文/風(fēng)伊萬

利用轉(zhuǎn)動著的水平旋翼來實現(xiàn)垂直升降，這一概念可以追溯到中國古代的竹蜻蜓，但直到上個世紀(jì)初直升機(jī)才具備技術(shù)上的可行性。此后圍繞著這個看似簡單的基本原理，既發(fā)展出不少堪稱經(jīng)典的機(jī)型，也派生出一些讓人無語的“二貨”。

“飛車”打傘 無法上天

在喜劇片中，我們會看到有人打著傘被一陣風(fēng)吹離地面的情節(jié)。也許是真有過這樣的親身經(jīng)歷，并且從中得到啟發(fā)，美國密歇根州底特律的約翰·W·皮特斯在1924年就考慮要發(fā)明一種靠“打傘”來升空的飛行器。他設(shè)想的原理是讓一把大傘持續(xù)旋轉(zhuǎn)起來，同時作上下?lián)渖鹊膭幼鳎▊阈涡頁湟頇C(jī)），這樣就可以產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的氣流讓整個機(jī)身垂直地騰空而起了。

經(jīng)過兩年多的精心設(shè)計和準(zhǔn)備，皮特斯如愿申請到了相應(yīng)的專利，開始進(jìn)行實際的研制。這種“傘形螺旋槳”的“傘面”由60根細(xì)長的支架組成，類似于普通雨傘的傘骨。支架上裝有等長的活動葉片，靜止時與地面垂直。“傘骨”的一端用鉸鏈固定在主軸（也就是傘柄）的頂部滑套上，另一端固定在一個輪轂似的大圓環(huán)上，而葉片之間以網(wǎng)線相連，形成一個碩大的“華蓋”。發(fā)動機(jī)啟動后，不僅帶動支架及葉片高速旋轉(zhuǎn)，同時還通過主軸上的活動機(jī)構(gòu)讓這個“華蓋”在一定幅度內(nèi)不停地上下運(yùn)動，一開一合地制造升力。

皮特斯最初計劃把他的發(fā)明應(yīng)用在現(xiàn)有的固定翼飛機(jī)上，對于小型飛機(jī)只需在機(jī)頭部位安裝一把“大傘”，如果是較大的機(jī)型則除了機(jī)身中部的一把“大傘”外，在機(jī)頭和機(jī)尾再各安裝一把“小傘”。可惜他就是跑斷了腿、磨破了嘴，也沒有說動哪個飛機(jī)制造商或是飛行員對給飛機(jī)打傘這么二的創(chuàng)意感興趣。不過那時候的底特律可是正在興起的“汽車城”，沒有飛機(jī)，何不自己搞個“飛車”(Sky Car)出來呢？皮特斯還真的去弄了個四輪底盤，安裝一臺當(dāng)時最常見的功率為67千瓦的寇蒂斯OX-5航空發(fā)動機(jī)，加上傳動系統(tǒng)和“皮氏傘”等部件后總重1200多千克。

打著傘的皮特斯“飛車”頗為引人注目

只能在地面撲騰的“飛車”結(jié)果淪為笑柄

HZ-1的旋翼位置過低是一大安全隱患

到1928年，這架“飛車”總算可以開出車庫了，然而試飛或者應(yīng)該說“試車”卻成了一場滑稽的表演。皮特斯的“大傘”確實能夠旋轉(zhuǎn)起來并且靈活地連續(xù)開合，但它也只能帶著底盤在地面上活蹦亂跳。按照現(xiàn)場旁觀者的話來說，活像一臺發(fā)了狂的洗衣機(jī)在上躥下跳。皮特斯覺得沒能飛起來的原因是車體太重了，于是又做了一番精簡，但結(jié)果也不過是把撲騰的幅度變大一些罷了。顯然，這架直升機(jī)＋撲翼機(jī)＋汽車的“混血兒”在原理上就“掛錯了擋”，結(jié)果僅僅是給航空史書多添了一個反面案例。

難以駕馭的“自行車”

與固定翼飛機(jī)相比，直升機(jī)操縱起來比較復(fù)雜，對駕駛者的要求更高。能不能有所簡化呢？20世紀(jì)50年代初，美國國家航空咨詢委員會的專家查爾斯·齊默爾曼發(fā)明了一種適用于旋翼飛行器的動態(tài)感知控制技術(shù)，操作者只需自然地傾斜身體，通過調(diào)整身體重心就可以改變飛行方向，有點像現(xiàn)在的自平衡電動代步車。美國陸軍對這種技術(shù)頗感興趣，希望以此開發(fā)出一種單兵飛行載具，用于在戰(zhàn)場上進(jìn)行快速偵察。

在承接這一項目的幾個航空廠商中，德·拉科納直升機(jī)公司有意無意地走起了復(fù)古路線。他們設(shè)計的DH-4垂直飛行器結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，以X形的金屬支架搭起底座，中心下方連著一個南瓜狀的橡皮氣囊，4個支架尖端下也各有一個小氣囊，形成緩沖著陸墊，還可浮在水面上起降。支架中軸上安裝一對直徑4.6米的同軸反轉(zhuǎn)水平旋翼，再往上就是乘員站立平臺，還裝有一臺功率為30千瓦的快艇用發(fā)動機(jī)，配上類似摩托車的控制手把。這看起來與前面介紹過的德國PKZ-1/2偵察直升機(jī)可謂一脈相承，不過與一戰(zhàn)時期傻大黑粗的前輩相比，輕巧的DH-4算得上是“小清新”了。

單兵駕駛的“空中自行車”其實并不實用

美國陸軍將這個新玩意定型為HZ-1“空中自行車”(Aerocycle)，第一批訂購了12架，打算讓它像過去的騎兵那樣充當(dāng)?shù)孛娌筷牭亩俊Z-1在1954年11月先進(jìn)行了系留試飛，兩個月后進(jìn)入到自由試飛階段。按照設(shè)計要求，普通士兵只需接受20分鐘的訓(xùn)練就能“騎車”升空?？上屡c愿違，測試人員發(fā)現(xiàn)這種“自行車”是真心不好玩，實際操縱起來很不靈便，就算是富有經(jīng)驗的試飛員也給弄得手忙腳亂。另一大問題就是安全性，HZ-1的旋翼位置偏低，很容易碰到地面上的各種障礙物，在試飛中就發(fā)生過多起打壞槳葉的事故。而乘員簡直就是在半空中裸奔，雖然配有固定安全帶，還專門研制了可快速打開的低空降落傘，但能否發(fā)揮作用可沒人敢打包票。

后來經(jīng)過美國國家航空航天局蘭利研究中心的全尺寸風(fēng)洞測試，HZ-1氣動特性上的缺陷顯露無疑，操控機(jī)構(gòu)也不能有效地通過槳葉偏轉(zhuǎn)來控制方向變化，大大影響了它的機(jī)動能力。限于當(dāng)時的技術(shù)條件，只做簡單的改進(jìn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，耗不起的美國陸軍只得放棄這批“廢柴”，最終留下一架送入了博物館。當(dāng)時同樣利用了動態(tài)感知控制技術(shù)的還有希勒飛機(jī)公司研制的VZ-1單人垂直飛行器，與HZ-1不同的是將較小的旋翼裝入桶形機(jī)身中，但也由于性能有限缺乏實用性而被淘汰。

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XFY-1的垂直起降操作對飛行員是個很大的挑戰(zhàn)。

轉(zhuǎn)入水平飛行狀態(tài)的“彈簧高蹺”

踩高蹺的“直升飛機(jī)”

直升機(jī)靠水平旋翼進(jìn)行垂直起降，那么把常規(guī)螺旋槳飛機(jī)豎立起來不也能達(dá)到同樣效果嗎？這一設(shè)想在冷戰(zhàn)早期頗有吸引力，因為一旦爆發(fā)戰(zhàn)爭機(jī)場勢必成為首要攻擊目標(biāo)，跑道受損后再多的固定翼飛機(jī)也無用武之地。如果讓戰(zhàn)斗機(jī)具備垂直起降能力，只需一小塊平地就可迅速投入作戰(zhàn)。美國海軍雖然擁有強(qiáng)大的航空母艦及艦載機(jī)力量，但也覺得有必要為甲板較小的艦船配備輕型“點防御”戰(zhàn)斗機(jī)，而采用成熟的螺旋槳動力應(yīng)該是最容易見效的途徑。

1951年，康維爾飛機(jī)公司著手為美國海軍研制XFY-1單座戰(zhàn)斗機(jī)，就在機(jī)頭安裝一對同軸反轉(zhuǎn)的螺旋槳來實現(xiàn)垂直起降，以一臺功率達(dá)4100千瓦的艾利森XT-40渦輪發(fā)動機(jī)驅(qū)動。與普通固定翼飛機(jī)相比，其機(jī)身較為粗短，采用大三角翼布局。機(jī)尾還對稱設(shè)置了一對大垂尾，與主翼構(gòu)成十字形，每個翼尖后部都裝有彈性支撐輪作為垂直起落架，XFY-1也因此被戲稱為“彈簧高蹺”(Pogo)。生產(chǎn)型還計劃安裝截?fù)衾走_(dá)、4門20毫米航炮或掛載48枚70毫米空空火箭彈等武器裝備。

到1954年4月，第一架也是唯一一架XFY-1組裝完成準(zhǔn)備試飛。為安全起見，一開始也是先采用系留方式，即在機(jī)身和機(jī)翼上系有與地面相連的保險索進(jìn)行短暫的升空試驗。萬一試飛員操縱失控，地面人員還可通過控制繩索穩(wěn)定機(jī)身避免側(cè)翻。經(jīng)過4個月的初步測試后，XFY-1在加州的海軍輔助航空站轉(zhuǎn)入自由起降試驗，并在11月5日進(jìn)行了第一次從垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)向水平姿態(tài)的飛行。

然而隨著試飛次數(shù)的增加，“彈簧高蹺”的固有毛病也愈發(fā)明顯。當(dāng)它豎立在地面上時，飛行員需要很高的梯子才能上下，地勤人員也不方便開展維護(hù)工作。在起飛和降落階段，飛行員在座艙里只能半躺著操作，尤其是著陸時必須費(fèi)勁地轉(zhuǎn)頭看著地面才好控制機(jī)身完成平穩(wěn)觸地，如果下降速率超過3米/秒就有可能失控。由于要兼顧垂直和水平飛行，XFY-1犧牲了一些機(jī)動性能，跟逐漸成熟的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)相比其作戰(zhàn)效能更是瞠乎其后。除了這些不足，安全問題也很讓人撓頭。沒有可靠的彈射系統(tǒng)，前面的螺旋槳和后面的尾翼都會成為飛行員逃生時的致命障礙。

把這種“直升飛機(jī)”搬上水面艦船的希望越來越渺茫了，1956年底XFY-1完成最后一次試飛后就被打入冷宮。當(dāng)時另一位競爭者是洛克希德公司的XFV-1，差別在于采用的是梯形主翼和較小的X形尾翼，并加裝了用于水平起降的固定式機(jī)輪，但還沒等進(jìn)行真正的垂直起降試驗，就同樣因為操作困難和性能缺陷也被棄之如敝履了。