飞机在人类生活中已经是寻常之物,抬头仰望天空就经常能看见飞行在高空的飞机。如果人们想要远行出门,乘坐飞机是一个很不错的选择。不过一般情况下,这些飞机都是喷气式。而今天所要讲的并不是这类飞行器,而是 以螺旋桨和动力翼作为飞行动力的直升机 。

对于直升机来说,它的任务更多被用于军事、救援、勘察等,如果不是从事相关行业,普通人很难接触到直升机。但直升机是飞机里非常重要的一种飞行器, 最高能够攀升至12450米 。直升机的特性使其能够完成一般飞机所不能完成的任务, 但即便如此,直升机也很难飞上8848米高的珠穆朗玛峰,这是为什么?

直升机历程
说到飞机,人们自然会想到莱特兄弟。作为飞行界的两个王牌人物,莱特兄弟的出现推动了人类飞行事业的发展。两兄弟在改良了 李林达尔的飞行装置 后,又将前人的理论进行实践改进, 世界上第一架飞机在20世纪初出现 。
随后在世界大战期间,飞机的飞行技术,以及飞机的外形设计、空气动力学的进步,飞机设计已经变得越来越成熟。但这一时期的飞机 并没有表现出飞行载具的多样性,基本都是从莱特兄弟的滑翔机上演变而来 。最先早于滑翔机模型的直升机理论能够追溯到达芬奇时代,尽管许多人有尝试着对直升机进行设计,但由于技术限制和理论不足,基本都以失败告终。

从20世纪初开始,一直都有大量直升机的相关设计,虽然有不少实验原型机能够进行 短暂的垂直升空和短距离飞行 ,但要投入实际使用还有很多工作要做。飞机工业的快速发展带来了 自转旋翼机 ,这为直升机诞生提供了非常重要的条件。
时间来到 1907年 ,法国的 保罗·科尔尼 研制出了一架 全尺寸载人直升机并且成功地进行了试飞 ,这架飞机便是人类的第一架直升机。 1938年后 ,德国福克公司在对汉纳赖奇试飞的直升机进行改进后,直升机进入了 快速发展 的阶段。

从30年代末期一直到二战结束,直升机的设计生产 从试验走向成熟 。20世纪后半叶,直升机正式进入航空实用期,这个时期的直升机开始 大量应用在越战战场 ,此后应用领域不断扩展,直升机数量迅速增加。
现代直升机在90年代已经发展至第四阶段,并且还出现了大量高科技设备。目视、声学、红外雷达,甚至隐身设计,同时在材料结构上使用了 更加轻型的复合材料 ,整体机重占比30%以上。而 集成化电路和计算机系统的更新 也大幅度 降低了飞行员的操作难度 , 系统部件得到优化 ,直升机的 可靠性进一步被提升 。

作用原理
直升机相较于喷气式飞机来说,飞行速度虽然略逊一筹,但是直升机 能够从任意方向进行回转、掉头、后撤等各种高难度飞行动作 。直升机能够做到这样的飞行姿态得归功于它的 整体设计 ,以及 空气动力学的充分应用 。
从飞机的升力原理来讲,直升机和固定翼飞机的机翼相似,机翼与空气产生相对运动,从而产生 升力 ,但这个升力是来自于 环绕固定轴旋转的“旋翼” 。

直升机进入工作状态时,机顶上方的旋翼不断旋转, 气流经过桨叶上表面时,流管变细,气体流速加快,压力减小 。当空气流过桨叶下表面时, 空气状态与之相反 ,如此一来形成的压力差便在桨叶上产生一个 向上的拉力 。拉力的大小很大程度上与空气气流状态有关, 空气的不同角度、不同密度、气流相对速度,以及直升机设计本身都会对拉力产生影响。
直升机便是利用这种拉力变化来进行升降调整,此外,旋翼的桨叶还会形成一个 带有一定锥度且底面朝上的大椎体 ,这个椎体被称作 旋翼锥体 。飞行员通过控制旋翼锥体的各个方向倾斜,就能够实现直升机 不同方向的飞行 。

直升机想要保持稳定的飞行状态,还必须要有 阻止自身旋转的尾翼螺旋桨 。不过直升机的旋翼长度通常都在 2~5米 ,为了旋翼不会与尾部螺旋桨发生撞击,于是直升机的整体样貌看起来很像一个蜻蜓。
尾部除了螺旋桨设计外还有 “垂直铰” 的安装,这个结构件主要是为了 防止直升机随桨叶挥舞产生的周期性变化,导致直升机尾部桨叶结构受到损伤 。垂直铰的存在能够允许这种变化在小幅度的活动空间里摆动,从而避免尾部桨叶结构变形或断裂。

对于飞行员来说,操纵直升机飞行就是在对抗直升机因气流扰动产生的拉力变化,以及对直升机旋翼椎体运动的控制。飞行员对操纵杆的控制通过“操纵线系统”或“液压助力装置”使自动倾斜器的旋转环和非旋转环进行同向倾斜。
在空气动力的作用和直升机的结构设计下,操纵杆的变化控制决定着直升机总体飞行状态。由于空气气流在不断地实时变化,所以对于直升机飞行员来说必须要 时刻稳定控制飞行状态 ,这对飞行员的驾驶技术要求非常高。
飞不上的珠峰
说完这么多关于直升机的知识要点后,让我们回到标题上来,为什么直升机上不去珠穆朗玛峰? 首先,我们来看看珠穆朗玛峰的地理位置。珠峰位于喜马拉雅山中段,全年平均温度为零下29摄氏度,山脉高达 8848米 ,是 世界第一高峰 。

其次在气候上,珠峰呈现季风气候特征,冬季干燥风大 。南北两坡的气候因位处方向不同而产生了较为显著的差别, 南坡降水充沛,具有海洋季风气候特点;北坡降水少,大陆性高原气候特征明显。
如今 飞行高度最高的直升机大约能飞到12450米,而珠峰只有8848米,为何上不去? 看到这里,相信不少人心里应该有了一个较为清晰的认知了,最主要的原因便是 气流 。我们通过前文的介绍已经知道了直升机的飞行原理,而珠峰的高海拔环境 很明显不适合直升机飞行 。

从地球的海拔高度与气压差异关系来看,海拔每升高1000米,相对大气压便会下降12%,另外空气密度也会下降10%左右。虽然大气层的空气分布不均,但总体表现为 海拔越高,空气密度越低 。
如此的低密度的空气自然 很难在旋翼之间产生强劲的拉力将直升机抬升 ,所以当直升机飞行高度越高时,发动机所需要的 马力、燃油的利用率就必须越大 。但这在高空飞行时是 难以实现 的,经过特殊改造后的“美洲鸵”直升机才得以实现12450米的飞行极限。

此外,珠峰上的气候时常会有 降雨、降雪 等现象,这对直升机飞行状态而言 非常危险 。直升机飞行员在飞行时往往都是通过 目视来进行路线规划 ,同时直升机的操纵难度非常高,需要飞行员时刻修正飞行方向和飞行姿态。 一旦视线被阻碍,对于飞行来说是致命的危险。
另外在低温的影响下, 金属的应力变化和物理性质也会发生改变 ,如果没有进行特殊改造,直升机的整体结构将会是 人类工程学与自然界的一次有力对抗 ,结局不言而喻。

通常来讲, 直升机最低飞行高度在600米左右,一般飞行高度被限制在1000米-2000米, 这不仅是为了出于安全考虑,同时这个高度也是 直升机飞行的最佳高度 。所以一般的直升机不可能飞行出这个高度,也更不会去尝试进行高空飞行。
功能性飞机
除了不能登顶珠峰,直升机还有许多飞行限制。例如在 峡谷地区 或者 城市里较近的高楼 ,包括 部分特殊的地理环境 ,可能会存在影响安全飞行的气流。 高温、高空、低温 也都是直升机的 危险飞行要素 。
虽然风力和空气对直升机飞行至关重要,但风太大也不行。风太大会严重影响直升机尾翼螺旋桨的工作,抗侧风能力不足容易导致直升机 失去平衡 。如果想要进行 夜间飞行 ,还必须安装相关的 电子设备 以此辅助飞行。

既然直升机这么多缺点,那为何至今人们没有放弃对直升机的使用?因为 目前除了直升机的应用外,没有任何飞机能够做到直升机这般稳定的空中悬停以及自由调向 。
直升机由于起降方便,操作较于其他大型喷气式飞机 没有那么多繁琐的操作 ,直升机的机动性是其他飞机所没有的。目前直升机广泛应用在 医疗、救援、探测、战斗 等各个领域,根据不同的应用场景,直升机能够设计成为 完全符合场景应用 的模式。
直升机的使用如今已经非常广泛,上至国家军防,下至民众百姓。只要符合规定标准和飞行要求,一般人也能够使用直升机进行一些活动。 如今直升机的市场使用范围变得越来越广,许多轻量化的民用直升机也在逐渐兴起 。

以中国来说,未来我国将对直升机的军民市场对标国际, 拓宽市场范围,并积极参与国际竞争合作,加强相关企业的竞争力 。另外在救援方面,直升机的用途还会越来越强, 直升机无人化 还将是以后的一个重要趋势。
结语
人类总是热衷于挑战,用直升机去挑战不可能显然只是个例, 稳定可靠才是直升机制胜的法宝 。直升机可谓是飞机家族中的另类独特的存在,在喷气式飞机盛行的今天,直升机凭借自己优秀的实力在飞行界赢得了广泛声誉。这个曾经源起于竹蜻蜓的幻想,如今成为了现实, 你不得不感慨人类的创造力有多么强大 。

如今直升机的场景应用越来越广泛,特别是在民用方面。如果民用航空器材在今后得以规范,直升机制造 成本下降 ,那么相信便捷的直升机会完成越来越多人的 第一次飞行体验 。