犯其至難而圖其至遠(yuǎn)

旋翼系統(tǒng)是直升機(jī)最具特色、最為關(guān)鍵的標(biāo)志性部件。旋翼更是被喻為直升機(jī)的“皇冠”，作為直升機(jī)標(biāo)志性部件，旋翼系統(tǒng)對(duì)于直升機(jī)的飛行高度、速度等起著決定性作用。早在15世紀(jì)，人們便暢想用螺旋槳，達(dá)成人類實(shí)現(xiàn)垂直升空的目標(biāo)。作為直升機(jī)的核心技術(shù)和衡量直升機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一，旋翼技術(shù)相當(dāng)程度上代表了直升機(jī)的發(fā)展水平，也一直被列為直升機(jī)研制的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)也是預(yù)先研究的重中之重。

旋翼技術(shù)的發(fā)展史在很大程度上可視為一部直升機(jī)發(fā)展史。國(guó)產(chǎn)直升機(jī)旋翼技術(shù)發(fā)展始于蘇聯(lián)米-4的國(guó)產(chǎn)化，先后經(jīng)歷了從測(cè)繪仿制、參考樣機(jī)設(shè)計(jì)、國(guó)際合作，逐步過(guò)渡到自主設(shè)計(jì)。從20世紀(jì)五六十年代的旋翼設(shè)計(jì)技術(shù)起步，到八十年代測(cè)仿金屬全鉸接式旋翼和星形柔性旋翼研制，再到真正形成能力的復(fù)合材料旋翼反設(shè)計(jì)研究、重點(diǎn)型號(hào)旋翼先期攻關(guān)與國(guó)際合作等，再到突破直升機(jī)旋翼防除冰技術(shù)、掌握先進(jìn)無(wú)軸承旋翼技術(shù)、智能旋翼關(guān)鍵技術(shù)等，一代代直升機(jī)人秉承“忠誠(chéng)奉獻(xiàn)、自力更生、艱苦奮斗、勇攀高峰”的精神，向著旋翼技術(shù)高峰不斷攀登，為我國(guó)直升機(jī)型號(hào)實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代、跨越發(fā)展貢獻(xiàn)了強(qiáng)大升力。

艱苦奮斗，自力更生，從測(cè)繪仿制到自主研制

1958年，我國(guó)第一架直升機(jī)直5成功首飛，由于直5是仿制蘇聯(lián)米-4直升機(jī)，蘇聯(lián)技術(shù)資料規(guī)定旋翼的槳葉是木制的，但是材料的選取非?？量蹋仨氂梦鞑麃喖t松，且要有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，而這種樹(shù)在氣溫越低的條件下，硬度和密度會(huì)越大。為了尋找性能相當(dāng)?shù)膰?guó)產(chǎn)木材，實(shí)現(xiàn)旋翼木材的國(guó)產(chǎn)化，科研人員在林業(yè)部門的配合下，從全國(guó)多個(gè)地方選材，甚至登上海拔3700多米的山峰進(jìn)行資源調(diào)查，才找到符合技術(shù)要求的木材，在勘探險(xiǎn)要過(guò)程中，有人獻(xiàn)出了寶貴的生命。后來(lái)，科研人員決心采用金屬材料代替木制槳葉。1966年6月22日，自行制造的金屬旋翼裝機(jī)試飛，金屬旋翼的性能全面優(yōu)于木質(zhì)旋翼，旋翼的使用壽命與維護(hù)性明顯提升。

在直升機(jī)領(lǐng)域，國(guó)外向來(lái)把旋翼當(dāng)作核心秘密、競(jìng)爭(zhēng)的砝碼，從不對(duì)外輸出相關(guān)技術(shù)，旋翼在當(dāng)時(shí)更是我國(guó)遭遇的一大技術(shù)瓶頸。直至80年代末，還尚未自行研制過(guò)直升機(jī)旋翼系統(tǒng)，只有測(cè)繪仿制金屬鉸接旋翼的零星技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，而當(dāng)時(shí)國(guó)外已經(jīng)在發(fā)展和應(yīng)用星形柔性、球柔性和無(wú)軸承旋翼了。其中，球柔性旋翼構(gòu)型研究是我國(guó)直升機(jī)旋翼技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，相比星形柔性槳轂具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、使用壽命更長(zhǎng)等特點(diǎn)，適用于大小噸位和不同任務(wù)的各型直升機(jī)。但是，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的背后是高強(qiáng)度長(zhǎng)壽命、更加復(fù)雜的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)等難題。

“八五”期間，為盡快縮短與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平的差距，實(shí)現(xiàn)旋翼技術(shù)跨越發(fā)展，航空工業(yè)直升機(jī)所瞄準(zhǔn)國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，決定把國(guó)際上最為先進(jìn)的、僅有歐美掌握的球柔性旋翼技術(shù)作為著力點(diǎn)。利用專項(xiàng)預(yù)研發(fā)展——旋翼技術(shù)先期攻關(guān)研究課題，啟動(dòng)了以球柔性旋翼為代表的旋翼原理樣機(jī)研究工作。這項(xiàng)任務(wù)是對(duì)直升機(jī)所整體技術(shù)能力的艱巨挑戰(zhàn)。直升機(jī)所旋翼系統(tǒng)技術(shù)專家胡和平回憶自己初次接觸直升機(jī)旋翼、學(xué)習(xí)和攻克旋翼設(shè)計(jì)難題的歷程時(shí)感慨道：“白天黑夜連軸轉(zhuǎn)，總想著嘗試一些新的方法，從選材、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)到制造，每個(gè)環(huán)節(jié)都要搞個(gè)明明白白?！?/p>

鄧景輝在擔(dān)任槳轂專業(yè)組組長(zhǎng)時(shí)，帶領(lǐng)組里的年輕人，認(rèn)真梳理關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)每項(xiàng)技術(shù)難題開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，同時(shí)向國(guó)內(nèi)不同專業(yè)的專家學(xué)習(xí)，從國(guó)外的技術(shù)文獻(xiàn)尋找靈感，成功地研制出了我國(guó)第一套球柔性槳轂?！熬盼濉逼陂g，旋翼原理樣機(jī)配裝在“小松鼠”直升機(jī)上，完成了演示驗(yàn)證飛行，標(biāo)志著我國(guó)終于掌握了先進(jìn)球柔性旋翼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，使我國(guó)旋翼設(shè)計(jì)技術(shù)跨上了一個(gè)新臺(tái)階。這套由我國(guó)首次自行研制的第三代旋翼系統(tǒng)，榮獲了航空科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，力爭(zhēng)一流，趕超世界先進(jìn)技術(shù)

通過(guò)幾代直升機(jī)人的不懈努力，科研人員吃透了球柔性旋翼技術(shù)，并一直朝著發(fā)展更先進(jìn)的旋翼技術(shù)邁進(jìn)。無(wú)軸承旋翼作為常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)旋翼技術(shù)先進(jìn)水平的代表，散發(fā)著令直升機(jī)設(shè)計(jì)者癡迷的獨(dú)特魅力。無(wú)軸承旋翼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)目少、重量輕，又具有操縱功效高、敏捷性好、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單、較低的全壽命周期成本等優(yōu)點(diǎn)，因此，無(wú)軸承旋翼正逐步成為先進(jìn)直升機(jī)，尤其是中小型武裝直升機(jī)的旋翼首選構(gòu)型。

相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)在無(wú)軸承旋翼技術(shù)的研究方面起步較晚?！皣?guó)外的直升機(jī)，只要看到旋翼，就知道是哪家公司的。而我們的直升機(jī)缺乏這樣的特色和辨識(shí)度，我們研究無(wú)軸承直升機(jī)，一方面是提升技術(shù)，融會(huì)貫通，更重要的是要?jiǎng)?chuàng)建自己的品牌?！焙推降男穆曊f(shuō)出了每一位直升機(jī)科研工作者的夢(mèng)想?！笆濉逼陂g，科研人員對(duì)無(wú)軸承尾槳技術(shù)和無(wú)軸承模型旋翼進(jìn)行理論研究，但對(duì)于無(wú)軸承旋翼技術(shù)的真正掌握以至在直升機(jī)型號(hào)上的成功應(yīng)用仍然有較大差距，在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制造、試驗(yàn)技術(shù)上還存在許多未知的難題，每一項(xiàng)都是異常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

“十一五”期間，科研人員重點(diǎn)開(kāi)展了無(wú)軸承旋翼技術(shù)基礎(chǔ)層面的研究，以及一些典型件的試驗(yàn)和驗(yàn)證?！笆濉逼陂g，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)級(jí)層次上進(jìn)行無(wú)軸承旋翼技術(shù)的地面部件和裝機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，探索以現(xiàn)有機(jī)型為平臺(tái)展開(kāi)，形成正式的無(wú)軸承旋翼原型樣機(jī)三維電子數(shù)字樣機(jī)，并進(jìn)入了旋翼原型樣機(jī)的試制與試驗(yàn)階段。

在全尺寸無(wú)軸承旋翼研制總體方案論證期間，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)充分考慮驗(yàn)證平臺(tái)的未來(lái)發(fā)展，瞄準(zhǔn)直11高原型機(jī)的需求制訂研制方案，通過(guò)此項(xiàng)目研究，探索一條預(yù)先研究與型號(hào)研制平滑過(guò)渡的技術(shù)路線，保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)展。2015年5月，歷經(jīng)近10年的探索研究、攻堅(jiān)克難，我國(guó)第一幅無(wú)軸承旋翼實(shí)現(xiàn)裝直11驗(yàn)證機(jī)首飛成功，完成了無(wú)軸承旋翼的裝機(jī)考核，無(wú)軸承旋翼技術(shù)獲得創(chuàng)新突破。研制過(guò)程中，先后進(jìn)行了無(wú)軸承縮比模型的風(fēng)洞試驗(yàn)、全尺寸旋翼實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、旋翼塔試驗(yàn)、裝機(jī)地面試驗(yàn)等，實(shí)現(xiàn)裝機(jī)懸停飛行驗(yàn)證，為后續(xù)開(kāi)展飛行演示驗(yàn)證奠定了基礎(chǔ)。

自主創(chuàng)新，勇攀高峰，給國(guó)產(chǎn)旋翼“破冰吹雪”

我國(guó)平均4000米以上的高原，約占我們整個(gè)領(lǐng)土面積的 1/4。同時(shí)，我國(guó)直升機(jī)的活動(dòng)區(qū)域有相當(dāng)?shù)赜蚨喔呱?、高原、盆地，多屬于高寒氣候。旋翼在面臨高原高寒地區(qū)、凍雨等低溫環(huán)境時(shí)，前緣很可能出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，直接影響直升機(jī)飛行安全。

直到本世紀(jì)初，我國(guó)直升機(jī)槳葉防/除冰措施就是利用在槳葉表面噴灑大量的酒精。但液體防冰作用時(shí)間短，且只能防冰而無(wú)法除冰；大量防冰液還增加了直升機(jī)的重量、增加能耗。20世紀(jì)80年代后國(guó)外研制了電熱式防/除冰系統(tǒng)，具有更輕的重量與更高的除冰效率。面對(duì)新型直升機(jī)全域飛行的高效除冰需求，以及西方國(guó)家的技術(shù)壟斷局面，國(guó)內(nèi)自21世紀(jì)初期開(kāi)始自研電熱式防/除冰系統(tǒng)。

汶川地震發(fā)生后，補(bǔ)齊高原型直升機(jī)自主保障的短板，亟待一款具備全疆域、全天候作戰(zhàn)能力以及優(yōu)異的高原性能的直升機(jī)。能在高原高寒地區(qū)使用，直升機(jī)必須具備在結(jié)冰環(huán)境下的執(zhí)行任務(wù)能力，因此，直升機(jī)的旋翼具備防結(jié)冰能力和除冰的能力就成為直升機(jī)能否上高原、進(jìn)高寒的必備條件。在型號(hào)研制之初，國(guó)產(chǎn)直升機(jī)均不具備防/除冰的能力，國(guó)外只有極少數(shù)幾個(gè)直升機(jī)公司才掌握這項(xiàng)技術(shù)。面對(duì)外國(guó)技術(shù)封鎖和國(guó)內(nèi)對(duì)這一型號(hào)迫切需要的雙重壓力，中國(guó)初步考慮對(duì)外合作，但最終也未達(dá)成一致。通過(guò)對(duì)外技術(shù)合作，雖然可以盡快完成研制任務(wù)，但未來(lái)仍然會(huì)面臨關(guān)鍵技術(shù)被“卡脖子”的局面。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人鄧景輝始終憋著一股勁：關(guān)鍵核心技術(shù)靠化緣是要不來(lái)的，必須攻克關(guān)鍵技術(shù)，走自主創(chuàng)新的道路，做出中國(guó)人的“爭(zhēng)氣工程”！鄧景輝暗下決心，一定要爭(zhēng)口氣，攻克這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

每一次系統(tǒng)停止工作，科研人員都會(huì)守在工廠，逐一排查故障。而這一次次的排查，背后是整個(gè)團(tuán)隊(duì)的通宵達(dá)旦、徹夜不眠，憑著“中國(guó)人一定要爭(zhēng)氣”的韌勁和必勝的信念，鄧景輝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先后突破了旋翼防/除冰熱力學(xué)分析、加熱組件研制、冰風(fēng)洞試驗(yàn)、模擬結(jié)冰環(huán)境下的噴灑塔試驗(yàn)，以及裝機(jī)在真實(shí)自然結(jié)冰環(huán)境下的試飛考核。最終，通過(guò)多輪優(yōu)化迭代、集智攻關(guān)，攻克了控制律設(shè)計(jì)問(wèn)題、成型工藝穩(wěn)定性問(wèn)題、試驗(yàn)與試飛的風(fēng)險(xiǎn)控制問(wèn)題，終于突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了旋翼防除冰技術(shù)的成功應(yīng)用。

歷時(shí)多年的關(guān)鍵技術(shù)終于得以攻克，這家初期拒絕和中國(guó)合作的國(guó)外公司后來(lái)又主動(dòng)提出可以合作，鄧景輝驕傲地說(shuō)：“No，you have no chance，你們沒(méi)有機(jī)會(huì)了”。壓抑許久的心情終于可以揚(yáng)眉吐氣，事實(shí)再一次證明：國(guó)外能做到的，中國(guó)一定能做到。

發(fā)展先進(jìn)旋翼技術(shù)，面向未來(lái)出新品

作為直升機(jī)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向之一，智能旋翼通過(guò)在直升機(jī)旋翼上采用主動(dòng)控制手段，使旋翼槳葉能夠識(shí)別外界信息，并根據(jù)獲得信息對(duì)槳葉自身的狀態(tài)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而達(dá)到旋翼的減振、降噪等，進(jìn)而大幅提升直升機(jī)的性能。在“十二五”期間，直升機(jī)所成立了專門的智能旋翼技術(shù)研究小組，積極與有關(guān)高校和科研機(jī)構(gòu)合作，在智能旋翼的設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，針對(duì)直升機(jī)主動(dòng)減振技術(shù)，設(shè)計(jì)了4米直徑的ACF旋翼原型樣機(jī)，并完成了懸停摸底試驗(yàn)，這是國(guó)內(nèi)首次智能旋翼的主動(dòng)控制試驗(yàn)，也是國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)速最快、最接近真機(jī)使用情況的智能旋翼試驗(yàn)。

胡和平說(shuō)：“作為一次全新的嘗試，ACF旋翼原型樣機(jī)的設(shè)計(jì)和研究過(guò)程充滿艱辛，但是全體參研人員不畏艱難，戮力拼搏，最終圓滿完成了各項(xiàng)試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)，這為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)旋翼主動(dòng)控制的輕質(zhì)高效、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制、數(shù)字仿真等奠定了基礎(chǔ)?！贝撕?，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成智能旋翼懸停和前飛試驗(yàn)任務(wù)，得到了一份沉甸甸、“亮閃閃”的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

隨著直升機(jī)在社會(huì)各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，用戶對(duì)直升機(jī)的性能和舒適性等要求也將越來(lái)越高，未來(lái)旋翼的發(fā)展必將朝著低噪聲、低振動(dòng)的“綠色旋翼”和“智能旋翼”的方向發(fā)展?；谥鲃?dòng)控制技術(shù)的智能旋翼，一定能讓直升機(jī)更好地服務(wù)于社會(huì)，這也是直升機(jī)正在攀爬的另一個(gè)高峰。

高速、智能、無(wú)人、環(huán)保、舒適等未來(lái)直升機(jī)的新方向已經(jīng)成為直升機(jī)科研工作者正在攀爬的一座座科研高峰。作為直升機(jī)研發(fā)的“國(guó)家隊(duì)”，直升機(jī)所不等不靠，主動(dòng)出擊，優(yōu)化科技創(chuàng)新體制機(jī)制，激發(fā)科技創(chuàng)新動(dòng)力活力，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。隨著新質(zhì)生產(chǎn)力的不斷釋放，以eVTOL、無(wú)人機(jī)為代表的低空新型航空器有望開(kāi)拓全新的航空市場(chǎng)。面對(duì)行業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，直升機(jī)所以引領(lǐng)直升機(jī)技術(shù)發(fā)展、承擔(dān)直升機(jī)科技創(chuàng)新為重大使命，以型號(hào)研制亟須的學(xué)科交叉、系統(tǒng)綜合類新技術(shù)研究為重點(diǎn)，旨在徹底解決制約我國(guó)旋翼技術(shù)發(fā)展的瓶頸短板，實(shí)現(xiàn)我國(guó)旋翼技術(shù)的跨越式發(fā)展。在新賽道新領(lǐng)域上，直升機(jī)所堅(jiān)持需求牽引，堅(jiān)持技術(shù)驅(qū)動(dòng)，加快型號(hào)研制，變距多旋翼無(wú)人機(jī)、AR300電驅(qū)動(dòng)多旋翼飛行器、AE20電驅(qū)動(dòng)垂直起降飛行器等呼之欲出。

在研發(fā)團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，創(chuàng)新研發(fā)的一代代旋翼成功撐起共和國(guó)低空的脊梁，不斷創(chuàng)造出國(guó)產(chǎn)直升機(jī)的最大起飛重量、最大飛行高度、最快飛行速度！

（作者單位：中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)直升機(jī)所）