【科普常识】从达·芬奇到西科斯基,直升机是怎么演变的?

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被标题吸引到了有木有?让我们进入正题吧!

2015-7-23 20:22:03

提到西科斯基的产品,你最有可能听过的应该是黑鹰。

【科普常识】从达·芬奇到西科斯基,直升机是怎么演变的?

黑鹰毫无疑问是战场上识别度最高的军用直升机从海湾、索马里、阿富汗到伊拉克,各种战场上都能看到它的身影。

如今这架世界上最出名的直升机终于加入了最大军火商洛克希德·马丁公司的豪华产品线。日前洛克希德·马丁公司宣布将花90亿美元买下黑鹰直升机的制造商:西科斯基(Sikorsky)飞机公司。

相较于几乎是美军高端装备代名词的黑鹰,西科斯基似乎有些默默无闻。可事实上,如果没有这家以其创始人命名的老牌飞机制造商,我们今天看到的直升机外形也许还要奇怪很多。

在很多时候,西科斯基的创始人、俄裔美国工程师伊戈尔·伊万诺维奇·西科斯基(Igor Sikorsky)都被认为是现代直升机的发明者。

他于1940年试飞成功的VS-300被视为现代直升机的鼻祖,西科斯基在这架单旋翼直升机的尾部加装了一个垂直的螺旋桨,把直升机做成了现在我们常见的样子,这就一举解决了直升机空中打转的问题,这种直升机外观设计也一直沿用至今。

从达·芬奇到西科斯基

在西科斯基之前,为了造出一种能垂直起飞的飞行器,人们做了各种各样的尝试。如果不算《抱朴子》里记载的我国传统玩具竹蜻蜓,最早设计直升机的要数15世纪的大画家达·芬奇。达·芬奇设计的直升机跟我们常见的有很大不同,用的并不是那种旋翼,而是一个巨大的螺旋形圆盘,就像这样:

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达·芬奇“直升机”设计手稿达·芬奇“直升机”的设计手稿

尽管人们从达·芬奇的笔记(传说中的“达·芬奇密码”)中发现他还曾按自己的设计图造过一架小的直升机模型,但没人知道那玩意儿最后飞起来了没。

由于达·芬奇的手稿湮没无闻,此后设计直升机的先驱们并没怎么受到他的影响,转而去模仿“竹蜻蜓”。

1754年俄国工程师罗蒙诺索夫(Mikhail Lomonosov)把“竹蜻蜓”的旋翼和发条结合在一起,做出了一个模型在俄国科学院展示,当时他就认为这小玩意儿可以携带一些小型气象仪器升空,要知道那时连“helicopter”(直升机)这个名字都还没有被“发明”!

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罗蒙诺索夫的“直升机”罗蒙诺索夫的“直升机”

直到100多年后,法国人古斯塔夫(Gustave de Ponton d'Amécourt)用当时新发现的金属铝做了一款蒸汽动力的“竹”蜻蜓,才第一次给这模型命名为“helicopter”,然而他的这个小玩意儿虽然有了名字,可始终没有飞起来。

在这之后,爱迪生等著名发明家、工程师都加入到了直升机设计的尝试中,飞行高度也慢慢提高到16米。

到1907年,一对法国兄弟Breguet第一次把人塞进了直升机里。他们造出来的是一种四旋翼直升机,这“四旋翼”可不像我们在现在的无人机上常见到的那种四旋翼结构,它的四个旋翼是叠加在一个转轴上。而这架直升机之所以能载人,原因却是因为它飞得太不稳定了,需要四个人站在直升机的四个角上以保持平衡。从下面这段黑白默片中可以勉强看到当时飞得多么艰难:

在这之后,一种直升机和飞机的中间产物“旋翼飞机”在20世纪二三十年代占据了主流,它不仅头顶上有旋翼,两侧还有机翼。这样的“旋翼飞机”虽然笨重,但比原先的直升机稳定很多。而且由于采用了法国人席尔瓦(de la Cierva)的旋翼接口设计,这种旋翼飞机起飞时也不会抖动。

如果“直升机”发展到这里没有西科斯基的话,我们现在看到的直升机造型也许就会是这种旋翼飞机改进而来。但偏偏西科斯基把旋翼飞机两侧的机翼给“砍”掉了。

从VS-300到“黑鹰”

西科斯基生于基辅,早在第一次世界大战时他就设计了世界上第一款四引擎飞机。一战结束后,俄国内战爆发,西科斯基移居美国。1925年西科斯基创立了自己的飞机公司,最早的西科斯基公司主要制造小型的水陆两栖飞机等产品,他们后来转向直升机,则是由于战争的需要。

二战初期,纳粹德国开始使用旋翼飞机作为侦察机使用,美国政府也寻求研发自己的直升机,西科斯基在这场科研竞赛中取得了胜利。

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当时西科斯基的对手LePage生产的XR-1直升机当时西科斯基的对手LePage生产的XR-1A直升机

在竞争对手普遍都在模仿旋翼飞机的时候,西科斯基做出了一款只有一个旋翼、两侧没有机翼的“极简”版直升机,也就是VS-300。它唯一需要解决的问题就是平衡,几经试验,西科斯基想出了在机尾加装垂直旋转的尾桨的解决方式。现代直升机就这么诞生了。

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西科斯基的VS-300型直升机西科斯基的VS-300型直升机

1942年西科斯基又在VS-300的基础上研制了新款的R-4直升机,并接到了美国军方的100架订单,最后,在R-4机型被R-5、R-6取代之前,产量达到了131架,也由此成为历史上第一款批量生产的直升机,这被视为直升机工业的诞生。二战结束前,西科斯基公司一共生产了400架直升机。

由这400架直升机开始,西科斯基逐渐成为军用直升机市场份额达到30%的巨头。而预测机构Platinum Forecast System认为在未来15年内西科斯基的市场份额将保持在20%的水平,是老对手波音的两倍还多。

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Platinum的预测Platinum的预测

这其中,黑鹰直升机是绕不开的里程碑,尽管已经服役近40年,但直到如今,西科斯基反驳外界对其盈利能力的质疑时,仍把黑鹰作为其“商业的坚实基础”。

黑鹰是目前美国乃至全球市场上最重要的军用运输直升机,至今仍有4000多架黑鹰及其衍生型号在全球各地执行任务,是目前产量最高的直升机之一。

最初,黑鹰的诞生也来自美国军方的需求,1970年代,当时由贝尔直升机公司制造的越战的明星机型“伊洛魁”(Iroquois)暴露出越来越多的缺陷,美国国防部开始征求新一代直升机的设计方案。1972年8月,西科斯基和波音入围最终的试飞,两家公司都制造了两架地面测试机和三架试飞样机交给美军评估。

这一次西科斯基依然胜在了简洁的设计上,它的原型机设计报价比波音低了近3000万美元。同时,一个广为流传的故事称西科斯基的试飞样机在测试中坠入空军基地旁的树丛中,旋翼损伤但机上人员安然无恙,简单更换旋翼后即自行返回基地。尽管无法验证这个故事的真实性,总之最后西科斯基在1976年赢得了新一代军用通用型运输直升机的合同,三年后黑鹰开始服役。

但黑鹰真正大放异彩是在12年后的海湾战争中,在这场战斗中,有300多架黑鹰被用于突击运输,取得了仅损失两架的战绩,此后几乎所有美军参与的武装冲突中都有黑鹰的身影。1993年在索马里一架黑鹰直升机被当地民兵击落,由此改编的电影《黑鹰坠落》让黑鹰声名大振。

黑鹰这么成功,为什么还要卖掉?

尽管凭借黑鹰在军用直升机领域大放异彩,但直升机依然是个不怎么赚钱的业务。在西科斯基的母公司,联合技术公司(UTC)去年全年650亿美元的总营收中,西科斯基仅仅贡献了75亿。而根据Trefis的数据,在UTC今年的营收预测中,西科斯基的净利润可能不到7000万美元,是各子公司中最少的。

近年来美国政府陆续从阿富汗、伊拉克撤军,削减国防开支,同时无人机在已经大规模应用于侦查和猎杀,军用直升机的市场前景开始有些黯淡。今年5月,就有消息传出UTC正在考虑出售或者拆分西科斯基。

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今年UTC的预测营收中西科斯基依然只占10%左右西科斯基是各子公司中盈利最少的

此番洛克希德·马丁公司出手买下西科斯基是其20多年来最大的一笔收购,洛克希德·马丁此前一直没有直升机领域的产品线。根据《纽约时报》的报道,由于美国政府大幅削减在军用信息科技领域的开支,洛克希德·马丁准备将重心从信息分析回归到传统的装备制造。收购西科斯基,正是这一步骤的一环,洛克希德·马丁在公告中称它和西科斯基“天然相配”。

同时,洛克希德·马丁还希望能重整西科斯基长期低迷的商用直升机业务。相较于竞争对手贝尔直升机公司一半产品线都是商用直升机的产品结构,西科斯基专门为商用领域设计的直升机相当之少。除了二战刚结束时将一架军用直升机改装成商用卖到英国市场外,剩下的就是1977年研发的14座S-76直升机。

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商用的S-76直升机

根据Trefis的预测,全球直升机市场的规模将在5年内突破200亿美元,而其中军用领域将只会占到70亿,因而商用对于西科斯基来说是一个巨大的增长空间。

不过谁知道这样的趋势能持续多久呢,毕竟,越来越多四旋翼的便宜无人机都开始帮人拍视频了,搁以前这些也都是直升机的工作。

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