上第一種真正有發展前途的直升機。
雖然人們當時普遍認識到直升機已經漸臻成熟，在專用航空(航班飛行以外的民航飛行)方面將會很起作用，但是它在軍事上的真正價值卻是直到50年代方露頭角。法國陸軍在阿爾及利亞、美國陸軍在朝鮮和英國陸軍在遠東都曾廣泛予以使用。盡管其所遂行的任務主要是觀察、偵察、後送傷員以及運送人員和軍用物資，但對其作為武器平臺使用也進行了研究、雖然有些人過分強調直升機脆弱的一面，而無視於它能夠超低空掠地飛行，在掩蔽物的後面懸停從而不被敵人發現的特點，但是它將武器迅速運往戰場各地的能力卻是很受軍隊首腦們的重視的。
越南戰爭為美國提供了非常適於直升機活動的局勢和地形。中型和重型運輸直升機以及無往而不在的通用直升機都在這次戰爭中發揮了重要作用，然而最引人註目的恐怕還是武裝直升機的成長壯大。對於那些一直認為直升機過於脆弱因此在現代戰場上難以生存的人們來說，某些統計數字是發人深省的。事實證明，面對著大量的小口徑武器和重型機槍，還有尖端的空空導彈，被敵人高射火力擊落的直升機卻非常之少。美國陸軍深信直升機已經證明了自身作為戰場武器的價值了。
美蘇這兩個生產直升機的大國毫不懷疑地認為，在未來任何戰爭中，直升機都將扮演主要角色，因此他們的陸海空軍裝備了為數眾多的各型直升機以遂行專門任務。其他西方國家雖然具有同樣高的熱忱，畢竟限於財力，裝備的數量就比較小，型別也較少。這些國家的大多數直升機看來將用於遂行多種任務。
第二章 飛行原理
引言：直升機要想飛起來，它的總重量必須能被升力所克服。這種升力產生於流過旋翼槳葉上方的空氣，其情況和固定翼產生升力一樣，只不過是通過旋轉運動，而不是線性運動而已。
定義：為了有助於了解旋翼空氣動力學，有不多幾個簡單的名詞的定義是應該搞清楚的。有幾個在圖2.1中可以看出來。
翼弦線是聯結翼剖面前緣和後緣的一條直線。
相對氣流是指空氣相對於翼型的運動。
迎角是指翼弦線和相對氣流之間所測定的角。
槳葉角是指翼弦線和旋翼的旋轉面之間形成的銳角。
壓力中心是指翼弦線上的某一點，旋翼槳葉上所有的表面力的合力作用在該點上。
旋翼槳盤是指旋翼槳葉的葉尖所畫的圓，亦稱槳葉尖旋轉平面。
旋翼總拉力是指旋翼槳葉產生的升力之和，它與旋翼槳盤成直角。
錐角是指由於增加了槳葉上的載荷而在旋翼槳葉和水平面之間形成的夾角，它在大型直升機起飛時尤為顯著。
大氣層
這裏有必要簡單說一下大氣層對飛機的重要作用。大氣層是包圍著地球的空氣的海洋，是可壓縮的流體，因此，即使受到極小的壓力，它也會流動或改變形狀。它最重要的特性之一便是它的密度隨著高度的增加而減少，這對翼面產生升力有不利的影響，也不利於發動機在高空發揮性能。
利用空氣動力進行飛行的一些重要參數取決於空氣的質量密度、靜壓和靜溫。在流體中，靜壓和靜溫是由相對於流體來說是靜止的儀表來測量的。還有兩個對飛行很重要的參數值乃是音速和粘性系數，它們都只取決於氣溫。
國際標準大氣是用於航空器和飛彈的性能計算的模式大氣，大體上相當於歐洲和北美的平均狀況，它的主要設想是為各個不同的高度規定了溫度。海平面的氣溫是15℃，在11,000米高度以下，高度每增加1,000米，氣溫要下降6.5℃。這個區域名為對流層，直升機正是在這個區域進行飛行活動。
升力
根據貝努利定理，無論固定翼或旋翼的翼剖面都會產生升力。貝努利定理指出：在理想流體的流線型流中，能量保持不變。
簡言之：運動能(動能)＋壓力能＝常數。
因此。如果速度增大，壓力就會減小，反之亦然。拿一個簡單的翼型來說，速度和壓力的變化可以從圖2.2中看出來。
由於氣流經過弧度較大的上表面時速度增大，壓力便顯著減小。其結果便是翼面以與氣流成直角的角度向壓力較低的區域升起。如果迎角改變，則如圖2.3所示，翼型周圍的壓力分布也將發生變化。
所以，升力是隨著迎角的增大而增大的，直到迎角增大到15°左右，然後阻力便迅速增大，升力減小，直到翼面失速。圖2.4的曲線顯示的便是此種現象。
翼型安裝角(槳葉角)不變，但加快其在空氣中通過的運動速度，卻也能達到增大升力的目的。然而直升機旋翼有相當大的慣性，企圖用調整旋翼速度的方法來改變升力，是反應遲鈍而不可取的。
直升機有若幹個旋翼槳葉，必須完全一致地增大全部槳葉的迎角，方能使每個葉片產生的升力相等。這事是由駕駛員來實現的。他拉起一個能同時增大全部槳葉的迎角的手柄，這叫做增大槳葉角(槳距)。這個手柄名為總距油門操縱手柄，它在機械上是通過機身內的傳動桿與旋翼槳轂相聯的。在槳轂那裏，操縱系統與一種名為旋轉傾轉盤的裝置相聯，一個盤是固定的，一個盤跟著旋翼槳葉轉，增大或減小槳葉角。不轉的那個盤向上或向下的運動使得旋轉的那個盤也向上或向下運動(盡管是傾斜的)，把所有槳葉的槳葉角一齊都改變了。見圖2.5。
還可以用其他方法來改變槳葉角，雖說旋轉傾轉盤的使用最為普遍，但它們的原理都是相似的。總距油門操縱手柄一般裝在由左手操作的位置，而且是按常情工作的：拉起手柄，直升機上升，反之便下降。
阻力
凡是在空氣中運動的任何物體，如翼面，部經受一種力，這種力起到阻止其運動的作用。我們稱之為阻力，它是與‘(流相平行而起作川的。物體所遇阻力的大小，部分地取決於該物體在多大程度上破壞了空氣的平穩流動。可以設想，與氣流成直角的一塊平板所造成的阻力，要大於一枚圓球所造成的阻力。
如圖2.6所示，改變物體的外形，即所謂流線型化，便可以顯著減小阻力。
阻力的起因相當復雜，大概有兩種基本形式，即誘導阻力和翼型阻力。誘導阻力可以簡單地說成是由升力產生的阻力，它是升力帶來的不良後果。翼型阻力的產生部分地由於物體的形狀，也就是形狀阻力，另一部分包括表面摩擦。當物體和空氣之間存在著相對運動時，表面磨擦使得最靠近物體的薄薄一層空氣的速度減小，即所謂附面層。它在決定翼型的特性，特別是失速特性以及它所能產生的最大升力方面，具有重要作用。
前面已經有過一幅說明升力的簡單曲線圖，這裏也可以有一幅說明總阻力的類似的曲線圖。圖2.7顯示了阻力如何地隨著迎角的增大而緩慢地增大，但在過了失速迎角以後，阻力便急劇增大了。
綜合這兩幅顯示升力和阻力隨著迎角而起變化的曲線圖，我們可以看出，最有效的迎角，如圖2.8所示，乃是4°左右。還可以看出，超過這一點以後，翼面的效率便不那麽高，而從11°左右到失速迎角，其性能便急劇下降。這種特性是旋轉翼和固定翼所共有的。
四種力
有四種力作用於一架飛行中的固定翼飛機上面，它們是升力、阻力、重量和推(拉)力。但就直升機而言，它們卻減少成為三種，即旋翼拉力、重量和廢阻力。廢阻力是除旋翼以外直升機所有部件上面的阻力之和，由於它是與前進速度的平方成正比地增加的，因此當前進速度增大時，必須能夠產生相當大的旋翼拉力。
拉力
當一架普通直升機的旋翼槳盤向任何方向傾斜時，旋翼總拉力也將指向該方向，直升機便會沿著這條線運動。使一片槳葉升起，相反方向的一片下降，便能有效地使旋翼槳盤和總旋翼拉力傾向同一方向。在圖2.9中，後槳葉升起，前槳葉下降，結果旋翼槳盤便前傾，飛機便向前運動。
為使槳盤保持傾斜，槳葉角在一圈360°的行程中必須由低至高地進行改變，這叫做周期變距。其具體操作是駕駛員用右手操縱駕駛桿，也是按常情，向前推桿時直升機前進，向後拉桿時直升機後退。與駕駛桿連接的操縱系統和與總距油門操縱手柄連接的操縱系統是平行的，沿著機身通到旋翼槳轂。到了槳轂這裏，便可以有好幾種方法改變槳葉角以改變飛行方向，最常用的方法就是如圖2.10所示的那樣使旋轉傾轉盤傾斜。如前所述，旋轉傾轉盤也被用來改變總距。
鉸節
人們在研制直升機的早期階段便已發現，主旋翼必須采用三種鉸接方式。如第一章所述，為了解決向前飛行時的升力不對稱問題，謝爾瓦發明了揮舞鉸，後來又采用了阻力鉸以解決他的自轉旋翼機的振蕩問題。後來又增加了變距鉸，使駕駛員能夠操作改變槳葉角。圖2.11顯示了這三種鉸節是怎樣工作的。凡是旋翼槳轂中裝有全部三種鉸節的，叫做全鉸接式旋翼。
現代直升機有幸使用一種新的材料，從而簡化了旋翼槳轂的結構。以韋斯特蘭公司的“大山貓”直升機為例，它的旋翼槳轂是整塊的鈦加工而成，槳葉內側附有鈦制連臂。據稱那將是無鉸式或半剛接式旋翼槳轂，鈦制連臂所具有的撓性，使其可以不再需要揮舞鉸和阻力鉸。至於周期變距，則是通過扭轉該系統中唯一的鉸節來完成的，它把旋翼槳葉裝在狗骨頭上面。其所以取這個名字，是因為它的外形十分相似的緣故，這從圖2.12中便可以看出來。
圖2.12 “大山貓”直升機的半剛接式旋翼槳轂
也有可能進一步制造出根本不用鉸節的旋翼槳轂，在這種槳轂中，所有操縱機構的運動都通過旋翼槳轂的彎曲部件來傳動。這種結構稱為無軸承式或剛接式旋翼。
就其本身的性質而言，旋翼槳轂乃是復雜的工程部件，圖2.13所示韋斯特蘭公司“海王”直升機的旋翼槳轂充分說明了這一點。它上面還增加了液壓槳葉折疊系統，因此其構造就更為復雜了。
圖2.13 “海王”直升機的主旋翼槳轂
反扭矩措施
反旋轉措施
我們已經解釋過直升機能夠離地升起並向任何方向運動，但是第一章中又提到，繞主軸運動的旋翼槳葉還會在機身上產生大小相等、方向相反的反作用力，名叫扭矩。如果不采取措施去克服它，機身就會以與槳葉相反的方向旋轉，就無法作正常的飛行。有幾種方法可以消滅扭矩，一種方法便是在中心軸上裝上反旋轉旋翼槳葉，也就是兩組槳葉的轉軸相互嚙合，從而使它們的扭矩作用相互抵銷。如圖2.14所示，美國卡曼公司HH43B直升機便使用這種方法。
雙旋翼
美國CH－47“支奴幹”直升機使用的是另一種能夠達到同樣效果的方法，它有雙旋翼，各自安裝在自己的軸上，旋轉方向相反，如圖2.15所示。
圖2.15 CH－47“支奴幹”直升機
前行槳葉
最先進的雙旋翼設計可以從西科爾斯基公司XH－59A的前行槳葉設計思想中看出來，它有兩組剛接、共軸、反向旋轉的旋翼，由於它特殊的設計性能，使其前飛速度要比別的直升機大得多。圖2.16所示便是這種飛機，目前尚處於設計階段。我們在第九章裏還將比較具體地介紹它。
圖2.16 西科爾斯基公司XH－59A的前行槳葉設計思想
雙旋翼直升機操縱方向的辦法是使一個旋翼軸的扭矩大於另一個旋翼軸，造成扭矩差，使機身旋轉；或者傾斜兩組旋翼，使它們彼此相對。
尾槳
常用的反扭矩裝置乃是尾槳。它可以是推進式的，也可以是拉進式的，視它裝在垂直尾翼的哪一側而定。尾槳通過驅動軸和它自己的小型減速器由主減速器驅動，因此通常只有在主旋翼旋轉時它方才旋轉。駕駛員可以使用腳蹬改變尾槳的總距，增大或減小尾槳葉片的迎角。這樣，它們產生的總效應便能使機身圍繞主旋翼的軸左轉或右轉。圖2.17所示便是一種典型的尾槳組。
圖2.17 典型的尾槳
尾槳會使直升機在前飛時的阻力增大，因此法國的航空空間公司設計了一種完全封閉在垂直尾翼裏面的尾槳。更準確地說這是一種函道風扇，但它卻具有和普通尾槳完全相同的作用，工作方法也是一樣的。圖2.18所示為“小羚羊”直升機的尾槳函道，它在直升機懸停時的效果不如普通的尾槳，但在前飛時的效果較好。
圖2.18 “小羚羊”直升機的尾槳函道
操縱效應
我們把總距油門操縱手柄(即油門變距桿)、周期變距操縱桿(即駕駛桿)和尾槳的操縱效應綜合在一起予以考慮，就可以明白直升機究竟是怎樣實現飛行的，以及駕駛員為了進行操縱需要完成哪些動作。圖2.19用圖解的方式把這一切顯示了出來。
我們將會看到，對於直升機進行的幾乎每一種機動飛行，駕駛員都需要通過所有這三種操縱系統去進行行間斷的修正。為此才采用了為了減輕駕駛員的工作負擔而設計的自動系統。這些系統控制著俯仰、滾轉和偏轉，叫做飛行自動控制系統，簡稱增穩系統，第五章將予以比較詳細的介紹。
自轉
如果有架單發直升機的唯一的一臺發動機在飛行中發生故障，它的主旋翼便會起到自轉旋翼機的槳葉的作用，不依靠發動機而繼續旋轉，並產生升力。這種狀態和正常飛行狀態之間的不同，在於它的氣流是向上而不是向下通過主旋翼的。這種向上氣流使旋翼高速旋轉，使直升機可以下滑到地面。在離地大約200英尺的高度上，駕駛員向後拉駕駛桿以降低前飛速度，這叫做拉平。然後，通過拉平機身和利用旋翼剩余的能量，使用總距油門操縱手柄，使飛機緩和地墜向地面，通常在接地時有很小的前飛速度。也可以實施前飛速度為零的自轉著陸。這樣，就可以很容易地做到無動力安全著陸，雖然開始時的下降速度較大。雙發直升機不大可能兩臺發動機全都發生故障，以致面臨自轉著陸的問題，但萬一出現這種情況，則可以使用上述同樣方法安全著陸。
類型和布局
除了已經介紹過的普通直升機和自轉旋翼機以外，復合式直升機也已設計成功並進行了飛行。這種直升機的相當大一部分升力和拉力來自有動力的旋翼，但它另外又有固定機翼或推進系統，或二者兼而有之。圖2.20所示便是一種典型的復合式設計的簡圖。
圖2.21所示為曾經試用的許多不同布局中的六種，目的都是為了保持普通的主旋翼和尾槳布局的穩定性，但在服役中的仍有其他類型的直升機。
第三章 用途
直升機的多用途性在朝鮮戰爭中已經很明顯了，很快便被用來遂行民間和軍隊的各種任務。各國在軍事上的應用並沒有很大的差別，只是使用的重點有所不同而已。
觀察和偵察
需要
觀察和偵察是軍用直升機及其乘員傳統上一項最重要的任務，許多軍隊目前仍然把它看成是最重要的任務。這是因為指揮員需要迅速掌握有關敵人的近期情況，預見到他們未來的部署和可能的交戰地域。觀察和偵察，特別是觀察，需要有良好的光學設備。以保證直升機能夠呆在離敵人盡可能遠、超出其地面防空武器的射程的地方。
雙筒望遠鏡
延伸飛行員的肉眼視力的第一個步驟便是使用普通的雙筒望遠鏡，因為駕駛員要全神貫註地操縱飛機，所以這件事最好由一名觀察員去做。這種設備很有用處，但遠遠不能令人滿意，因為直升機往往振動很大，而且機體在飛行時不可避免的運動也使得通過雙筒望遠鏡看到的影像不易保持穩定，幾平始終處於模糊狀態。後來發現，裝上了柔軟的橡膠目鏡，特別是設法保持了雙筒望遠鏡的穩定，影像便清晰得多了。穩定陀螺儀由直升機的電氣系統驅動，而且體積很小，如圖3.1所示，小得可以懸掛在雙筒望遠鏡的下面而不致礙事。這種設備今天仍在使用。
使整個裝置保持穩定，雖然收效很好，畢竟比較累贅，所以不久又出現了另一種裝置，它只保持匣子內一面反射鏡的穩定，目標影像通過反射鏡傳給觀察員。如圖3.2所示，這是英國飛機公司制造的，名叫穩定觀測儀。它要比穩定式雙筒望遠鏡輕得多，效果則相似。
裝在機身頂部的瞄準具
就在這差不多的時候，供反坦克直升機用來捕捉目標和制導導彈的各種瞄準具也制造出來了。這種瞄準具的優點，特別是如圖3.3所示阿維莫－費朗蒂公司為英國陸軍航空兵制造的、裝在機身頂部的AF120瞄準具的優點，很快便有目共睹了。
這種瞄準具的優點不僅是完全穩定，能夠放大2又1／2倍和10倍，而且由於它位於頂部，因此可以在掩蔽物之後進行觀察，只暴露瞄準具頭部和旋翼。雖說花了相當長的時間才把這種原理成功地應用在觀察直升機上，現在已經有好幾種方式可供采用。圖3.4所示的為“小羚羊”直升機制造的AF532便是其中的一種，不久可望裝備部隊。
這種瞄準具的光學部分有一面穩定的反射鏡，能放大2又1／2倍和10倍。它的內部還能容納一個標示目標的激光器和測距儀，一架夜間使用的前視紅外照相機和一架供訓練用的照相機，後者也可作為晝間電視跟蹤儀使用。
裝在旋翼主軸上的瞄準具
雖說裝在機身頂部的瞄準具的出現意味著觀察直升機的發展向前邁了一大步，然而發展決不會到此結束。旋翼暴露在掩蔽物之上的直升機仍有可能被雷達發現，所以設法把整個直升機隱藏起來乃是很自然的事情，就象是降低坦克炮塔的位置一樣。為此，美國正在研制裝在旋翼主軸上的瞄準具，圖3.5所示的馬丁－瑪麗埃塔公司的瞄準具便是有代表性的一種。
這種瞄準具重約70磅，直升機內另有重125磅的電子設備。它有一臺放大1又1／4倍和10倍的光學瞄準具，一個激光測距／標示儀和一個光導攝象管電視自動跟蹤儀。瞄準具頭部的尺寸是16×14×7英寸，伸出於旋翼槳轂之上2英尺，傳感裝置把圖象顯示在觀察員面前的顯象管上。很清楚，象這樣的一種瞄準具不僅大大提高了觀察員發現和監視敵人的能力，還相當有助於提高直升機的生存能力。
其他設備
機艙的內部或外部可以安裝電視攝像機，有時稱之為heli－tele [ 譯者註：即直升機和電視兩個英文單詞詞頭的合成詞 ] ，以便在維持國內治安或有限戰爭條件下使用。此種設備能對某個地區進行不間斷的監視，向若幹個地面臺站發送信息。攝像機迅速移向特定目標攝取特寫鏡頭的能力對地面觀察員特別有幫助，他們能夠在遠離行動現場的寧靜環境中對信息進行判讀。事實已經證明，這種設備用於監視往來車輛和叛亂情況特別成功。圖3.6所示為“大山貓”直升機外部的攝像機吊艙。
圖3.6 韋斯特蘭公司“大山貓”直升機上的電視攝像機
一般的手提式攝像機也可以在直升機上使用，主要是在和平時期，或對空火力不猛烈的情況下使用。在直升機上無論使用哪一種觀察或監視設備，它們的性能都應該能夠超過在地面使用的同等設備，這樣它們方能從戰鬥地域前沿的後方，利用升高了的高度，捕捉到較遠距離的目標。
武裝行動
任務上的適用性
許多人把這種從事觀察和偵察的任務看成是直升機最重要的任務。它能不受地形限制，比其他任何戰場運輸工具的行動都要迅速，只有直升機具有這樣的品質。它能攜帶多種不同類型的武器，或者作為內部固有的，或者作為後來臨時增加的；它還能攜帶那些需要迅速運往戰場上的緊要地點予以使用的武器。所有這些有利條件，很少有哪個指揮員肯輕易放棄。
反坦克制導武器
直升機攜帶的主要武器是反坦克導彈，因為這種武器的重量較輕，而且沒有後坐力，所以最適於由直升機攜帶。這種導彈有較遠的射程，因此直升機可以從遠處實施攻擊，再加上直升機可以憑借掩蔽物在幾乎完全隱蔽的條件下進行瞄準和發射導彈，所以它是很難被地面捕捉到和擊中的目標。
圖3.7 “大山貓”直升機從伏擊位置發射“陶”式導彈
強擊直升機
美蘇兩國都認為。直升機不僅能夠在前方戰鬥地域生存下來，而且有適當裝甲和武器裝備的直升機飛越戰鬥地域前沿去進行作戰活動應當是理所當然的事。既然持有這種理論，結果在足夠財力的支持下，兩個國家便都制成了專用的強擊直升機。由於這種直升機很可能用來突擊多種目標，所以除了反坦克導彈以外，還裝備有火箭彈和機關炮。它們還有很好的裝甲。機組人員、發動機、某些重要部件以及諸如主旋翼槳葉之類的其他部位，都有裝甲保護，在設計性能上可以經受得住23毫米炮彈的命中。這種直升機還有先進的航空電子設備，使它無論晝夜或在不良天氣條件下都能有效地實施飛行和發射武器。圖3.8所示美國的“阿帕奇”(AH－64)直升機和圖3.9所示蘇聯的米－24“雌鹿”直升機，便是這兩個國家直升機武庫內最新增加的兩種。第七章還將對作為武器平臺的直升機詳加介紹。
圖3.8 AH－64“阿帕奇”直升機
射擊指揮
修正炮火對目標的射擊，無論是地炮、艦炮還是強擊機投射的火力，傳統上也是直升機乘員的一項重要職能。有人可以說這純粹是乘員的職能，然而直升機確實是提供了一種手段，使前進觀察軍官或前進航空兵控制員能夠到達關鍵地點，以便從那裏執行任務，因此它的重要作用是不應忽視的。
運輸人員和物資
正如武器能在戰場上自由移動一樣，人員和物資也能迅速和便利地從一個地方運輸到另一個地方。運輸的規模取決於直升機的大小和有效載重，取決於可供使用的直升機的數量。英國陸軍的大多數直升機固然比美蘇的小些，但“大山貓”卻也能運載多達9名的全副武裝的人員。中型空運則由皇家空軍的“美洲豹”和“支奴幹”直升機擔任，能分別運載部隊16人和33人，然而曾有一架“支奴幹”直升機在福克蘭群島戰爭中一次便空運了三倍於此的部隊。
圖3.10所示便是一架“支奴幹”直升機。這種直升機的設計特別適於作為部隊或貨物運輸機使用。
圖3.10 “支奴幹”中型運輸直升機
它有較大的機身，後方有與機艙底部鉸接的跳板，因此在裝載車輛或物資時可以不受阻礙。除一般裝載方案外，“支奴幹”直升機在執行後送傷員的任務時能運載24副擔架，這是所有運輸直升機和通用直升機的另一項重要功能。
北約其他國家的做法一般是把他們的中型和重型運輸直升機，如“美洲豹”和“支奴幹”，置於陸軍指揮之下，擔任中型空運。CH－53和CH－54“空中吊車”是美國陸軍形體龐大的重型運輸直升機。圖3.11所示即為“空中吊車”重型運輸直升機。
圖3.11 CH－54“空中吊車”重型運輸直升機
不超過直升機的載重能力但又不適於內部運載，或體積過大無法在內部運載的大型貨物，可用吊鉤懸掛在機身下方。這種吊鉤經過加強，可以承受很大的重量。吊鉤固定在機身上的幾個堅固點，位於旋翼槳轂的正下方，重心所在之處。圖3.12所示為英國陸軍的一架“大山貓”直升機，攜帶了大量地雷，地雷裝在框架內，懸掛在吊鉤上。
圖3.12 “大山描”直升機吊運地雷框架
蘇聯已經研制成功了一系列載重量極大的直升機，主要是因為他們需要運送大量的民間人士和沈重的貨物越過廣袤的俄羅斯內陸。所有這些直升機都有相應的軍用型號，蘇聯民航使用中的那些直升機，能夠很容易地改為軍用。圖3.13所示為1965年露面的米－10，起飛重量43,700公斤，以最大時速124英里飛行時的航程超過155英里。
接著是1971年在法國的布爾歇爾機場展出了令人驚異的米－12。這種巨大的直升機以最大起飛重量105,000公斤、時速161英里飛行時的航程超過310英裏。它那兩套旋翼的直徑都是35米，其寬大的後部跳板對於重型軍事裝備的裝卸將是非常適用的。圖3.14所示的便是這種直升機。但由於技術上的原因，從未投入生產。
現在，蘇聯已經制成了米－26，這是世界上最大的直升機，如圖3.15所示，代號“光輪”。它的機身比西方國家許多固定翼運輸機的貨艙還要大，能夠載運多達99名的全副武裝的人員，或2輛輕型坦克，以高達180英里的時速飛行時的航程為500英里。
俄國人顯然認為重型運輸直升機在他們總的作戰方針中會起重要作用，他們從事大規模空中機動作戰的能力也是顯而易見的。
指揮與控制
從直升機上進行作戰不一定能投每一個指揮員之所好，但是大多數通用直升機卻可能充當空中指揮所，圖3.16所示便是“大山貓”充當空中指揮所時的內部部局。大多數指揮員都喜歡把這種航空器作為空中吉普使用。
對機動作戰的指揮員來說，如能和適當的參謀人員以及各種無線電臺同在一架空中指揮所飛機裏面是很合適的。無線電臺裏面必要時可以包括保密的通話設備。大多數有相當的空中機動能力的國家，在空中機動作戰的開始階段都會使用這種設備，以後的階段是否使用則視情況而定。
在電子靜默期間，用直升機在各個司令部之間傳遞信息，運送聯絡軍官或數量較多的軍官去聽取情況介紹，其價值是極其巨大的。這種做法雖然在和平時期還不曾有過廣泛的實踐，但在戰時卻可能是一項重要的職能。直升機還可以作為電子作戰的平臺使用，這在美蘇兩國都已經是很普通的做法了。
海軍的任務
預警平台
海軍對直升機的使用和直升機在陸上的使用一樣普遍，大多數大型艦船現在至少載有一架。直升機能夠遠離母艦，為來自水面或水下的突擊提供遠程警戒，並對水面或水下的目標實施攻擊，這是對母艦自身武器系統的有力的補充。這種做法在1982年的福克蘭群島戰爭中得到了充分的論證，並引起了人們把直升機作為機載預警系統的平臺使用的討論。
反潛作戰平台
在反潛作戰任務中，或者使用如圖3.17所示的投吊式聲納，或者把遠程聲納浮標投在目標所在的海域以測定其精確位置。其他設備，諸如磁力異常探測器，也可用於同樣目的。確定目標位置以後，一般由直升機用降落傘投下魚雷實施攻擊。
圖3.17 “海王”直升機投吊聲納
在對水面艦船作戰的任務中，直升機一般是使用雷達發現目標，然後用導彈實施攻擊。“大山貓”直升機上的“海上浪花”雷達和“海上大鷗”導彈便是典型的此種武器。事實很清楚，直升機較小的有效載重限制了能夠由它攜帶的電子設備的數量和尺寸，從而也限制了導彈的射程。盡管如此，“大山貓”直升機所攜“海上大鷗”導彈的射程短、但有擦著海面飛行的能力，在南大西洋進行了受人稱贊的表演，它必將在遠離母艦的地方對敵人艦船構成有效的威脅。圖3.18所示為“大山貓”直升機裝備的“海上浪花”和“海上大鷗”系統。
圖3.18 攜帶“海上大鷗”導彈的“海上大山貓”直升機
圖3.18 攜帶“海上大鷗”導彈的“海上大山貓”直升機
空運部隊和救援任務
海軍直升機也被用來空運部隊(特別是海軍陸戰隊)和物資，以及執行聯絡任務。特別應該提到的是皇家海軍和空軍在英國執行的搜索與救援任務。搜索與救援直升機和平時期在我國沿海拯救了無數的生命，也在美國救回了航天員和飛行人員。到了戰時，直升機將繼續在海上救起被擊落的飛行人員，贏得和上次大戰中一樣的贊譽。這項任務往往是在以駭人聽聞的環境中執行的，往往需要非常高超的精確飛行技術。這種航空器所帶的電子設備和飛行操縱系統必須能夠幫助飛行員去應付這種環境，後面幾章還將予以介紹。這當然是直升機所執行的最合乎人道的任務之一。圖3.19所示為一架“海王”直升機正在執行典型的海上救援任務。
第四章 動力與傳動裝置
引言
現代軍用直升機之所以有價值，在不小程度上應歸因於它能攜帶相當大的業載飛行相當遠的距離。就某種特定的直升機而言，這一點取決於發動機的效率，即發動機應有良好的功率重量比和很低的燃料消耗率。除了軍隊裏已不再廣泛使用的很小的直升機以外，所有的直升機都使用燃氣渦輪發動機。所以，本章將以大量篇幅介紹使用得最為廣泛的那種燃氣渦輪，以少量篇幅介紹發動機的輸出功率如何傳送給旋翼。在詳細論述以前，有必要簡單地介紹一下燃氣渦輪發動機出現的背景，以及它是怎樣工作的。
燃氣渦輪發動機
最早的直升機安裝的是活塞式汽油發動機，因為這種發動機當時已經高度發展，功率重量比、燃料消耗率和可靠性都很不錯，而且有各種尺寸的可供采用。加大功率顯然是普遍的需要，汽油發動機便采用了日益復雜的多汽缸設計，重量日增，可靠性則日減。這時，早期的燃氣渦輪機正在變得更為有效(但還比不上最好的汽油發動機)，更為可靠，最重要的是能有大得多的功率重量比和功率體積比。特別是自由渦輪，它的傳動系統不需要有離合器，而需要有離合器則是所有活塞式發動機的一個缺點。燃氣渦輪於是便成為直升機推進裝置采用的最重要的發動機。
結構形式
燃氣渦輪也被廣泛使用於固定翼飛機，通常是渦輪噴氣發動機或渦輪風扇發動機，能產生高速射流，驅使飛機以接近或超過音速的速度向前飛行。但在直升機裏面，燃氣渦輪卻不是作為產生高速射流的手段，而是以旋轉的輸出軸的方式來產生功率。這個軸通過機械傳動系統與直升機的旋翼相連，這就叫渦輪軸發動機。它是燃氣渦輪發動機的第四種、也是最後一種變型的渦輪螺旋槳發動機的近親。現代螺旋槳推進的固定翼飛機普遍都采用渦輪螺旋槳發動機。
工作原理
總的說來，任何發動機的工作原理都是將熱量轉換為有用形式的機械功率。沒有哪一種發動機能夠以100％的效率進行這種轉換。但是，被認為是能夠以高效率進行工作的發動機還是制造得出來的，燃氣渦輪便是這樣的一種發動機。
它的原理是一連串連續的工作，不同的過程在這一連串工作中完成，以產生有用的功率。燃氣渦輪的主要部件，也就是它的心臟部分，叫做燃氣發生器，圖4.1把這些部件相對的工作位置用圖解的方式表示了出來。
燃氣流離開渦輪(T)後的情況將決定該發動機是渦輪軸式還是渦輪噴氣式。
工作情況
在實際工作中，渦輪接收高速通過葉片而來的高壓熱氣體(空氣和燃燒產物的混合物)，使渦輪盤旋轉。這樣，燃氣的能量便消耗了一部分。剩下來的能量通過一根旋轉的中軸傳送給在上流的空氣動力壓縮器，它的工作大體上與接受輸出的渦輪的方式相反。壓縮器吸入大氣中的空氣，經過壓縮，將其引入燃燒室(B)。就在這裏，空氣和燃料混合並進行燃燒，加溫到適當溫度以後再進入渦輪。渦輪於是使高壓的熱燃氣通過葉片組而膨脹，產生了驅動壓縮器的功率。壓縮器、燃燒室和渦輪這三個部件，便組成了燃氣發生器。
如果是渦輪噴氣發動機，部分膨脹的燃氣離開燃氣發生器以後，便直接進入推進噴管，如圖4.2a和圖4.2b所示。
這種類型的燃氣渦輪從噴管(N)排出高速燃氣射流，作為它的有用輸出。這種輸出便是推力。復合式直式機上曾使用渦輪噴氣發動機，以增大前進速度。然而我們在使用於直升機方面更為關心的是如圖4.3a和圖4.3b所示的渦輪軸發動機。
這種發動機的燃氣發生器(C＋B＋T1)的工作情況，和前面介紹的那種一樣，但緊跟著渦輪T1的是另一個渦輪T2。T1和T2分別稱為高壓渦輪和低壓渦輪。渦輪T2在機械上一般是獨立於燃氣發生器部分的，所以能夠以不同的速度旋轉，從而能為載荷提供直接驅動。流過渦輪T2的燃氣把它剩余能量的大部分都給了渦輪。
對一架直升機來說，旋翼便是載荷，通過減速齒輪箱來驅動。下面是典型的渦輪軸的布局。
為了把情況介紹得全面一些，圖4.4和圖4.5所示為從上述兩種系統中變化出來的。渦輪風扇式是渦輪噴氣式的“外函道”變型；渦輪螺旋槳式則是固定翼飛機的軸動力裝置，與渦輪軸發動機有許多相似之處。
不同類型的渦輪軸發動機
現在的渦輪軸發動機有兩種布局可供采用。它們的名稱是自由(功率)渦輪和固定渦輪(或單軸渦輪)。二者在布局上以及在直升機的應用上都有若幹處重要區別。
固定渦輪
圖4.6a所示為固定渦輪發動機的布局示意，圖4.6b所示為一臺真實的固定渦輪發動機的剖視。
這種發動機最重要的特點，便是它的輸出軸(該軸將功率傳送給減速器，然後通過離合器傳送給旋翼)是直接與單一的渦輪相連接的，因此，旋翼的旋轉速度和發動機的旋轉速度之間便有固定的關系。由於直升機旋翼大體上是以恒速轉動的，所以，固定渦輪發動機也只能大體上以恒速運轉。這種安排固然也有一兩個優點，諸如對於旋翼總距的增加所引起的載荷變化能作出很迅速的反應，但也使發動機缺乏伸縮性。舉例來說，因為它是一種恒速發動機，它的額定功率就必然定得相當低，這是維持所選定的旋轉速度所必需的。所以它具有內在的功率限制，不能產生較高的應急功率，即使短時間地也辦不到。此外，發動機的扭矩－轉速特性也沒有很好地與旋翼匹配，不過這個問題基本上可以用適當的發動機操縱系統來加以解決。離合器還帶來了重量方面的不利因素。最後還有，與最大功率時的情況相比，小功率或中等功率時的燃料消耗率較高。
固定渦輪發動機的主要支持者、法國的渦輪機械公司長期以來已經制造了一系列的這種發動機。圖4.6b所示的他們那種設計的特征，便是輸出軸露出於發動機的壓縮器端(即進氣口端)之外，與圖4.6a所示較簡單的設計形成了鮮明的對比。除了機械上的配置以外，這個布局在原理上與圖4.6a所示的那個並無不同。後面的章節將對直升機發動機的機械配置有所評述。
自由渦輪
現在我們可以轉到自由渦輪上來了，這是單發和多發直升機使用得最多的一種結構。這種類型的發動機之所以被廣泛采用，主要原因是它那良好的扭矩－轉速特性，我們在本章的後部將詳細介紹。它提高了旋翼轉速的穩定性，降低了以部分功率工作時的燃料消耗率，而且由於沒有離合器，輸出驅動線便簡單化了。圖4.7a所示為自由渦輪發動機的布局示意，圖4.7b所示則為一臺真實的自由渦輪發動機的剖視。
布局示意突出了自由渦輪發動機的特點，那就是燃氣發生器(C＋B＋T1)和輸出渦輪(T2)之間沒有機械連接，因此後者是自由的。當使用在直升機上時，除開車和停車之類的過渡狀態以外，事實上自由渦輪發動機的轉速是相當穩定的。能夠自由地在一個速度範圍內工作的乃是燃氣發生器，以便燃氣流最好地配合動力渦輪的需要。值得註意的是，盡管旋翼的轉速名義上是穩定的，但旋翼吸收的功率根據不同的工作條件卻有很大的變化。因此，燃氣發生器部分能夠根據需要以不同速度運轉的這種能力，為這種發動機提供了相當大的自由度。
然而上述種種對自由渦輪的介紹，只不過說明了動力渦輪與燃氣發生器之間是通過燃氣流而不是通過機械來連接的。所以，自由渦輪的作用就象是一個轉矩變換器。
部件細節
除了自由渦輪和固定渦輪之間的區別以外，某些發動機在設計上還另有一些值得註意的特點。
有些發動機具有全軸流式壓縮器，即空氣的流向與渦輪軸平行，圖4.7b所示羅爾斯·羅伊斯公司的“守護神”發動機便屬於這個類型。它有一個多級壓縮室，為了獲得符合理想的、適應性強的工作特性，頭四排靜子(分散配置在旋轉的壓縮器葉片之間的固定葉片)的機械結構允許改變葉片的安裝角，這就保證了氣流以最有效的角度與壓縮器葉片相遇。這種裝置所具有的特點後來常被第一代的發動機采用。軸流式壓縮器可以達到大約10：1的壓縮比。
另一種是法國渦輪機械公司的那種方式：一個或多個軸流級的後面跟著一個離心式壓縮器，它在中心吸入空氣，利用徑向葉片的作用迫使空氣以徑向流的方式從外緣流出去。采用離心級或徑向級往往會增大發動機的橫截面積，但對直升機來說卻不能算是嚴重的缺點。離心式壓縮器的壓縮比一般約為4：1。
在壓縮器內獲得高增壓比的一個辦法，便是采用多軸方式，圖4.8所示羅爾斯·羅伊斯公司的“寶石”發動機就是這樣做的。在這種自由渦輪發動機裏面，燃氣發生器本身有兩根同心軸，內外相套，一根與軸流式壓縮器相連，另一根與離心式壓縮器相連。
這種軸流式四級壓縮器位於離心式壓縮器的上遊，各在自己的軸上以最理想的速度旋轉，這樣便把總的高壓提得很高，同時還保留了良好的操縱特性，而無需采用可調靜子葉片。
由此可見，“寶石”發動機的雙軸燃氣發生器必須一根軸上有一臺高壓渦輪去驅動離心式壓縮器，另一根軸上有一臺低壓或中壓渦輪去驅動軸流式壓縮器。看一看圖4.8的布局便可證明這一點。這兩臺渦輪是軸流式的，無論是渦輪軸式還是渦輪噴氣式燃氣渦輪發動機，幾乎都具有這個特點。
“寶石”發動機另一個值得註意的特點是回流式燃燒室，它與在上遊緊靠著它的軸流式壓縮器十分匹配。這種結構可以縮短整個發動機的長度，從而大大減少了有時由長軸引起的機械故障。
“寶石”不尋常之處在於，它雖是自由渦輪布局，輸出驅動卻是通過燃氣發生器從進氣端獲得的。這樣做的好處是避免輸出軸穿過排氣管壁，而且更容易確定發動機在直升機內與旋翼的相對位置。
值得註意的是，發動機上可能連接一個減速齒輪箱，燃氣渦輪的高轉速使得在有些發動機上總減速比可能達到100：1左右；因此，能起部分減速作用的齒輪箱有時可能作為發動機的一部分而共同出售。
最後，模塊式結構應該是一個重要方案。根據這種方法，整臺發動機是作為由各別模塊組裝而成的整體進行設計的。所謂各別模塊，有壓縮器模塊、自由渦輪模塊或其他任何模塊。它們可以比較容易地進行組裝，據說還可以減少使用的費用，因為一旦發動機出了故障，只要把好的模塊換下壞的模塊，便能迅速修復。否則的話，就要把有故障的發動機整個拆下來進行翻修。使用模塊式結構，沒有損壞的模塊可以保留下來繼續工作，只須準備少量的零備件便能保障日常工作的需要。
直升機的特殊要求
無庸贅言，理想中的任何航空發動機，其購置費用和使用費用都應該是很低的。很高的熱力效率，它意味著很高的燃料效率，如前所述是很重要的，當然，它還影響到使用費用。可靠性高和容易維修也是人們所向往的，這兩項都影響到購置費用和使用費用。
然而就直升機的飛行來說，發動機特性的另外某些方面也是很重要的。最重要的一個方面也許是需要它對駕駛員的要求非常迅速地作出反應。特別是當駕駛員出乎意外地需要增大馬力，比如說為了在著陸過程中戰勝惡劣天氣條件的時候，他就需要發動機迅速作出反應。我們要從兩個方面來看待這個要求。有鑒於自由渦輪的功率反應特性比不上固定渦輪，因為前者需要整個燃氣發生器部分都加速，所以至少已經有一家制造商研制成功了一種專門的調速器，來利用固定軸發動機的這種優越特性，這種發動機當然基本上是固定轉速的。這種只通過提高渦輪進氣溫度以增大功率，而不是通過耗費時間的加快燃氣發生器的轉速以增大燃氣流量的辦法，有很大的好處。令人感興趣的是，羅爾斯·羅伊斯公司采取了不同的辦法去解決迅速反應的問題。這種自由渦輪發動機的燃氣發生器部分有兩根軸，大大改進了它的反應特性，而無需借助於復雜的裝有可轉葉片的靜子。
第一個最重要的要求大概是部分載荷條件下的經濟耗油，對雙發動機的直升機來說尤其是這樣，因為其發動機的大小在設計上是能夠滿足單發飛行的要求的，在正常巡航條件下，每臺發動機只以其最大額定值的大約50％進行工作。燃氣渦輪的效率在部分載荷條件下一般很差，所以，準備用於部分載荷的發動機在設計時應追求較高的增壓比和最大的循環溫度，這樣就能在部分載荷條件下做到比較合理的經濟耗油，但對操縱特性可能產生不利的影響。無論如何，自由渦輪發動機在部分載荷條件下的經濟耗油畢竟優於固定渦輪發動機，所以多發直升機毫無例外地都使用自由渦輪發動機。
除上述各種重要特性外，還要能夠適應已被汙物、塵沙或廢氣所汙染了的進入的空氣。根據發動機與主減速器之間的關系位置的不同，進氣道氣流可能受到很大的擾動。除了能使用多種燃油外，還要能使用已經汙染了的燃油，這也是很重要的一點。最後，直升機飛行時產生的振動是一個非常嚴酷的環境，所以發動機的結構必須十分堅固。
傳動裝置
傳動系統的主要功能是將發動機提供的驅動力傳遞給旋翼；在單旋翼直升機裏面，還有將驅動力傳遞給抗扭尾槳的次要功能。
前面說過，有些直升機的發動機本身帶有減速齒輪箱，這就是說它的輸出(以每分鐘若幹轉計)較能控制。但是這種轉速在任何情況下都比旋翼所需要的大得多，所以必須進一步予以減速。此外，如果我們假設，發動機在機身內的位置一般都與旋翼主軸成直角，那麽傳動的時候也一定要通過直角。這兩項功能都是由一種傘形減速齒輪去完成的。
雙發直升機所需要的減速器，應能在接受兩個輸入驅動力之後只提供一個主輸出驅動力。這是一種復雜的安排，因為它要求兩臺發動機的功率輸出十分匹配。“美洲豹”直升機便是這樣的。法國渦輪機械公司制造的兩臺渦輪發動機提供23,000轉／分的輸入，而其唯一向旋翼的輸出則減少到了265轉／分，總減速比將近100：1，這可不是容易做到的。
對於主減速器及其附屬設備的要求遠不僅是將轉速減少到適當的程度，還要求它們的重量必須盡可能地輕，盡量不把振動傳給機身，性能可靠，翻修間隔時間較長。今日的傳動裝置有了高度的發展，與廣泛使用活塞式發動機的時代相比，已經有很大的進步。這是因為通過更好的設計提高了齒輪工作中的容許應力，以及使用了更好的材料和制造技術的緣故。韋斯特蘭公司的WG30型直升機便有一種設計先進的減速器。那是一種較淺、無需多少維護的保形設計，與兩臺“寶石”發動機一道裝在一個吸振墊上，吸振墊本身則裝在彈性材料制成的懸掛裝置上。這樣，振動便被吸振墊所吸收，而不致傳至機身。
未來的技術發展
優先考慮的方面
不斷努力改進產品質量的發動機制造廠商，將把精力集中在那些最值得人們註意的方面。當然，發動機性能的所有方面都能有所改進，但是制造廠商必須考慮平衡的問題，比如說，根據研制的時間和經費，去考慮究竟是改進燃料消耗率，還是減輕重量，或者提高可靠性。下面幾段提到的是在未來十年左右的時間裏很有可能受重視的一些方面。這當然只是個人的看法，而且也決不是全部都包括進去了。
可靠性
值得註意的重要領域之一是可靠性。所有的使用者都要求發動機象預期的那樣工作，意外的故障既會造成麻煩，又會帶來經濟上的損失。很可能出現這樣的情況：少強調單純提高性能，諸如增加渦輪進氣溫度、提高部件功效或減少發動機重量，多強調提高部件和系統的可靠性以及發動機的那些比較起來不那麽尖端的特性，從使用費用上說反而會合算得多。這樣做的目的並不是反對采用新技術，而是把它作為走向引進新技術的一種手段。
改進燃料消耗率
可靠性是如此地無所不包，幾乎不可能再提出不受它的影響的方面了。但另有一項要求也許將繼續向發動機制造廠商提出挑戰，那就是改進燃料消耗率，特別是雙發直升機在巡航條件下以部分功率飛行時的燃料消耗率。有可能采用更為高度優化的發動機循環。為了達到航程遠或續航時間長的目的，可能發展如“艾布拉姆斯”坦克所用的發動機那樣的回熱式發動機。這種進步即使能夠實現，也必須同時能保持良好的操縱品質。有可能是建立在微電子學基礎上的發動機燃料調節系統的改進，無疑將會導致反應時間的改進，特別是自由渦輪發動機的反應時間。
保護發動機進氣道
直升機往往在敵性環境中飛行，發動機會吸入異物，諸如塵土、石塊、冰塊等等。隔離這些異物，對進入進氣道之前的空氣進行過濾，這是軍用直升機所特有的問題。用微粒隔離器來保護發動機進氣道，在適當時候將成為標準裝置。
扼制紅外輻射
干幹年來，人們一直在積極尋求減少排氣系統和廢氣的紅外輻射的方法，估計下一個十年裏將會有所成就。第七章所介紹的黑洞學說已經為解決這個問題邁開了一大步，其方法就是在發動機廢氣流排入大氣層之前使其迅速與外界空氣混合。
減輕重量
復合材料的應用現在已經相當普遍。復合材料的重量輕，成本低，它們的應用肯定會愈來愈多，特別是用於不存在高溫的部位。陶瓷材料是很有前途的，特別是應用在發動機上，不過陶瓷發動機的正式生產總還是十多年以後的事。
降低成本
最後，在這預算受到嚴格控制的日子裏，最重要的一項考慮內容大概就是購置和使用直升機發動機的成本問題。上面各段談到的不同的技術方面當然也會影響這兩種成本，但由於正常壽命期限內的使用費用將會超過購置費用，因此制造廠商和使用者今後可能集中力量於以下諸方面的改進，例如可靠性、維修性、燃料調節系統、環境保護等。
改進可靠性、巡航燃料消耗量、功率重量比、操縱性能和使用費用的意義將變得愈來愈重要。
第五章 航空電子設備
引言
航空電子設備泛指航空中使用的電氣和電子裝置，特指航空器和機載武器的電子控制系統。從這個釋義中可以看出，它是一個松散的專門名詞，可以有多種解釋，很難精確地規定它的內涵和外延。但是，從它涉及的非常廣泛的設備和裝置著眼，本章將集中介紹四個比較重要的方面，即：飛行儀表、導航設備、飛行自動控制系統和未來的幾種系統。
飛行儀表
需要
早期只是在天氣良好時作低空飛行的飛行員基本上不需要飛行儀表。他們依靠大量的目視線索和自身特有的感覺，使航空器有效地、順利地進行飛行。但在濃密的雲霧中飛行時，駕駛員通常使用的三種官能(視覺、內耳和通過身體得到的感覺)便失去了作用，或給人以錯覺，這才發展了使駕駛員能夠安全地把他們的航空器保持在空中然後還能實施安全著陸的輔助設備。陀螺儀在飛行儀表中使用得很普遍：利用陀螺的定軸性或慣性來幫助駕駛員選擇正確的姿態和保持一定的航向。在圖5.1所示的一般儀表板上，航空地平儀、陀螺半羅盤和轉彎側滑儀三種儀表便都是陀螺儀表，其余三種儀表將在以後介紹。
航空地平儀
航空地平儀或姿態指示器不間斷地直接顯示航空器俯仰和滾轉的自然姿態。它是最重要的飛行儀表，它的核心部分是一個陀螺，陀螺的軸是水平安裝的。固定在機體上的儀表外殼的面上有一個固定的指示器，它隨著航空器完全一樣地運動。在儀表外殼裏面，以每分鐘幾千轉的速度旋轉的陀螺有一根水平的桿，名叫人工地平線標誌，與陀螺相連，它在飛行中是保持水平的。航空器，因此還有固定的指示器，在飛行中與人工地平線標誌作相對運動，指示器和標誌之間的差別使駕駛員隨時可以知道他的航空器的姿態。圖5.2所示是一個典型的航空地平儀；圖5.3所示為三種不同的飛行狀態。
轉彎側滑儀
轉彎側滑儀顯示航空器在偏轉面(即圍繞其垂直軸)和滾轉面上的運動。它在一個表殼裏有兩個獨立的儀表。轉彎儀使用速率陀螺，其簡單形狀如圖5.4所示。它利用陀螺第二個重要特性進動性來指示轉彎角速度。在該圖中，如果隨著航空器左轉彎，陀螺的底座也向箭頭所指的方向轉去，便有一個力作用於箭頭A的方向。進動力使得這個力的作用方向與旋轉方向成90度，也就是說其合力將按箭頭B的方向起作用。這樣，刻度盤上的指針便會向左移動，以指示轉彎角速度。在英國的儀表裏，刻度盤上的數字一般在"0"的兩側各從“1到“4”。讀數1的轉彎相當於每秒3度，讀數2的轉彎相當於每秒6度，依此類推。在現代航空器上面，轉彎側滑儀可與航空地平儀合並。
轉彎的時候，很容易朝著轉彎的中心向內側滑，或脫離轉彎軌跡向外側滑。側滑指示器是一種比較簡單的裝置，它可以向駕駛員顯示這兩種狀態。它可以是懸擺式的系統，也可以是一種管球式傾斜儀，在平直飛行時它能指示橫向水平或在轉彎中指示內、外側滑。
陀螺半羅盤
陀螺半羅盤含有一個以每分鐘10,000～20,000轉的高速繞水平軸線旋轉的陀螺，它為準確地變換航向和轉彎提供了一個穩定的基準。因為它不是磁性的，所以一定要參照磁羅盤來調整，而且不受一般羅盤誤差的影響。較新型的一種變型叫做陀螺磁羅盤，它兼有陀螺穩定的種種優點，又時時與地磁子午線有關。圖5.5所示為典型的陀螺半羅盤。
所有這些儀表中的陀螺可由電驅動，或用高壓空氣作用於轉子的外框架上來驅動。
壓力式儀表
上面已經介紹了三種陀螺儀表，現在介紹一般儀表板上的另外三種儀表，它們都是靠壓力工作的飛行儀表，即：高度表、空速表和升降速度表。所有這三種儀表都是通過一種名叫全靜壓頭(空速管)的裝置由全靜壓系統為之提供空氣壓力的。如圖5.6所示，全靜壓頭位於直升機機頭的下方。
圖5.6 空速管或全靜壓頭
全靜壓頭的功能是把航空器外部有關大氣壓力情況的信息提供給幾個壓力工作的儀表。它是設計用於傳輸由於航空器在空氣中前進運動所產生的動壓的，但也能傳輸靜壓，即外界空氣的正常壓力。有時，靜壓是通過專門的靜壓孔傳輸給儀表的。圖5.7所示是一種向儀表既傳輸動壓又傳輸靜壓的壓力系統。
高度表
氣壓高度表只不過是一種測量大氣壓力的膜盒氣壓表。其基本結構是含有一個部分抽空的膜盒的氣密匣與靜壓系統相連通，有一個彈簧片防止膜盒在周圍大氣壓力作用下被壓扁。隨著航空器的上升或下降，膜盒周圍壓力的變化便會使之膨脹或收縮。這種運動由一套杠桿系統放大後，通向刻有高度的刻度盤上的指針。這種儀表裏面通常還附有氣壓刻度，由一枚旋扭來調定刻度盤上的氣壓讀數。當調定到名為QFE的場面氣壓以後，飛機在該機場地面時，指針便指向零。當高度表調至平均海平面壓力QNH時，指針便指向高出平均海平面的高度。圖5.8所示是一個高度表，上面有氣壓刻度和調定旋扭。在現代航空器裏面，氣壓高度表正由雷達高度表所補充或取代。這種高度表應用雷達原理，能夠得出非常準確的高度指示。
圖5.8 氣壓高度表
空速表
空速表測量直升機相對於空氣的速度。它是一個氣密匣，由彈性薄膜分割為兩部分，一個室與靜壓管接通，另一個室與全壓管接通。靜止時，兩個室的壓力相等，薄膜處於靜止狀態。飛行時，來自全壓管的動壓使薄膜與動壓成正比地膨脹。此種運動通過一套杠桿系統傳遞給一個刻度盤，其刻度單位為節(海裏／小時)。許多空速表用膜盒代替了薄膜。它的工作原理是完全一樣的：靜壓和動壓輸入它的內部，外面則只有靜壓。
升降速度表
升降速度表顯示上升和下降的速度。它是一種比高度表要敏感得多的儀表，是穿雲下降和不良能見度著陸時很有價值的輔助手段。它的構造是氣密匣內有一個敏感的金屬膜盒。靜壓輸入膜盒，也通過一個流量調節裝置輸入匣子內部，流量調節裝置是限制流量的。儀表所測量的乃是膜盒內部及其周圍空氣壓力之差。舉例來說，如果航空器以恒定的升降率上升或下降，流量調節裝置便保持相當於那個升降率的壓差。由於大氣溫度和壓力的變化都會導致不真實的讀數，所以升降速度表有進行這兩方面補償的機械裝置。圖5.9所示乃是一個簡單的升降速度表的略圖。
儀表使用上的限制
上面介紹的六種儀表乃是一套基本的儀表，是駕駛員在惡劣天氣和不良能見度條件下安全地實施飛行和著陸所必需的。對於這六種儀表，我們只作了最簡單的介紹。還有一些比較復雜的儀表能集多種功能於一身，但已超出了本章的範圍。圖5.10所示是正在服役的韋斯特蘭公司“大山貓”直升機飛行儀表板的布局。
圖5.10 “大山貓”直升機的飛行儀表
儀表著陸系統
即使有了那樣一套飛行儀表，駕駛員在雲中飛行時還是需要由空中交通管制員用無線電通話引導降落，否則是無法著陸的。為了彌補這一不足，所以才發明了儀表著陸系統：三條無線電波束分別告訴駕駛員他的下滑角(下滑道)、是否對準了跑道(著陸航向信標臺)以及他通過兩個指點標時距接地點的距離。這些信息顯示在如圖5.11所示的儀表上。
圖5.11 儀表著陸系統的儀表
如果儀表上的兩根十字指針都保持在中間位置，航空器便將循2.5度的下滑道飛向跑道頭。即使如此，駕駛員在接地之前仍必須能夠看見跑道，離地大約200英尺的雲底高是一般能夠接受的最低條件。戰場直升機也可以使用同樣的方法，即利用可移動的地面自動信標發射機，在不良天氣條件下充當導航設備和輔助著陸設備。但自從有了能在不良天氣條件下看東西的現代目標截獲技術例如熱成像以後，戰場上已經不需要這些設備了，更何況熱成像還具有不易暴露的優點。
導航設備
需要
和平時期的導航設備都依靠某種形式的地面網絡，向航空器上的設備提供信息。但在戰時，戰場直升機顯然無法依靠這種外部的信息來源，所以必須有某種自給的系統。這種系統的最基本的方式便是駕駛員利用地圖，因此，航行和地圖判讀法至今仍在講授，並為大多數飛行員所使用。然而，越來越尖端的設備的采用，以及有必要作超低空飛行，使得機組人員的工作負擔過於沈重，以致必須采取措施幫助他們定位和航行。目前已有兩種自給的系統可供使用，即多普勒系統和慣性系統。前者已在許多戰場直升機上普遍使用。
多普勒系統
多普勒效應在本叢書的首冊和第7冊均已詳細介紹，有關原理也已為一般人所熟知。在直升機領航系統裏，推斷地速的方法是向前方地面發射一條很窄的能量波束，測出發射波和反射波之間的頻差而求得地速。頻率上的這種差別是不受距反射面的距離的影響的，所以離地的高度和崎嶇的地形也不會影響這種系統的準確程度。偏流也可以用同樣的方法推斷出來。
在普通所謂的賈納斯系統中，可以用1～4條波束來測量地速和偏流角。賈納斯是羅馬神話中的兩面神，他能同時既向前看，又向後看。
裝在韋斯特蘭公司“大山貓”直升機上面的臺卡戰術領航系統是由計算機(接受多普勒雷達的信息)、羅盤、垂直參考陀螺和真空速傳感器組成的。真空速傳感裝置是備用的，在雷達萬一失效時使用。
計算機根據收到的信息，能進行14種不同功能的計算，其中最重要的是當時的位置(坐標方格或經緯度)，以及位置加上距10個不同點中任何一點的方位和距離，對於按固定航線和速度運動的10個目標(其航線和速度諸元已經饋入計算機)中的任何一個所謂活動的航線點的航向和攔截距離。也可以進行計算。這種功能對“大山貓”直升機的海軍型更為重要。機組人員通過鍵盤進行操作，來自計算機的信息以字母和數字的形式在顯示器上顯示出來，或者作進一步輸出以驅動滾筒地圖上的活動光標，其誤差不超過飛過距離的2％。圖5.12所示即戰術領航系統計算機的顯示器。
多普勒系統不是無源的，它的波束有方向性，向下與地平線形成60度的角，或更大些。在戰場直升機的一般飛行高度上，基本上沒有遭敵攔截的危險，除非在偵察敵雷達時飛越其上空，但這種情況是難得發生的。不過多普勒系統卻還是有可能受到幹擾，而慣性領航則不受幹擾和氣象條件的影響，而且是無源的，未來可能發揮更重要的作用。
飛行自動控制系統
用途
飛行自動控制系統這個術語，指的是對航空器的飛行軌跡進行自動控制的各種不同裝置。本節介紹直升機上使用的飛行自動控制系統的一般原理，它們與定翼機上的系統有明顯的不同。
飛行自動控制系統的用途是使駕駛員能夠更準確或更簡便地完成任務，使他能夠完成否則這架直升機是無法完成的任務，或者使他能夠完全擺脫操縱工作。與駕駛員相比，飛行自動控制系統的反應時間更短，操縱更準確，從而直升機飛得也更準確，更穩定，這對發射武器是至關重要的，同時還能使駕駛員將其精力集中於其他更為重要的作戰活動。
增穩器和自動駕駛儀
現在通用的那種飛行自動控制系統由兩個部分組成：增穩器和自動駕駛儀。增穩器解除了駕駛員一刻也不斷地對航空器進行操縱的必要。與定翼機不同，直升機基本上是不穩定的，因此，如果有一種系統，既能提高其穩定性，又允許駕駛員進行手工操縱，那將是十分有益的。增穩器實質上是一種俯仰和滾轉的阻尼裝置，也可以減輕湍流的影響，但它不能保持某一規定的數據，人們往往稱之為增穩系統。簡單地說，增穩器使用來自速率陀螺的信息，通過與操縱系統串聯的伺服機構提供角速度阻尼。增穩器並不設法將直升機改變到某種特定姿態，它只不過是把變化率減小到零而已。
至於自動駕駛儀，則的確是代替駕駛員駕駛航空器的。它能記住航向、高度和空速，或其中的一項。航向輸入通常由一套磁控的陀螺羅盤系統提供，但也可能使用無線電導航系統。高度和空速輸入是由與高度表和空速表所用的膜盒相似的膜盒提供的，這種膜盒經過專門的改進，可發出相應的電信號，也可以使用雷達高度表的高度信號和雷達測定的速度信號。大多數自動駕駛儀都有配平裝置，如圖5.13所示，用來調整選定後的數據。為了幫助自己駕駛航空器，駕駛員可以打開增穩器，他也可把全部飛行職能交給自動駕駛儀替他去完成，而自己則去從事更重要的工作。萬一自動駕駛儀失去控制或發生故障，駕駛員還能對自動駕駛儀進行超控。
圖5.13 韋斯特蘭公司“大山貓”直升機上飛行自動控制系統的配平裝置
未來的幾種系統
數據總線和電子顯示
對於直升機的每一個重要部件，諸如減速器、發動機等等，都必須監測其溫度和壓力，所得信息即傳遞給座艙內的儀表。這些傳感器各有一對專用的電線，經過機身通向相應儀表的底座。現在則可以不用這些互不相幹的電線而改用微處理機，只需要一對電線經過航空器各處把所有的傳感器聯結起來，最後通向操縱臺。駕駛員可以對傳感器逐個加以詢問，其輸出信息由計算機進行計算，一按電鈕，便以易懂的形式在視頻顯示器上顯示出來。這種數據總線可以減少重量，提高可靠性，使駕駛員可以根據需要去監視各個傳感器。他所面對的已不再是一大堆基本上只不過證實一切正常的信息，這套系統還能夠在未經詢問的情況下，把看來有些不正常或已突然發生故障的部件的情況自動在屏幕上顯示出來。
美國軍用器材物資標準1553號的數據總線已經交付使用，不久有可能因采用光導纖維而得到改進。取消了面條似的電線團以後，1553B型有許多優點，它很快便成為國際公認的標準器材。光導纖維數據總線和超高速集成電路(或超高性能集成電路)的問世，將顯著地增大處理數據的能力，發掘自動化的巨大潛力，從而減輕機組人員在座艙中的許多工作負擔。
直接話音輸入
下一個合理步驟便是不再需要按鈕詢問，而改用一種專門的計算機，它能識別話音類型，然後將相應的信息顯示在屏幕上。因此，在出任務之前，駕駛員必須把幾個關鍵詞說若幹遍，把他的話音類型留給計算機。任務過程中，當他需要飛行儀表顯示時，只要說出適當的關鍵詞，就會自動顯示出來。飛行資料、發動機工作情況、武器所處狀態和航行資料等都可以用這種方法顯示。只要說出頻率，它便能自動選擇無線電頻率；只要說出關鍵詞，它還能顯示出地圖來。這種系統正在研制之中，很可能和下一代的直升機一起投入使用。
先進的飛機操縱系統
除了下面幾章將要提到的電傳和光傳操縱系統以外，美國還在研制一種新的操縱系統。這是一個名叫側操縱桿的小小的柄，將用它取代目前使用的所有三種常規操縱機構。這個單一的操縱桿裝在齊腰高的地方，位於駕駛員的右手，只有幾英寸高。它是固定的，但當施以壓力時，它將象常規操縱機構一樣按生活習慣行動，使航空器按施加壓力的方向運動。向上提或向下壓，航空器便垂直飛行，扭動操縱桿，便可控制飛機偏轉。這事聽起來很復雜，但掌握這種操縱桿卻應該是相當容易的。它與數據總線、電子顯示和直接話音輸入一起使用，將使駕駛員的工作輕松得多。然而這不可避免地會是一樁花錢的買賣，而航空電子設備則已經是直升機所有設備中耗資非常巨大的一部分了。對於直升機在不良天氣條件下和夜間進行超低空飛行要求得越多，它的航空電子設備的性能就要越完備，整個直升機的價格也就越高。從圖5.14中可以看出，不良條件下進行飛行活動的費用，在可飛時間超過大約60％以上時便急劇上升。以高達90％的時間進行飛行活動，其價值只有計劃工作人員算得出來。但是，我們如果平白放棄某種本來將是非常有效的武器，不承認它具有在很可能被敵人利用的那種環境中進行作戰活動的能力，則顯然是不明智的。
第六章 作為武器平臺的直升機
導言
能夠迅速作出反應，並能不受障礙物的阻礙和不必拘泥於正常的路線而在戰場各處快速運動的武器平臺，其潛力在現代軍隊中還是很起作用的。利用直升機的這種特殊能力的最早的嘗試乃是在早期的直升機上安裝機關槍。圖6.1所示為法國“雲雀”直升機上安裝的一挺0.30英寸口徑的機槍。
法國陸軍確實是最早看到這種機動火力的價值的軍隊之一，他們在阿爾及利亞作戰中便曾很好地加以利用。現代的強擊直升機和武裝直升機正是從這種微不足道的開端中發展起來的。
機關槍和機關炮
早期對直升機進行武裝的嘗試，使用的是業已充當別用的機體，裝上的必然也是現成的武器。結果，形成的武器系統肯定不夠理想，雖說在戰鬥中也可能作出重大貢獻。比方說，使向前射擊的固定機槍瞄準某個目標的唯一方法，便是使整架航空器對準目標，然後開火。這對速度大的殲擊機是可行的，對直升機就很不理想了。直升機基本上是不穩定的，懸停時不斷扭轉，只有在俯沖時(也就是當航空器的穩定性受其前進速度的影響而增大時)射擊才比較準確。但如采用這種攻擊方法，直升機將逐漸縮小它與目標間的距離，使自身處於可能是安裝在更為穩定的平臺上的地面同類武器的射程之內。除了這個嚴重缺點之外，還有其他不足之處，即飛行中萬一發生射擊故障，機組人員是無法加以排除的，因為他們的手臂根本夠不著武器，此外還需要有專門設計的輸彈道，才能把子彈從機身之內輸送給機槍，所以，這種武器系統沒有受到普遍歡迎便是不難理解的了。
解決問題的辦法之一便是把機槍或機炮安裝在機艙地板的銷桿上。要想承受得住槍炮及其底座的重量，並能吸收後坐力，就必須加固地板。從圖6.2中可以看出，這一套設備有多麽笨重。
為此種武器服務的還需要有復雜的進彈系統；為了移去空殼，集殼器或拋殼系統也是必不可少的。射擊員在射擊此種武器時必須考慮直升機的前飛速度，使用較高百分比的曳光彈，對準目標連續傾瀉發射。這種射擊方法顯然很費子彈，至多只能算是一種散布面很廣的面積武器，因為它本來就是很不準確的。此外，為了盡可能發揮效力，機艙的兩側都應該裝上武器，這樣，航空器不必作機動飛行便能發揚火力了。然而航空器載重也必將因此而大為增加，因為一切有關設備，包括射擊員在內，都需有兩套才行，從而會明顯地削弱直升機的續航力。話雖如此，現在有些武裝直升機卻仍在使用這種安裝在銷桿上的武器系統，有些通用直升機和運輸直升機也在使用，作為一種自衛手段。
機槍和機炮的一個嚴重不利條件便是射程較近。逼近到有效射程，很可能使這架航空器距離敵人過近，易遭敵機或附近未被發現的目標的反擊。這一缺點並沒有阻止各國軍隊以機關槍炮裝備他們的直升機。經過某些改進以後，機關槍炮仍將是有力的武器。這個問題我們以後還會談到。
無控火箭彈
加強直升機火力的比較經濟而又簡便的方法便是裝備無控火箭彈。火箭彈的射程超過機關槍或機關炮，並能在較短時間內向目標發揚較強大的火力。這種武器基本上是一種散布面廣的面積武器，雖說火箭發動機最近的改進已使其命中精度有所提高。直升機攜帶火箭彈的唯一實際可行的辦法便是在短翼或機身的承力點裝上吊艙。這就是說火箭彈也只能按固定的外掛方案向前發射。發射火箭彈不需要吸收多少後坐力。雖說火箭彈看來很能得到人們的好感，但要獲得一定的命中精度，最好還是在穩定飛行過程中對著目標飛去時發射，這又使直升機在發射武器階段迫近了目標。發射以後駕駛員可以立刻轉彎脫離，讓火箭彈以彈道飛行軌跡飛向目標。這種武器在美國和蘇聯是很普通的，兩國的武裝直升機和強擊直升機都混合裝載導彈、火箭彈、機槍和機炮。圖6.3所示為“休伊－眼鏡蛇”直升機的武器外掛位置，兩個各有19枚火箭彈的吊艙各已發射了15枚。
圖6.3 “休伊－眼鏡蛇”直升機，可以看出其部分射空了的火箭彈吊艙
反坦克導彈
瞄準線指令制導的導彈
供直升機使用的武器當然最好能從盡可能遠離目標處發射，使直升機暴露於敵人面前的時間盡可能短，沒有後坐力，發射過程中直升機仍能作機動飛行動作，以及對地面戰鬥作出的貢獻有較好的經濟效益。反坦克導彈能夠滿足上述大部分要求。由於裝甲戰鬥車輛是現代戰場上的主要威脅。因此反坦克導彈便成為指揮員的得力助手，可以補地面武器和其他空中武器的不足。
早期可供使用的這種導彈是瞄準線指令制導型。圖6.4所示便是SS11型瞄準線指令制導的導彈，正從韋斯特蘭公司的一架“偵察兵”直升機上發射。這種直升機已在英國陸軍航空兵中服務多年。
圖6.4 韋斯特蘭公司的“偵察兵”1型強擊直升機正在發射一枚SS11型導彈
這種導彈由一名空中射擊員利用一臺阿維莫－費朗蒂公司(AF120型)的頂部瞄準具進行發射和操縱，該瞄準具既用來捕捉和識別目標，又用來引導導彈進入波束，然後使之尋的。要做到這些，瞄準具的光學部分至少需要進行兩種不同的放大。AF120型捕捉目標和引導導彈進入波束的放大能力為2又1／2倍，識別目標和最後制導階段為10倍。現在，更新式的瞄準具則一般具有更高的放大倍數。在瞄準具上，空中射擊員看到導彈尾部紅外閃光產生的一個光點，他用一個小型的操縱手柄對其進行操縱，手柄通過一對電線將操縱上的變化轉輸給導彈。這種第一代導彈的飛行速度較慢，3,000米的飛行時間約為20秒。這樣，直升機在部分暴露的條件下需要進行懸停的時間未免太長了。操縱這種導彈並非易事，要求射擊員有很高的訓練水平，所以人們不久便認為需要有一種飛行速度更快的導彈，操縱上也應更容易些。
半自動瞄準線指令制導的導彈
美國和歐洲均已制成了半自動瞄準線指令制導的系統，射擊員只需要把瞄準具的十字線對準目標就行了。機上的計算機能夠測知導彈的任何偏離，然後也是通過一對電線，對導彈自動發出修正數據。美國的“陶”式導彈便是這樣一種半自動系統，在越南表現出眾，對各種不同目標的命中率高達82％。直到最近以前，有線制導一直是西方普遍使用的方式，蘇聯的某些導彈也使用同樣的方式，但他們的“蠅拍”導彈則是無線電制導的。雖然無線電制導的導彈要比有線制導的飛得快些，因為它們沒有電線需要處理，但它們顯然容易受到電子幹擾。有線制導的導彈還有一個不利條件，那就是必須攜帶一種裝置，以便在導彈命中目標後把電線割斷。廢棄的電線有可能對直升機造成危害，卷入旋翼槳盤或尾槳之中。
強擊直升機
起源
直升機是在越南真正成熟起來的，美國陸軍曾廣泛地予以使用。也正是在越南，武裝直升機證實了自己是一種有效的兵器。有武裝的通用直升機，如圖6.5所示的UH－1系列，可裝備多種武器，在服役中表現優異，世界上第一種專用的強擊直升機“休伊－眼鏡蛇”便是在它的基礎上誕生的。這種專門制造的直升機目前仍在服役，能混合攜帶火箭彈、機關炮、機關槍、自動榴彈發射器和“陶”式導彈。圖6.6所示為外掛武器的位置。
圖6.5 裝備了火箭彈和機關槍的UH－1直升機
圖6.6 “休伊－眼鏡蛇”直升機外掛武器的位置
瞄準方面的發展
讀者們將會發現，外加的機關槍或榴彈發射器是安裝在機頭下部炮塔內的。這種武器與射擊員的瞄準具以及駕駛員頭盔上的目鏡同步，它使駕駛員能夠或者通過裝在機頭的瞄準具，或者通過目鏡，對目標進行瞄準，然後開火。機槍或榴彈發射器通過從動裝置自動對準目標，提前角被計算出來，有效地向目標開火。從飛行安全和保存自己的角度上看，由於機組人員能夠毫不費力地操縱同步武器，這對他們有極大的好處。有一種與之相似但經過改進的名為頭盔與顯示綜合瞄準系統將裝備在美國陸軍第二代的強擊機上面，人們對此是不會感到意外的。
另外，美國還制成了一種裝在“眼鏡蛇”直升機的頭部而不是頂部的瞄準具，歐洲國家的軍隊喜歡這種樣式的瞄準具。瞄準具裝在機頭或機頭下部，則直升機在懸停中實施射擊時必將更多地以其前半球暴露於外，這個缺陷在某種程度上通過非常狹窄的機身得到了補償。把機組人員安排成串列座，機身便能造得非常狹窄。美國陸軍的第二代強擊直升機“阿帕奇”便保留了安裝在機頭的瞄準具，不過射擊員和駕駛員還有各種傳感裝置可以結合瞄準具一起使用，我們以後還將予以介紹。
武裝直升機與強擊直升機的選擇
明確了有可能在直升機上安裝武器以及這種武器系統能在戰場上作出有益的貢獻以後，下一步必須作出的決定便是這種航空器是否應該是專用的強擊直升機。裝有臨時配備的武器的通用直升機，在投入武裝行動之前，可以遂行後送傷員和運送部隊之類的其他一些任務。至於專用的強擊直升機，則除了作戰以外，其他什麽也幹不了。問題很清楚，盡管武裝直升機在使用上有更大的靈活性，然而強擊直升機是準備在非常激烈的戰鬥環境中使用的，所以它在設計上有較大的生存能力。這樣一來，作出決定的根據最後便成為一個經費問題。凡是既有能力購置強擊直升機，又另外需要通用直升機去完成其他任務的國家，已經毫不遲疑地購置了強擊直升機。至於那些預算有限的國家，則不得不接受武裝直升機為骨幹力量。這並不是說武裝直升機不會對戰鬥作出重大貢獻，圖6.7所示韋斯特蘭公司裝有“陶”式導彈的“大山貓”直升機便能消滅大量已經突破前沿陣地的坦克。根據最近的試驗和演習，直升機與坦克作戰的戰損比至少是1：10；俄國人認為每摧毀19輛坦克要損失一架直升機，他們的數字可能更真實些。
圖6.7 韋斯特蘭公司的一架裝備“陶”式導彈的“大山貓”直升機
法、德兩國軍隊也同樣在他們一部分“小羚羊”和Bo 105型直升機上裝備了“霍特”導彈，用於遂行反坦克任務；意大利軍隊也在他們阿古斯塔公司的A109型直升機上試裝“霍特”導彈。圖6.8所示為Bo 105型直升機和“霍特”導彈組成的武器系統。美國的“防禦者”500MD型和“黑鷹”UH－60型直升機也都有相當強大的武裝。
盡管武裝直升機在使用上有較大的靈活性，多數國家現已認識到還是需要有更適於在前方戰鬥地域作戰和生存的專門的強擊直升機。強擊直升機有能力突破戰鬥地域前沿，在翼側或從後方突擊敵人，這是非常寶貴的品質，它對戰鬥作出的直接貢獻很可能要比武裝直升機大得多，因為武裝直升機只能遂行反突破任務。至於強擊直升機，則比方說可以通過其在敵人最意想不到的地方審慎地發揮突擊效果的方法，在突進或突圍階段予裝甲部隊以巨大的幫助。蘇聯和美國便是對強擊直升機及其應用表現了最大的興趣並有能力購置這種直升機的兩個國家。因此，不可避免的是，作為在這個領域的先進國家，他們分別制成了“雌鹿”和“阿帕奇”兩種非常出色的強擊直升機。
米－24“雌鹿”直升機
蘇聯很久以來便主張用直升機進行作戰活動，很快便武裝了他們的通用直升機，為直升機機降突擊提供火力。他們的“甲兵”和“河馬”直升機都裝備有機槍、火箭彈和反坦克導彈。“河馬”的武器裝備最強，它還能攜帶一挺裝在機頭下部的12.7毫米口徑的機槍，4枚“蠅拍”導彈，外加分裝在6個吊艙內的192枚火箭彈。70年代初期出現了“雌鹿”A型，嚴格說來這並不是一種我們所認為的專用的強擊直升機，而是一種武器裝備較完備的用來運輸部隊的大型航空器。根據他們逐步改進的指導思想，蘇聯制成了好幾種型別的“雌鹿”，D型和E型是比較明顯的強擊直升機型。圖6.9所示為最新“雌鹿”F型，我們從圖中可以清楚地看到外掛武器的位置和機頭下面的傳感器組。
圖6.9 蘇聯的“雌鹿”F型直升機
蘇聯制成的是一種大型、快速的直升機，它有許多值得註意的特點。
發動機
兩臺TV3－117型渦輪軸式發動機裝在機身頂部，每臺功率1,650千瓦。由於發動機的功率很大，所以正常飛行時的功率遠遠小於其最大功率，這意味著排氣溫度較低，紅外特征不明顯。
武器
機頭下部炮塔裝有12.7毫米多管機槍一套，射程約為1,300米，射速估計每分鐘4,000發左右，攜有子彈2,000發，既可用於空對地，也可用於空對空射擊。此外，4個吊艙可帶128枚57毫米火箭彈，另有發射“蠅拍”或“螺旋”反坦克導彈的導軌四組。外掛梁也可以掛炸彈，這樣，當由於天氣惡劣不能出動強擊機時，可以用直升機遂行近距支援任務，看來這正是蘇軍的意圖所在。攜掛火箭彈和反坦克導彈的短翼在直升機前飛時也具有空氣動力的作用，能減輕主旋翼大約25％的載荷，從而提高了機動飛行能力。
航空電子設備
良好的監視和截獲目標的設備，對於企圖在晝夜不良天氣條件下進活動是很重要的。“雌鹿”機頭下面兩個吊艙裏面裝的是用於截獲和跟蹤目標的微光電視或紅外裝置、激光測距器和用於跟蹤導彈的測角器；其中較小的那個吊艙裏裝的是導彈指令線路，可能還有截獲目標的雷達。機上還有近距導航設備和敵情報警系統。
防衛
機組人員的兩個座艙都有防護裝甲，子彈艙和油箱也是如此，油箱還是自封的。雖說這種飛機曾在阿富汗被猛烈的高射機槍或機炮的火力所擊落，但總的說來還是具有較好的承受槍炮射擊的能力。
AH－64A“阿帕奇”直升機
在“休伊－眼鏡蛇”系列獲得成功的鼓舞下，根據積極使用戰場直升機的方針，美國制成了第二代強擊直升機，這是必然的事情。“阿帕奇”是主要為了在晝夜不良天氣條件下進行反坦克作戰而設計的，它結構堅固，能在前方地域進行活動並保存自己。從圖6.11中可以看出，它也有許多新穎的先進設備。
圖6.10 AH－64“阿帕奇”直升機
武器
除休斯公司30毫米的鏈式機炮以外，還可以混合攜帶火箭彈和“獄火”導彈——機炮位於機身下方可拆卸的底座上。在裝載1,200發30毫米炮彈的情況下，最多可帶16枚“獄火”紅外導彈，或混合攜帶導彈和火箭彈，但鏈式機炮則是常備的設備。這些武器賦予它以非常可觀的空對地和空對空作戰能力。圖6.11所示為“阿帕奇”能夠裝載的武器。
圖6.11 “阿帕奇”直升機攜帶的武器
截獲和標示目標瞄準裝置／駕駛員夜視裝置
截獲和標示目標瞄準裝置。加上裝在直升機頭部的駕駛員夜視裝置，代表了夜間和不良天氣條件下作戰的一大進步。截獲和標示目標瞄準裝置是射擊員的得力助手，它包括直接觀察鏡、前視紅外儀、電視、激光指示器、激光測距儀和激光跟蹤器。駕駛員夜視裝置也是一種前視紅外設備。這一套傳感裝置的性能要比現有的其他任何系統優越得多，能使航空器在大約90％的天氣條件下進行活動，只是價格昂貴些。但一般的看法是，以高昂的成本使航空器能在除最壞天氣以外的所有天氣條件下進行作戰，這種做法還是值得的，因為敵人的裝甲兵正是企圖利用這種難以飛行的天氣條件。
性能
“阿帕奇”直升機裝有兩臺通用電氣公司的T700－GE－701型渦輪軸式發動機，每臺額定功率1,690軸馬力，速度超過150節，最低續航時間1.83小時。兩臺發動機之間的間隔較大，這樣可以在其中的一臺被擊中時提高另一個的生存能力。
生存能力
“阿帕奇”直升機在設計上非常強調在遭到槍、炮彈擊中後仍能生存下來。例如，它的油箱和主旋翼梁曾在被炮火擊中後繼續工作5小時以上而未出故障；它的主減速器曾在沒有滑油的情況下工作了一個多小時；保護機組人員的防爆屏蔽也特別有效。黑洞學說反紅外系統明顯地降低了發動機的排氣溫度，這是防止熱尋的導彈的攻擊的好辦法。它還是一種十分機動靈活的直升機，這種品質對保存自己顯然是個有利條件。“獄火”導彈乃是迄今為止最接近於發射後載機即可置之不理的導彈，因為可以由地面觀察員將其引向目標，所以這也是提高生存能力的一大因素。“雌鹿”和“阿帕奇”兩種直升機之間的相似之處是十分明顯的，它們是世界上最令人望而生畏的強擊直升機。阿古斯塔公司的A129“貓鼬”是意大利第一種專用的強擊直升機，在設計思想上與“雌鹿”和“阿帕奇”相同，只是體積要小得多，準備1986年裝備部隊。由於對付直升機的最好手段可能還是直升機，所以敵我雙方直升機相遇進行空戰的可能性是很大的。“阿帕奇”強擊直升機裝備的命中精度高、殺傷力強的鏈式機炮，在頭盔與顯示綜合瞄準系統的協下，效果特別好，使這種直升機具有良好的空戰能力。進一步的加強將是裝備空空導彈，許多國家正在積極從事這項試驗，主要是裝備缺乏裝甲防護和自衛槍炮的通用直升機。
小結
若干年來，直升機已經從一種特殊的武器平臺發展成一套十分完整的武器系統，能夠在除最壞天氣以外的各種條件下晝夜進行活動。直升機能比其他任何戰場武器系統更迅速地展開，去抗擊意想不到的敵裝甲兵的入侵，這是它的一個特點，加之它裝備的武器愈來愈有效，所以直升機的這種特點能對地面戰鬥作出重大貢獻。雖說強擊直升機還不曾受過全面大戰的考驗，但它們在越南和阿富汗的使用則都獲得了成功。現在，裝備有新型武器、先進的傳感裝置和生存能力更強的強擊直升機正在開始服役，它們很可能對裝甲兵形成嚴重威脅。這一事實正在普遍地被西方國家的許多軍隊所認識，許多軍隊正在積極要求裝備專用的強擊直升機，即使價格昂貴也在所不計。強擊直升機具有的配合地面軍隊作戰並對敵人後方地域形成威脅的能力，已經引起了人們的驚恐。指揮員如能創造性地使用這種愈來愈有效的新式武器系統，他們便很可能獲得先是由騎兵、後來由坦克提供的那種贏得戰鬥勝利的要素，亦即利用它們能夠很簡便地產生的兩個因素——突然性和沖擊效果。
第七章 生存能力
問題所在
今天設計武器裝備的人員，面臨了中古時期的武士們一度面臨的同樣的問題，即如何保持武器、機動和防護三者之間的平衡。當時的武士們如果只配備盾牌、鎖子甲和頭盔，便容易受到長矛、雙刃劍和釘頭錘的傷害。但如輕裝而行動敏捷，則有較多的機會可以避開對方的打擊。後來發現，穿戴盔甲不失為一種減輕此種傷害的好辦法，然而伴隨此種防護而來的卻是機動能力的喪失和更易被對方擊中。裝甲車輛的設計工作也曾遇到與此相似的問題，本叢書的第1冊作過詳細介紹。
不久以前，輕型的戰場直升機由於功率和其他方面的種種限制，還不得不以其區區的有效載重用於裝載燃油和執行任務所必需的設備，裝甲防護則微乎其微。生存能力的取得有賴於航空器的速度和敏捷的行動，輔之以出色的戰術和戰場上的機智行動：就直升機而言，這就是在超低空飛行中善於利用地形。但是，隨著作戰直升機的更加有效，與之對抗的措施在範圍、質量和數量上也都有所發展。直升機是對方武裝直升機、高射槍炮、防空導彈、車載武器、輕武器、炮兵和多管火箭炮密集火力易於殺傷的對象。固定翼飛機，特別是速度慢的固定翼飛機，對它也是一種威脅。
事情很清楚，一定要設法扭轉這種局面，使直升機能夠繼續進行戰鬥，如果做不到，也要使之能夠返回基地，進行修理。換句話說，直升機設計人員受領的任務，按優先順序排列，應該是首先保障人員的安全，其次是保住飛機，然後是保證任務的完成。
不難看出，生存能力取決於一系列概率的乘積。簡言之，要求於戰鬥直升機的是不易被對方發現，發現後不易被擊中，擊中後仍能繼續執行任務，即使被擊落也不易墜毀。要滿足全部上述要求，造價一定會很高，而且在直升機的設計及其所攜帶的保障生存的設備兩個方面都要作出某些讓步。
要想裝備全套的報警裝置，包括武器在內的對抗手段和包括裝甲在內的防護手段，直升機就一定造得又大又重，從而需要功率更大的發動機和更復雜的傳動系統。這樣，造價將進一步增加，而永遠不易保持平衡的三要素之一——機動能力，則很可能受到不利影響。
發現
戰術措施
我們且把敵人間接瞄準射擊的火力問題擱在一邊，也就是直升機在沒有被敵人看見的情況下即可被擊中，因為對於這種威脅，機組人員除了可以預先估計到這種射擊可能來自何處以外，是無能為力的。我們只能假設，直升機必須被對方看見，方才會被擊中。這就是說觀測者(或傳感器)和目標之間有直接的瞄準線。所以，應該采取的第一個措施便是盡可能少地暴露於敵人之前，直升機的機組人員也是根據這個要求進行超低空飛行訓練，最充分地利用地形提供掩蔽，不使對方看見自己。
瞄準具的位置
觀察目標和武器的瞄準裝置使直升機能在遠距敵人處進行活動，這也可以減少被發現的可能。米－24“雌鹿”機頭下方以及AS－1H“眼鏡蛇”和AH－64“阿帕奇”機頭內部所裝的瞄準具，進行觀察或發射時要求直升機的大部分暴露於外；但裝在座艙頂部(Bo－105、“小羚羊”和“大山貓”)甚至裝在旋翼主軸頂端的瞄準具，則明顯地減少了暴露，使敵人較難對付。圖7.1所示是裝在座艙頂部的瞄準具的一例。同樣地，載有發射後載機能夠真正置之不理的導彈的直升機，在瞄準和發射時也無需長時間地拋頭露面，而那些使用必須由載機將其導向目標的導彈的直升機卻不然，它們在導彈的整個飛行期間都處於危險之中。
圖7.1 安裝在“小羚羊”直升機頂部的阿維莫－費朗蒂公司的AF－532型瞄準具
凡是直升機都有五種顯著的目標顯示特征，對方可以通過這些特征來發現直升機的存在，它們是目視的、聲音的、雷達的、紅外的和電子的。所有這些必須設法予以抑制。
減少目視特征
對方是通過肉眼、望遠鏡和圖象增強器之類的光學儀器或電視來發現目標的。其效果決定於直升機的大小和形狀、它與背景的對比度和運動。直升機當然是愈小愈好，最好還使用能夠降低對比度和改變原來形狀的塗料。越野運動中的直升機容易引起註意，但即使在懸停中，座艙蓋或旋翼反射的閃爍陽光也可能暴露直升機的位置。AH－1S和AH－64使用扁平的座艙蓋(如圖7.2所示)以減少閃光，並用合適的塗料以減少旋翼閃爍。懸停時，地面的情況是個重要因素，沙、塵、雪或落葉被主旋翼卷起後，便會暴露直升機的所在。精明的觀察員發現某處的樹枝孤立地大幅度擺動，即使看不見直升機，也能作出準確的判斷。
圖7.2 “休伊－眼鏡蛇”直升機扁平的座艙蓋
聲音特征
經常有人說，比較起來，作戰直升機的聲音特征並不重要，因為戰場上本來就不安靜。然而在某些情況下，例如秘密滲透或巡邏後返回，以及某種反暴亂作戰活動，銷聲匿跡卻還是十分必要的。某些噪聲可被地物減弱，但是直升機的噪聲卻無法掩蓋。在目視發現直升機之前，訓練有素的觀察員已有可能把武器指向正確的方向。噪聲的最大來源是主旋翼、尾槳和發動機。蘇聯許多直升機有低速轉動的旋翼，因此噪聲較低。葉尖的形狀也有關系。如圖7.3所示，AH－64和UH－60“黑鷹”都有後掠葉尖。
最好是有一種沒有尾槳的直升機，諸如西科爾斯基公司的XH－59A(利用前行槳葉設計思想)和卡莫夫的直升機，它們都使用共軸對轉式雙旋翼系統，以及休斯公司的無尾槳直升機。AH－64的剪刀形配置的尾槳 [ 譯者註：4片槳葉之間夾角是60°和120°，而不是90°。 ] 有外伸式的槳叫，在不受擾動的空氣中轉動，因此效果較好，轉速和噪聲都較低。
雷達特征
目標被雷達照射後產生一種特征，叫做雷達目標反射性或雷達目標等效反射面積。被反射的能量的多少是目標的尺寸、形狀、相對於波束的角度、材料的電氣性能和雷達自身性能的函數。因此，探測的效果取決於雷達及其對信息的處理、目標的顯示特征和操作人員對於他在屏幕上看到的一切的判讀能力。雷達的探測距離及其在地面雜亂回波中發現直升機的能力可以通過縮小直升機的雷達目標等效反射面積來予以削弱。控制直升機的形狀和使用正確的制造材料是做到這一點的兩個基本方法。人們在研究了直升機最有可能被雷達看到的幾個角度以後，在其他制約因素所允許的條件下便能選擇各種有利的形狀，使能量向任何方向反射。而偏偏不折向雷達。
直升機即使懸停時也有許多部件在運動，例如旋翼，這些部件是易於被雷達發現的。但如使用導電敷層和寬頻帶的電磁波吸收材料，便能減少這種危險。
紅外特征
溫度高於絕對零度的任何物體都會輻射出紅外線能。由於大氣吸收，它以1～3、3～5和8～13微米的波長出現。直升機發動機內的熱金屬在最低頻帶上輻射，廢氣則在中頻帶。第一代的紅外抑制器是在排氣管外安裝戽鬥，使廢氣折而向上，進入旋翼的下洗流，並屏蔽熱金屬，使之不致被紅外尋的導彈直接探測到。許多新式的抑制器使用大量外界空氣使熱金屬冷卻，並沖淡廢氣以削弱其紅外特征。這就是所謂黑洞理論，圖7.4所示便是這樣一種裝置。
圖7.4 “大山貓”直升機上試裝的紅外抑制系統
這種抑制系統配合低紅外反射塗料一同使用，可在8～13微米頻帶上防止被熱成像系統發現，從而縮小熱尋的導彈的射程，使直升機有可能使用紅外幹擾器和誘餌曳光彈。蘇聯直升機的發動機通常以較低的渦輪進口溫度工作，因此其排氣溫度也較低。冷卻空氣通常是通過發動機上方的進氣口吸入減速器的，這有助於降低熱金屬和廢氣的溫度。
各種各樣的電磁波發射源
直升機上有許多設備使用時會暴露直升機的位置。對方的測向器能精確測出無線電發射、多普勒領航儀、雷達高度表和激光測距儀的位置，事實上其他任何有源系統也都有可能被探測到。所以，必須盡可能少用這些設備，盡量少通話，直升機要在掩蔽物後面不斷地移動。
地面生存問題
在結束被對方發現的問題以前，還應記住，作戰直升機停在地面的時間要比在空中的時間多，所以，隱蔽和偽裝是十分必要的，不僅是不能讓敵偵察機的飛行員發現，還不能讓偵察機上的傳感裝置發現。裝滑橇式起落架的直升機難以移動，輪式的則略微好些，但無論滑橇式或輪式都很笨重，難以偽裝。這個問題迫切需要解決，但迄今還沒有令人滿意的辦法。
交戰
戰術問題
直升機如果在施展了種種手段以後仍被對方發現，它還是可以逃脫被擊中的厄運的。盡量減少暴露於外的時間可使敵人來不及進行瞄準，良好的戰術也可以提供一定程度的自我防護，例如在隱蔽地點伏擊某個目標後立即轉移到新的地點。在最大射程上發射武器可以減少被敵人擊中的機會。然而，凡是發射陣地選擇得當的武器都是互相支援的，所以，當直升機處於敵人某個武器的射程之外的時候，它卻可能處於敵人另一個武器的射程之內。
敏捷性
理想的直升機應該是十分敏捷的，也就是敵人不易捕捉到它。在某種情況下，速度固然很重要，但北約國家認為，敏捷地突然進入或改出懸停的能力卻更為可貴。簡單地說，這就是在多維空間的加速和減速。它的剩余功率應能使它在無掩蔽時有很大的上升率，以及能夠下降並建立新的懸停而不致碰撞地面。此外，直升機還必須能夠橫向加速以躲避炮火。“雌鹿”便能承受3g轉彎，未來的任何直升機至少都應能做到這一點，並能承受短短幾秒鐘的負g過載。
報警傳感裝置
理想的狀況當然是能夠看見敵人而不被敵人看見，反之則後果不堪設想。但是，如能設法使直升機上的人員知道自己已經被發現了，則或許能采取一些補救措施。所以，向機組人員報警，使他們知道出現了敵人的武器系統，這對於避免被擊中是很起作用的。雷達警戒接收機(它能迅速提供威脅到該直升機的武器所使用的雷達的信息)會提醒機上人員出現了險情，幫助他們決定采取什麽對策。必須有這樣一種接收機，它能探測到火控雷達、導彈制導雷達和跟蹤雷達，並能測出哪一種武器系統形成的威脅最大。在早期的接收機上，如何對其顯示進行判讀是一個大問題，機組人員無疑都希望一瞥之間便能在自己的頭腦中對形勢形成一幅準確的圖畫。不久以後，象雷達警戒接收機那樣使用同樣的處理機和顯示器的，將是一種激光報警器，它能發現和識別測距儀和指示器，以及激光束引導的導彈。
因為需要有一種傳感裝置來掌握紅外誘餌曳光彈的發射，這才研制了紅外導彈探測系統。其中有一種實際上是脈沖多普勒近程雷達，它在直升機周圍建立一道連續的雷達警戒圈，任何表現了一定接近速度的導彈，都會自動觸發發射誘餌曳光彈的機構。這個系統只能發出即將被導彈擊中的警報。是否需要有一種報告對方發射導彈的報警系統呢?
較難對其進行警戒的是敵人那些沒有電磁輻射的武器系統。只使用肉眼、望遠鏡或其他光學儀器的隱蔽的操作人員顯然都享有某種有利條件，直升機的機組人員必須提高警惕，切勿貿然進入目視瞄準的武器可以發揚火力的地區。研制光學報警裝置的工作正在進行之中。
對於輕武器和機槍的火力，可用測聲手段進行警戒，這要依靠探測激波來完成，所以子彈的飛行速度還必須是超音速的。由於這類武器的口徑小，射程一般都比較近。火力的大致方向也可以顯示出來，然而規避動作則顯然只有在第二次或後續的發射時方能進行。
無論平時或戰時，直升機都可能被電線掛下來，所以，制訂周密的飛行計劃和不間斷地註意了望是非常重要的。多年以來，探測電線的電子手段一直在研究之中，最有前途的看來是毫米波雷達和激光；用探測磁場的方法來發現帶電的高壓線已被證明為實際可行的。相對於直升機在飛行中不斷變化的姿態來說，如何保持穩定，以及機組人員心理上的種種問題，則尚有待解決。簡單的電線切斷器和撥線裝置可能是解決問題的辦法。
對抗措施
及時得到有關敵情的報警是一回事，以後作出什麽樣的反應則是另一回事，而且更為重要。下降或轉彎脫離可能是需要做的一切，但積極的對抗措施卻可能更為有效。最積極的對抗措施，如果有條件的話，便是對攻擊的武器系統進行射擊；如果沒有條件，則雷達或紅外幹擾機以及敷金屬條或誘餌曳光彈都能夠起到足夠的削弱對方能力的作用，使直升機不被擊中。
敷金屬條由大量很小的偶極子反射體組成，它在雷達波束內反射的回波比直升機反射的還大。敷金屬條和雷達幹擾機不同，它不受敵人雷達頻率的限制，只不過這些偶極子反射體必須切成適當的長度，使其頻率等於或低於敵人雷達的頻率，並投放足夠的數量。直升機一旦被跟蹤雷達截獲後立即投放敷金屬條，便能逃脫截獲，迫使雷達操作員選擇重新截獲的方式。這樣做是需要一定的時間的。在此期間，機組人員便能采取其他規避措施，或發射武器。敷金屬條與雷達警戒接收機一同使用，便能在正確的方向上自動投放。座艙內有一個操縱部件，使機組人員可以選擇投放的方式，投放的包數、每包或若幹包之間的間隔。一個投放器一般可攜帶60包敷金屬條。圖7.5所示為美國的一架UH－1直升機正在施放敷金屬條幹擾雲。
圖7.5 UH－1直升機投放敷金屬條
同樣是這種投放器，與探測有導彈飛來的警戒裝置相結合，也能用於自動發射誘餌曳光彈。在即將被導彈擊中的緊急情況下，依靠機組人員的手工發射是無濟於事的。我們從以色列噴氣式飛機1982年突擊黎巴嫩境內的目標的電視圖象中可以看到，他們有規律地按一定的間隔投放曳光彈，以便誘開可能向他們射來的任何熱尋的導彈。看來他們並沒有結合使用探測來襲導彈的裝置。圖7.6所示為美國的一架“支奴幹”直升機正在投放紅外誘餌曳光彈。
熱尋的導彈也可以用紅外幹擾機來誘開。這種由電氣發射的全向幹擾機可以是一個圓柱體，它能發射比直升機本身大若幹倍的經調制的紅外線能，目的就是發出假信息，使紅外導引頭搞不清直升機的真正位置。
雷達幹擾機是第二次世界大戰以來就一直在使用的，但直到不久以前，這種設備還是過於笨重復雜，無法在直升機上使用。現在情況已經有所改變，以AH－1S型直升機上的ALQ－136型幹擾機為例，它的重量不足20公斤，所占空間也極為有限。雷達發現目標和獲得必要的跟蹤數據只需幾秒鐘的時間，所以於擾機必須在超過三四秒鐘的時間裏不使敵人獲得這種信息。ALQ－136是一種被動式的幹擾機，要在被已經截獲直升機的敵人雷達照射到以後方才起作用：它能自動地分析收到的信號，根據信號的特征確定它是否發自敵人的雷達。如果是的，便進行破壞該雷達的測距電路和測角電路的電子對抗措施。ALQ－136能同時幹擾敵人的兩部雷達。
最後，直升機還可以使用各種煙霧來進行自我防護。與背景混為一體的綠色或褐色煙霧可以起到不使敵人目視發現的一般掩蔽作用，其他某些煙霧則可以削弱激光束和紅外導引頭的效能。
遭到射擊後的承受能力
當我們說某種直升機應能經得起槍炮的攻擊時，必須明確要能經得起哪一種口徑的武器的攻擊，以及這樣做的目的是什麽。如果附近有核武器爆炸，那麽視距離之遠近，除了經得起某種程度的沖擊波、熱輻射和飛濺的碎片的影響外，其他方面大概是無能為力的。如果遭到導彈的襲擊，則機組人員能否保住直升機或他們自己，一般說來就要憑運氣了。然而對於7.62毫米、12.7毫米、14.5毫米甚至孤立的23毫米穿甲燃燒彈和高爆燃燒彈的攻擊，則還是能夠經受得住的。但機關槍炮通常都是連發射擊，要想經得起多發命中的打擊，即使是12.7毫米的，也決非簡單易行的事情。
敵人希望能夠消滅直升機及其機組人員，或迫使直升機立即降落，或阻止其繼續遂行任務。三者之中，其實際作戰效果是依次遞減的。
直升機的使用者，因此還有它的設計者，當然會想方設法地不使敵人感到絲毫滿意。使用者首先是希望保住機組人員；而要保證任務的完成，相應的設備就必須處於良好的工作狀態。在不能不考慮到費用、復雜程度、空間和重量等問題的同時，不可避免地要在經受打擊的能力大小上作出某些讓步。設計人員竭力想把最脆弱的部位造得盡可能結實，采用雙套的部件和系統，以盡量減少全部失效的可能性。可是這樣一來，直升機的體積便會增大，從而也增加了被發現的危險。
遭到射擊後的承受能力最好是在設計階段予以考慮，因為對槍炮彈的承受能力、可靠性余度和間隔度、裝甲和壓制地面火力等問題都可以在這個階段進行研究。現在，仔細挑選所使用的材料已能使直升機的許多部分，例如旋翼槳轂和槳葉、驅動軸、一些構件和飛機操縱系統，可以不受某種口徑的子彈的傷害。復合材料的一個優點便是具有良好的承受高爆槍炮彈的攻擊的能力。在AH－64型直升機裏面，正駕駛和副駕駛(或射擊員)之間用凱夫勒玻璃纖維護板隔開，盡可能防止兩名乘員被同一發從正面射來的槍炮彈殺傷，這種護板有很高的防爆能力，可以承受23毫米炮彈碎片的沖擊。兩個座艙都有防彈片風擋。“雌鹿”直升機的防護設備也是同樣完善。
另一種提高承受能力的方式便是使傳動裝置在滑油流失以後至少還能工作30分鐘。UH－60和AH－64兩種直升機便都有這樣設備。
可靠性余度對於和平時期的飛行安全也是很有幫助的，戰時的好處就更不必說了。同樣的兩套甚至三套設備疏開地配置在機上，將大大有助於提高生存能力。至少，發動機、電氣、液壓和燃油系統以及飛機操縱系統是可以準備兩套的。
電傳操縱系統利用來自駕駛員操縱系統的電脈沖通過電線去控制致動裝置，也正在被采用。這種系統的重量很輕，因此可以裝備兩套，而重量上的增加則極其有限。各條電線在機體內可以保持較大的間隔，這也有助於提高生存能力。
為了避免直升機的重量猛增，必須非常有選擇地使用裝甲，這項工作是在設計和研制階段進行的。拿米－24來說，俄國人試圖對機組人員和要害部門提供至少能承受12.7毫米子彈的防護。北約國家的直升機則不象他們那樣強調裝甲。配置在一處的兩臺發動機之間可能有裝甲隔板，機組人員則如圖7.7所示，有裝甲的地板、座椅和防彈服。但是，要想找到一種材料，既能防止大口徑機槍、高速炮彈和碎片的穿透，同時又要重量輕、價格低，卻是極其困難的事。曾經使用過凱夫勒層壓板和氧化鋁陶瓷，效果不錯。防彈服當然不應笨重。目前還有一個重大問題沒有解決，那就是如何保護機組人員的頭部。
燃油起火或爆炸往往會造成十分嚴重的後果。油箱和油管可以使用能自動封閉漏洞的材料，外面裹以填補空隙的泡沫材料，以減少引起爆炸的危險。使用火警探測系統，再在油箱周圍準備一些小型滅火瓶，可以減少火勢蔓延或油箱爆炸的可能性。
經摔性
近年來，人們在直升機萬一墜地的情況下如何保住機組人員並把飛機的毀壞限制在可修復的程度的問題上作出了巨大的努力。現在，美國的軍用直升機必須符合一定的經摔性設計準則，其他國家也開始仿效了。
總的說來，設計人員在墜地耐受力方面要達到五個指標：第一是為機組人員和乘員保持一個防護罩，第二是使防護罩的內部不受損傷，第三是限制乘員所承受的載荷因數，第四是防止墜地後起火，第五要能夠立刻逃生。
要想保持一個防護罩，沈重的項目如發動機在垂直和縱向的方向上必須承受20g的載荷因數，橫向則必須承受18g的載荷因數，這大體上等於垂直和縱向的12.9米／秒(42英尺／秒)的碰撞，橫向的9.2米／秒(30英尺／秒)的碰撞；當然，過載的最高值在瞬間還要高些。機體結構應能經得住在地面發生的側滾翻轉，能吸收能量的起落架應能使直升機在大約半米左右的距離內平均減小9g或10g的過載，這樣才能防止在垂直速度為10.7米／秒(35英尺／秒)的情況下機身不致觸地。
機內的全部設備都要經受得住大過載，乘員的位置應使他們的頭部不易受到撞擊，不易被困住逃不出來，也不易被銳物割傷。
緩沖座椅可限制乘員所受的過載，它可以作大約0.3米(12英寸)的位移。5根皮帶組成的安全帶防止了滑脫的危險。
防止墜地後起火的唯一可行辦法便是讓燃油留在油箱內：使用足夠堅固的油箱，油箱應配置在遠離引燃設備和墜地時可能穿透油箱的任何東西的地方。燃油管路和通風管路也都要經得住墜地時的沖擊，應附有自封式斷流活門。安裝吸油泵可以最大限度地減少漏油現象。
使用只有一個扣環的安全帶有助於迅速解帶，通過可拋式艙門或舷窗緊急逃生。彈射座椅是可以考慮使用的，然而關於首先彈射旋翼的問題，或從側方彈出的問題，迄今為止還無法解決。因此，保證生存的方法一直著眼於墜地後的保全。
小結
作戰直升機的生存能力乃是許多互相關聯的因素的函數，這些因素包括敵情、戰術、訓練水平、飛機性能、截獲目標和交戰的情況、指揮與控制以及保障生存的設備。為生存而求存是沒有意義的。直升機和機組人員之所以必須保存下來，是為了完成戰場使命，以便在諸兵種合同作戰中發揮作用。
強擊直升機的生存能力可以用戰損比來衡量，例如每消滅若幹個目標就要損失一架直升機；至於偵察直升機，則可以根據每執行多長時間的任務就要損失一架來計算。
保障生存的設備不可避免地會增加直升機的重量和造價，而且會占用空間，消耗電力。在評價這些不利後果的時候，必須對比其所提供的那種程度的保障所達到的最優有利條件，然後看看這些有利條件可能對直升機性能以及武器和載油量產生什麽樣的不利影響，是否值得這樣做。可能出現這樣一種情況：直升機防護得過於完備了，以致它喪失了遂行主要任務的能力。
在戰爭中究竟是使用價廉、輕巧的直升機，依靠隱蔽和敏捷性來保存自己呢?還是使用價格昂貴、防護完善、能與敵人硬碰硬對抗的沈重的直升機?這個問題需要由軍隊幹部和財政幹部來決定。答案取決於國家的財力、物力。除了超級大國以外，一般國家大概只能折衷解決了。
第八章 先進部件
工藝水平
第二次世界大戰結束以來，日益發展的技術革命給軍用直升機帶來了不少好處，其結果便是大大提高了飛行性能、令人生畏的火力、不再象過去那樣易被敵人火力擊毀、先進的航空電子設備和簡單的維護，最重要的是生產成本和日常費用長期以來一直在急劇上漲的趨勢得到了緩和。與過去的活塞式發動機相比，渦輪發動機的采用乃是功率重量比和可靠性方面的重大進步。40年代的旋翼槳葉是膠合板和蒙布制造的，60年代是鋼和鋁制造的，80年代則是鈦和復合材料制造的；傳動裝置和主動齒輪系傳輸的功率則由180馬力提高到了13,000馬力。
就其精巧程度而言，直升機幾乎發展到了可與定翼機媲美的地步。這一切是僅在40年間完成的，而定翼機則自萊特兄弟首次飛行以來已經有80年的歷史了。現在，直升機正跨入一個技術大發展的時期，它將更廣泛地使用復合材料、節油發動機、可以減輕機組人員的工作負擔並能在夜間和不良天氣條件下進行活動的先進設備，光導纖維飛行操縱裝置，並將繼續努力以減輕振動這個出現在所有直升機上的令人頭痛的現象。可以這樣說，直升機上沒有一個部分不是作為課題正在某個地方進行研究。本章準備介紹某些可能裝備現有和下一代直升機的新的裝置和系統。
材料
用於制造直升機的機體、發動機和其他部件的材料，在直升機的發展過程中一直起著主要作用。復合材料最初只限於制造機體結構的次要部分，使用的是環氧樹脂浸漬的玻璃纖維。但當有了新的纖維，特別是有了比玻璃合成材料重量更輕、剛度更好的碳纖維和凱夫勒纖維以後，人們很快便看到了它們的優點。它們的重量輕，不易疲勞，維護簡便，對槍炮彈的攻擊有較大的耐受力，而且能夠制成復雜的、一般金屬無法制成的空氣動力形狀。所有這些優良品質都有助於降低成本。旋翼槳葉是第一個使用這種新工藝的主要部件，當時的主要意圖並不是減輕重量，而是延緩疲勞的出現。現在，復合材料的使用已經擴大到旋翼槳轂、起落架和機身部件，不久便將出現無軸承的旋翼和按氣動彈性力學的要求制造的槳葉了。
最令人註目的一個研究項目大概要算美國陸軍的“高級復合材料機體計劃”了。該計劃是研制全部復合材料的、非金屬的機身，仍使用現有的主動齒輪系。其主要目的是與同樣的金屬直升機相比可減少22％的重量和17％的成本，同時還能符合規定的在經摔性、中彈耐受力、雷達反射面積、可靠性和容易維修等方面的要求。碳纖維加強的高強度塑料、玻璃纖維和耐沖擊的凱夫勒也將予以使用。
貝爾和西科爾斯基兩家公司各自都在試制三種直升機的機體，訂於1984年3月作首次試飛，飛行鑒定要持續到1985年1月，目的是確定復合材料的基本工藝，以便用於美國陸軍下一代的輕型直升機。
歐洲的直升機機體工廠也並不十分落後，事實上第一種復合材料的旋翼槳葉還是在歐洲制成並在實驗中予以采用的。1966年，法國的國營航空空間工業公司和德國的梅塞施米特－博爾科沃－布洛姆公司簽訂了一項聯合研制這種槳葉的協定，兩年以後即告制成，那是用整塊蜂窩結構的芯子，外面裹以環氧樹脂浸漬的玻璃纖維制造的。這兩家公司後來都繼續進行這方面的研究，韋斯特蘭公司和阿古斯塔公司也是如此。阿古斯塔A－129強擊直升機機身蒙皮的70％為復合材料。圖8.1所示為典型的復合材料主旋翼槳葉。
圖8.1 復合材料主旋翼槳葉
英國的旋翼實驗計劃
1982年9月法恩巴勒航空展覽會上展出的韋斯特蘭公司“大山貓”Ⅲ直升機的實體模型，以它那不同尋常的旋翼系統炫示於眾。十分顯眼的是與眾不同的船槳形的葉尖，它可以減少前行槳葉的空氣壓縮性影響和阻力，推遲後行槳葉失速，使直升機的巡航速度高達200節。圖8.2所示便是這樣的一種葉尖。但要達到這個速度，還必須進一步降低機體的阻力。它的旋翼槳葉是玻璃纖維和碳纖維加強的塑料復合制品，沿槳葉展向葉剖面都有變化。這種直升機可望在1985年作首次飛行。該公司列出了下面一些予人以深刻印象的優點：
1．有效載重增加了25％，或在同樣有效載重情況下可以縮小旋翼的尺寸(葉弦或旋翼直徑)；
2．前進速度增大；
3．所需功率減少，從而有更多的剩余功率，耗油率也較小；
4．有較好的機動飛行能力和較高的敏捷性；
5．懸停性能有了提高；
6．制造工藝簡易；
7．可用以改裝現有的直升機；
8．更耐疲勞；
9．噪聲較小；
10．有較大的耐受槍炮彈的能力；
11．雷達反射面積較小；
12．壽命周期費用較低。
圖8.2 英國實驗用的旋翼槳葉
發動機
未來十年中的任何變化都不至於改變在直升機上使用渦輪軸發動機，今後發展的方向很可能是降低燃油消耗率，減輕發動機的重量，提高可靠性，簡化野戰條件下的維修，以及降低研制和生產費用。燃油的調節將不再采取液壓和機械的方式，此項重要功能不久便將普遍由名為全能式發動機數控系統的裝置通過電子手段來履行。電子調節的靈敏度和準確度都要高得多，使發動機的工作能夠非常接近其工作極限。兩臺發動機的轉矩是自動匹配的，開車也可以自動。全能式發動機數控系統還能監測發動機各個不同部分的情況，能夠更準確地掌握磨損情況，從而降低了翻修費用。
全能式發動機數控系統可以安裝在發動機上或機體結構上，供羅爾斯·羅伊斯公司“寶石”式那樣大的發動機使用的系統，重約6公斤。到了一定的時候，發動機設計人員必將考慮使用合成燃料後可能產生的問題，這種燃料可能要求不同的起動方法，也可能含有大家不熟悉的雜質。
飛機操縱系統
機械的操縱系統重量較大，結構復雜，需要經常檢修。電傳操縱系統和光傳操縱系統(使用光導纖維)則幾乎消滅了這些缺點，因為它們用電子數據傳輸線連接駕駛員的操縱裝置和旋翼的致動裝置，取代了機械的傳動桿。再說，這種主動操縱技術還有很多好處。更快地對駕駛員的操縱動作作出反應使直升機能夠更快地改變姿態，旋翼系統的作用如能充分發揮，便可用來擴大飛行狀態的範圍，提高機動飛行能力。駕駛員的工作負擔也因此而減輕了，因為這種主動操縱技術通過劃分滾轉、俯仰和偏轉運動而使直升機比較穩定；懸停和懸停中轉彎也比較簡單易行了，這將有助於緩解與武器的瞄準有關的一些問題。另外一個重大優點便是生存能力的顯著提高，這不僅是因為機動飛行能力有了提高的緣故，還因為大大降低了被敵火力擊毀的可能：十分纖細的電線或光導纖維要比傳動桿難以被擊中，而且很容易安裝兩套同樣的設備。最重要的也許是重量、費用和維修工作都有所減少，而整體性則得到了加強。然而電傳操縱也有缺點，那就是易受電磁幹擾和脈沖的影響，為此，雖然電傳操縱還將繼續發展，光傳操縱卻可能後來居上而成為主要系統，電傳操縱則可以在例如AH－64“阿帕奇”和A－129“貓鼬”直升機上作為備分系統使用。
美國有一項光傳操縱研究計劃，名為高級數控／光控系統。
振動是直升機設計人員要解決的最大問題之一。新的操縱方式應能使飛行平穩得多，振動小得多，不易受湍流的影響。使用高度協調的操縱系統，可以進一步減少振動，其所達到的穩定程度，可使機上的所有武器進行精確投射，並可減少機組人員和金屬的疲勞。高諧波控制系統是一種電子計算機控制的抑制振動的系統，它通過旋翼槳葉高頻率地變距，來感知和消除機體發生的振動。加速度表測得振動，把信號傳遞給一個電子控制的部件，經轉換後供微處理機分析。它的結果便是槳距的正確值，並將必要的信號反饋給致動裝置，致動裝置即位於混合器和不動的旋轉傾轉盤之間普通的固定連桿上。
輔助操縱設備
機組人員的工作負擔
由於地面武器和傳感器的威力強大，今日的戰場直升機已經被迫在非常低的高度上和在形形色色的障礙物之中進行活動了。這對機組人員的要求是很高的，在夜間和不良天氣條件下則要求更高。減輕座艙內工作量的目的在於使機組人員有更多的時間去註意戰場情況，對戰鬥行動作出更大的貢獻和避免疲勞。目前正在設想的一些自動裝置如能研制成功而且價格相宜的話，便可能恢復單人座艙的布局。不管是一個人還是兩個人，未來座艙的特點很可能是有多工作狀態的顯示器、條帶式儀表和管理系統。陰級射線管或平板上可以顯示各方面的飛行資料：巡航或懸停、動力系統、武器狀況、航行數據、通信信息以及戰術態勢的圖解示意。座艙裏可能有兩三個陰級射線管或平板顯示器，平板最後將取代陰極射線管。駕駛員的許多例行工作將被解除，從而有較多的時間對有關飛機和戰術態勢的問題作出決定。此外，重量和空間也都將有所節約。
減輕機組人員工作負擔的另一個辦法便是使用直接話音輸入。探索話音操縱可以對減輕工作負擔產生什麽樣的效果的試驗已在進行之中。它可以用來承擔某些瑣碎的事務，例如操縱無線電、選擇圖象顯示等。舉例來說，所顯示的活動地圖的比例尺、方位和前視能力都可以通過話音指令來進行控制。
座艙管理系統
在不同的無線電和不同的頻率上用代碼進行聯絡，在能見度很差的條件下進行超低空航行，以及隨時掌握戰鬥形勢的變化，所有這些，都對機組人員提出了很高的要求。使用電子計算機操縱的任務管理系統，一切有關無線電、代碼、呼號、頻率的重要信息和其他信息，都能在座艙裏顯示出來，機組人員便可以省卻一大摞文字資料。圖8.3所示便是安裝在英國陸軍“大山貓”直升機上面的戰場任務管理系統。
圖8.3 戰場任務管理系統
對機組人員和作戰部門的幹部來說，另一個重大優點便是大大縮短了飛行前下達簡令的時間。有一種便攜式的固態數據儲存器，體積只比一包香煙略大些，可以用插頭與地面終端設備連接，析取所需的信息傳輸給直升機，只要直接插入機載設備就可以了。地面終端設備是一臺鍵盤計算機，有目視顯示部件。作戰部門的工作人員通過手工操作，或通過自動數據處理系統，隨時更新儲存的數據。
能夠形象地顯示直升機在作戰地域內的航跡的彩色顯示器正在研制之中，它將幫助機組人員避開危險地區。這樣一種管理系統還可用來搜集對各個部件進行監控的數據，作為維修工作計劃中的一部分。
人工智能計算機系統在未來直升機的座艙裏可能有用武之地：它將能幫助機組人員從一團混亂的信息中作出決定：發出即將發生故障的警報和提出應該采取的措施；確定目標的攻擊順序以便最有利地利用機上的武器和地形。在這方面還有大量的研究工作要做，能否獲得成功則取決於經費是否充足。
有效載重余量指示器
對於準備由直升機裝載的東西，無論是人員還是物資，人們往往沒有時間、也沒有這種意願去稱他們的重量，這是戰場環境造成的。對於裝備齊全的部隊，一般都按規定的重量計算，對於物資，則只能估計了。所以顯然存在著裝載不足或超重的可能。
座艙裏有一個不斷顯示還有多少有效載重余量的指示器，便能圓滿地解決這個問題。利用一臺已經儲入飛機的有關數據的微處理機，這個系統將能計算出余量，計算時能將與之有關的重心的位置、直升機的高度、氣溫和地面的崎嶇程度諸因素都考慮在內。機身下方吊掛的物資的重量也可以測量出來。
顯示的方法將是使用音頻信號和目視信號。設在法恩巴勒的皇家飛機公司已經設計了一種指示器，它使用光發射二極管來表示重心的移動和是否超出了範圍。當達到滿載時，音頻信號即發出警告。
障礙物警告
對戰場直升機來說，最嚴重的而又並非來自敵人方面的威脅乃是金屬線，特別是電纜。因為直升機不得不經常在惡劣天氣條件下在越來越低的高度上飛行，所以迫切需要獲得關於帶電或不帶電的電線的警告。
迄今為止已經對幾種不同的激光系統和電磁系統進行過試驗，進一步的研制工作也在繼續進行。總的說來，這種系統對直升機的周圍進行掃描，發現橫亙在航跡上和斜掛在前方的電線，搜索距離達到1,000米。
裝在座艙上方的割線機和下方的撥線裝置雖然算不了警告系統，但可用來對付那些未被發現的電線。最粗的電線則可能不是割線機對付得了的。
瞄準系統
裝在旋翼主軸上的瞄準具
第一代裝在旋翼主軸上的瞄準具不久便將在現有的作戰直升機上使用。這種瞄準具的穩定性將有所改善，以補償直升機的移動和旋翼槳葉的振動。重心問題是裝在機頭的瞄準具的一個缺點，這種瞄準具所在的位置不存在重心問題。
目前有觀察裝置或武器瞄準具的直升機，一般都把它們安裝在頂部(如“大山貓”、“小羚羊”和Bo－105型)，機頭裏面(如AH－1S“眼鏡蛇”和AH－64型)，甚至機頭下方(如米－24“雌鹿”D型和E型)。瞄準具安裝的位置越低，直升機暴露得就越多，否則射擊員將無法從掩蔽物後面向外觀看。現代的戰場雷達完全有可能發現被樹葉擋住而目視不能發現的直升機的主旋翼或尾槳。旋翼槳葉或座艙蓋上閃爍的陽光也易使對方察覺直升機的存在。
瞄準具如果安裝在旋翼主軸上方二三英尺處，機組人員便能在直升機的其余部分隱藏在掩蔽物之後的情況下用瞄準具看到敵人。但應指出，這需要有非常準確的懸停，即使自動懸停操縱裝置恐怕也難以做到。在只有瞄準具暴露於外的情況下，敵人是很難發現直升機並向它實施攻擊的。這樣，生存能力便有了明顯的提高，每損失一架直升機所能摧毀的目標數的戰損比也必將有所提高。
裝在旋翼主軸上的瞄準具可用於各種不同的目的，較重要的有觀察、目標截獲、指示目標和攻擊、以及預警。由於導彈必須裝載在直升機的較低部位，所以，如果直升機一定要露出真面目方能發射，那麽裝在旋翼主軸上的瞄準具的優越性也就基本上被破壞了。但可以作出適當的安排，使發射導彈的電子設備能使導彈從視線的上方飛向目標，從而超越前方的任何障礙物，條件是直升機必須懸停在障礙物後方足夠遠的地方，這是不難做到的。圖8.4所示是一架裝有主軸瞄準具的武裝直升機。
圖8.4 休斯公司“防禦者”直升機裝在旋翼主軸上的瞄準具
瞄準具有幾種不同的方法可以收發信息和指令，通常是利用空心的旋翼主軸。把各式各樣的裝置全都塞入瞄準具中去的誘惑力實在太大了，但由於重量、體積和穩定性的原因，一定要抵制這種誘惑力。這套設備一般重約70公斤，可能包括下列設備中的一項或多項：電視攝像機、微光電視攝像機、激光測距儀和指示器、熱成象裝置。當然，其中還包括附屬於這些設備的陀螺儀、校靶機構和熱成象的冷卻裝置。
攝象機攝得的圖象顯示在座艙內的陰極射線管上，圖象的質量不如射擊員通過機頭或頂部瞄準具的望遠鏡直接看到的景物，這是當然的。
熱成象
因為迫切要求直升機能夠在夜間及能見度不好的時候飛行和作戰，所以在研制熱成象裝置方面作了很大的努力，以便用在射擊員的瞄準具上面；對“阿帕奇”直升機來說，則駕駛員也有他自己的成象裝置，使他能夠和射擊員一樣地看得清楚。不過這種辦法的代價很大，它既占重量又占地方，所以在現有的大多數作戰直升機上，駕駛員只能湊合著使用能提高圖象對比度的夜視眼鏡，至少他使能在星光條件下安全地飛行。
射擊員通過面向現場的掃描系統和紅外探測器獲取來自目標的熱輻射，其結果便是再現為眼睛看得見的圖象，一般是出現在座艙內的黑白電視機上。不過最好還是采取投影的方式，通過目鏡使圖象經由安裝在普通晝間瞄準具導管內的陰極射線管放映出來。
熱成像的原理是利用物體的巔值紅外放射和大氣衰減窗(3～5微米和8～14微米的電磁波譜)之間的聯系，結果，熱成象裝置(在飛機上的有時稱為前視紅外探測系統)便能測出物體(例如坦克)和它周圍天然植被之間的溫差，從而產生熱圖象。
直升機的機組人員迫切希望能在夜間發現和識別盡可能遙遠的目標，相應的熱成象裝置往往比較龐大、沈重和昂貴。在直升機上，可供使用的空間是很寶貴的，然而光學設備的體積越小，作用距離也就越近。在一片漆黑的條件下，熱成象裝置卻能發現2公裏以外的坦克，而且在硝煙彌漫和晝間有塵霾的情況下，還能明顯地提高觀察員的觀察能力。
小結
未來幾年裏，擺在軍用直升機使用者們面前的先進設備的種類一定十分眾多，可供他們仔細地加以研究和采用。在提高作戰效能的前提下，還必須考慮這些設備的價格、重量、體積和耗電情況。許多設備無疑在投入生產以前就會變得過時，但先進的工藝技術肯定將大大促進直升機的發展及其作戰能力的提高。
第九章 未來趨勢
導言
目前醞釀中或研究中的某些設想看來是能夠大大提高戰場直升機的性能的。就某些設想而言，直升機這個詞似乎有些用詞不當 [ 譯者註：英文直升機(helicopter)一詞的原意是“螺旋翼”。 ] ，因為旋翼並不是所有這些飛機獲得升力和推力的唯一手段。但是，根據某些設想制成的飛機如能獲得成功，其性能很可能超過純粹旋翼式的直升機。
直升機速度上的局限性
直升機的一個重大缺點便是它的前飛性能有限，無論是絕對速度還是機動飛行能力均屬有限。就超低空的作戰活動來說，前飛速度有限的影響也許還不太重大，因為掠地作高速飛行本來是困難的，然而機動飛行能力有限卻是個缺陷。為了了解改變此種情況所需進行的發展，有必要搞清楚產生這些局限的原因。
所謂機動飛行能力，可以把它解釋成飛機能以多麽迅速的程度改變其速度或方向。為了改變速度或方向，必須有一個力作用於需要加速度的方向。產生一定的加速度所需要的力的大小，或者說使速度或方向發生一定的變化所需要的力的大小，取決於正在加速的飛機的重量。因此，比較不同重量的飛機的機動飛行能力的一個實用方法，便是把這種可供用來實施機動飛行的力除以飛機的重量。這個比值稱為載荷因數。由於可供直升機用來實施機動飛行的絕大部分的力是主旋翼的拉力，所以主旋翼最大拉力和總飛行重量之比便是衡量一架直升機所擁有的機動飛行能力的標準。
前飛速度和機動飛行能力兩個方面的局限性有著同一個根源。要搞明白這個問題，請看圖9.1。這是直升機旋翼的一幅俯視平面圖。實線表示懸停時槳葉的局部速度：槳轂處的速度為零，葉尖處的速度最大，在槳葉的所有方位角位置則速度相同。但當直升機向前運動時，圖中旋翼槳盤右側的前行槳葉的速度便增大，左側的後行槳葉的速度則減小。這是用虛線表示的。槳葉任何剖面上產生的升力與它的速度的平方成正比。對於單旋翼直升機來說，槳盤兩邊的升力必須相等，否則直升機便會滾轉墜地。因此，槳盤後行一邊所喪失的升舉能力並不因前行一邊的升力有所增加而得到補償。隨著直升機前飛速度的增大，單個旋翼產生最大升力的潛在能力便減小了。
事實上高速前飛時的情況已經變得如此之壞，以致後行槳葉(它運動得最慢)很容易失速。防止失速的一個方法便是加大整個旋翼的轉速，然而問題並不是用這個方法解決的，因為在旋翼槳盤方面出現了另一個問題。在前行槳葉的葉尖，其相對於空氣的速度(它是直升機前飛速度與葉尖速度之和)接近了音速，這就產生了許多後果，其中的一個後果便是阻力劇增，升力喪失。這一切告訴我們，所有的直升機都有一個幾乎是固定的最佳葉尖速度，前飛速度也有嚴格的限制。圖9.2便是說明這個問題的。
事實上，由於受功率的限制，低速前飛時可能產生的最大升力通常是無法予以利用的。隨著前飛速度的增大，一般直升機所能達到的載荷因數往往會緩慢地增大，直至達到上面所說的速度限度。圖9.3所示為載荷因數對一般直升機的前飛機動能力的總的影響。
空氣動力學方面的發展
緩解上述問題的一個辦法便是給直升機裝上小型固定機翼。固定機翼能產生與直升機前飛速度的平方成正比的升力，從而能在一定程度上補償所喪失的旋翼升力。企圖使固定機翼提供過多的升力是行不通的，因為旋翼槳葉需要保持一定的升力，防止它們因向下揮舞而撞及機身。固定機翼的重量會減少有效載重，且其本身還有阻力。另一個不利條件是固定機翼的面積減少了懸停時可以獲得的旋翼升力。如象蘇聯那樣采用滑跑起飛的方式，問題就不嚴重了。機翼因能為軍械提供有用的懸掛點而部分地補償了這些缺點。
固定機翼固然能夠提高前飛時的機動飛行能力，但其本身卻不能顯著地增大最大前飛速度，還須另有正拉力的來源。
為了提高旋翼的性能，正在研制先進的葉型，織物加強的塑料的使用有可能把槳葉的形狀制造得氣動效率更高。這些變化同時也提高了槳葉的高升舉能力，使之能以更接近音速的速度工作。圖9.4所示為所推薦的韋斯特蘭公司“大山貓”Ⅲ型直升機使用的新式葉尖形狀。
這些變化能夠明顯地提高現有直升機的性能，但總的性能不會有重大的改進。只有一種方案有此可能，那就是西科爾斯基公司提出的“前行槳葉設計思想”。根據這個設計思想，分別用兩組無鉸接旋翼在同一根軸上以相反的方向旋轉，只有每個槳盤前行的一邊產生升力，這樣便保持了滾轉的平衡。因為這一邊的槳葉是隨著直升機的加速而加速的，因此其產生的升力也隨著速度而明顯增大。現在還有可能減緩旋翼使之低於圖9.2所示的最佳葉尖速度，因為不需要後行槳葉產生升力了。這種設計思想之所以能被人接受，是因為它沒有揮舞鉸，從而也防止了槳葉向下揮舞，它還能增大可以達到的最大前飛速度。圖9.5所示便是這種直升機與普通直升機的性能比較。
這種布局的另一個優點便是，因為有可能用不等量的功率操縱兩組旋翼的方法來控制直升機的偏轉，所以就不需要尾槳了，這既可節約功率，又可如圖9.6所示縮短直升機的長度。取消了危險而又脆弱的尾槳，這件事的本身便具有重大的積極意義。
按“前行槳葉設計思想”制造的直升機的旋翼固然可以提高前飛速度，因為它能利用較低的葉尖速度，但與定翼機相比，其前飛速度還是低得多，因為前行槳葉上有速度相加效應。
使用偏轉旋翼可以避開這個缺點。這就是使用水平面的旋翼進行起落，和直升機完全一樣；但以高速前飛時，旋翼向前偏轉，實際上成為巨大的螺旋槳。這種構造形式既提高了機動飛行能力，又使前飛速度可以高達每小時350海里左右，而且巡航效率也可以有明顯的提高。圖9.7顯示了這種直升機可能具有的性能。
XV－15便是一種有代表性的偏轉旋翼航空器(見圖9.8)，飛行試驗表明，在相當大的速度範圍內，它都能很容易地從依靠旋翼升力飛行轉變為依靠定翼升力飛行。因此，轉變上的拘束看來不至於給它的作戰使用帶來嚴重的不利影響。
圖9.8 XV－15偏轉旋翼航空器
空氣動力學方面還可能有其他一些發展，它們能夠結合有效的垂直起降提供甚至更大的前飛速度，十字形機翼和增推機翼便是兩個例子，但是采用這種機翼的航空器不大可能作為戰場直升機使用，所以這裏不作進一步的論述。
空氣動力設計方面即使沒有急劇的發展，也會有旨在減少對功率的需要的漸進的發展，辦法可以是減少機身的阻力，或者是使用可收放的起落架；以及還會有旨在提高操縱效能和使用無鉸接旋翼以減少維修工作的漸進的發展。當機體和動力裝置的重量象下面介紹的那樣得到減輕以後，直升機在戰場上的效能將會繼續增長。
發動機和機體的發展
總的說來，直升機的總重量是由三個大體上相等的部分組成的，即機體結構和任務設備的重量，發動機和一些燃油的重量，以及有效載重的重量。空氣動力上的改進能夠增加旋翼升力和提高航空器的操縱性。值得指出的是，根據前面介紹過的大致比例，旋翼拉力每增加1％，有效載重約可增加3％。提高使用性能的另一個途徑便是減少既定功率的發動機的重量或耗油率，或減少既定結構強度的結構重量。
近幾年來，主要是因為提高了發動機的工作溫度和部件的功效，每單位功率的重量和耗油都有所降低。圖9.9所示便是數量上降低的趨勢。這種下降趨勢估計近期內還將繼續下去。
就直升機的結構而言，由於所使用的非金屬材料和復合材料的百分比增大，可望在強度和重量方面有顯著的改善。這些材料的某些優點是金屬所不及的。有些材料的強度與制造構件的金屬不相上下，只是價格可能昂貴些，制造的難度也較大。目前，非金屬材料有時使用在負荷較輕的面板上，這些部位對絕對強度的要求低於對防翹曲的要求。防翹曲主要是依靠厚度，非常適合使用剛性極大而重量卻很輕的蜂窩結構夾層材料。
另一個普遍使用非金屬材料的領域是雷達天線罩，因為玻璃纖維和與之類似的其他復合材料可以達到使無線電波幾乎完全透過的要求。所以，這種材料又顯示了另一個優點，那就是可以用它們來減少直升機的雷達目標顯示特征，而增加了敵人發現自己的難度也就是提高了自己的生存能力。
使用纖維復合材料，令其纖維按一定方向排列，便有可能使構件的強度符合其必須負擔的載荷的需要。它在直升機上的一個主要用武之地便是旋翼槳葉，槳葉的主要載荷是徑向地向外伸展的。
但作為戰場上的一種運載工具，更重要的是使某些非金屬元件經得住彈著和沖擊波的破壞，也就是說把直升機制造得能經得住戰鬥損傷。再加上這類材料具有抗腐蝕性，則其總的性質將使非金屬材料的前途更為廣闊。圖9.10所示即為目前的趨勢。
振動
直升機前飛時沿旋翼槳葉的速度分布的不均勻性，必然在旋轉的槳葉上產生周期性起落的空氣動力載荷。因此而產生的力和運動有一定的頻率，它取決於旋翼的旋轉速度和槳葉的數目。有些力傳到機身，成為振動的主要來源。它們會影響機體的某些部件、飛行儀表和飛行員，特別會影響直升機可能攜帶的瞄準和監視裝置。事實上，正是由於出現了很高的振動能級，才往往限制了今日直升機的實用前飛速度。目前擴大使用彈性體軸承和復合槳葉材料的趨勢是有助於緩解這個問題的，因為這種材料較大的阻尼作用可以降低振幅。除此以外，目前還在通過諸如特殊的旋翼安裝方式和擺式減震器之類的方法，來努力降低直升機的振動能級。降低了振動能級，還可以提高直升機的可靠性，減少保證飛行所需的維修工作量。
其他
計算機化和信號處理方面的發展，使直升機的武器系統更能發揮作用，因為它們提高了武器以及監視和目標截獲的能力，不過這些已經不在本冊的論述之列了。
未來的戰場使用
50年來，在所有的戰場運載工具和武器系統裏面，大概要算直升機發展得最為迅速了。新式的直升機有相當大的載重量，能在晝夜大多數氣象條件下與地面軍隊協同作戰。富於想象力地使用這種靈活機動而又殺傷力很強的飛機，將使指揮員們有更大的可能去左右任何戰鬥的結局。但要做到這一點，指揮員們必須熟悉航空兵，對於設計上無論如何先進的直升機，都要能夠認識到它的特點和缺點。
http://warstudy.com/theory/modern/weapon_system/11/index.xml
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