2.4 科尔尼直升机研制微露曙光（1907年）
在载人直升机出现之前，直升机技术经历过几百年漫长时间的探索。
意大利艺术与科学巨匠达·芬奇、“英国航空之父”乔治·凯利都有研制直升机的设想并绘有草图，对后来直升机起着极重要的启蒙作用，而19世纪是直升机探索的活跃期。
1861年，英国人亨利·布莱特设计了历史上第一个共轴直升机，这项设计成为英国第一个直升机专利，设计示意图见图2-27。
图2-27 亨利·布莱特设计的直升机示意图
1868年，法国人达米科制作了一架直升机模型在英国航空展览会上展出（见图2-28）。该机有两个旋翼，每个旋翼有两个桨叶，呈上下安装形式，并以相反方向旋转。他的设计同时获得英国与法国专利。达米科还是世界上第一位创造并使用“直升机”名词的人。
图2-28 达米科展示直升机模型
美国第一个直升机专利的拥有者是科学家尼尔森。他于1861年设计了一架直升机。该机有类似船形的机身，尾部有方向舵，在机身上安装两副旋翼。这架直升机虽未投入制造，但在设计思想上颇有新颖之处：其旋翼轴可以垂直也可前倾，可以向上和向前飞行；旋翼旋转方向相反，可以抵消自转力矩；结构用铝材制造以减轻重量。
1877年，意大利人恩里科·佛兰尼尼制作了小巧的蒸汽动力直升机模型，其示意图见图2-29。该模型只有3.5千克重，具有两副旋翼，一大一小，上下安装，采用0.2千瓦的蒸汽机作动力。这架模型飞了13米高，留空20秒。
图2-29 佛兰尼尼1877年设计的直升机示意图
美国著名发明大王爱迪生也进行了直升机试验研究。他依据当时发动机的水平，得出结论：“当有一天发动机制造成功后，其功率质量比达到每马力3～4磅的时候，直升机将会取得成功”。爱迪生的科学预言在20世纪初变成了现实。
谁能知道，世界第一架载人直升机首飞只上升了0.3米，还赶不上小孩玩的“竹蜻蜓”飞得高。
1907年11月13日，距离世界上第一架飞机在大洋彼岸诞生还不到4年，法国诺曼底的工程师保罗·科尔尼（Paul Cornu）在自己家乡附近驾驶自己设计制造的直升机（见图2-30）升空。这是动力直升机第一次离地飞行，虽然起飞高度只有0.3米，留空时间20秒，但它意义巨大，宣布了直升机的诞生。
（a）科尔尼设计的直升机草图
（b）科尔尼制成的直升机
图2-30 科尔尼的直升机
链接 直升机
直升机与飞机不同，它是依靠发动机驱动旋翼产生升力，并通过特殊的传动机构和操纵系统改变升力的大小和方向，从而实现飞行的航空器。所以，它不需飞机那样的起飞滑跑和着陆滑跑，而是直接上升和降落。一般直升机均有前飞、倒飞、空中悬停、自转下滑等特性。
直升机上部安装有一副或几副有数片桨叶的旋翼，其旋转轴大体与机体竖轴一致。旋翼不仅提供升力，同时也是直升机的主要操纵面。通过操纵系统，改变旋翼拉力及其俯仰、滚转力矩的大小和方向，从而实现直升机垂直、俯仰及滚转操纵。直升机前飞所需的前进力一般由旋翼拉力前倾所产生的水平分量来提供。旋翼拉力向左、右或后部倾斜可使直升机实现侧飞或后飞。改变旋翼拉力的大小可使直升机垂直飞行、起降或空中悬停。改变单旋翼直升机尾桨或尾部推力，或对多旋翼直升机进行差动操纵，可改变直升机航向。如果遇到发动机空中停车的故障，直升机可以利用旋翼自转下滑，安全着陆。
科尔尼1881年生于法国格洛拉费里耶尔。他从小就显示出喜欢冒险与发明的天性。成年后他在父亲开办的机械公司担任工程师。那时法国的航空热度很高，涌现了很多航空先驱与发明家。科尔尼从事直升机及其他航空器的研制是受到一项赛事的激励。法国人阿克迪康为了鼓励航空器研制，设置了一项高达5万法郎的奖金，以奖给驾驶飞机一次完成1千米飞行的人。科尔尼跃跃欲试，他在1904～1906年间设计了好几种航空器。1906年起，他把注意力集中在研制直升机上，先研制工作样机。
1907年，26岁的科尔尼就设计了这架双旋翼的直升机，两副直径6米的旋翼纵列安装，一前一后，每副旋翼有两片桨叶，其动力装置是一台有17.7千瓦的水冷式发动机，冷却水装在发动机前面的水箱里，汽油装在飞行员座椅后的油箱里。飞行员座椅下方装有蓄电池和点火装置。整个直升机的主构架是大口径呈V形的钢管，用钢索将其他构件连接在一起。直升机有两对机轮前后排列。
1907年8月，全尺寸直升机制造完成，科尔尼进行多次试验，暴露不少问题，如皮带传动系统屡屡发生故障，发动机工作也时有问题，但都被科尔尼一一克服了。科尔尼在首次成功之后的几个月中又继续试飞15次，做前飞、后飞达300次以上。有一次还无意中把其弟弟雅克带着升空，创造了直升机双人升空的纪录。
正当科尔尼针对试飞中出现的诸多问题一一进行改进时，1908年1月13日传来了法国航空先驱法尔芒完成了1千米圆周飞行，赢得5万法郎奖金的消息，科尔尼大失所望，加之人们热衷于已日渐成熟的固定翼飞机，对直升机的前景并不看好，促使科尔尼一度放弃了直升机的研制。
科尔尼的首飞（见图2-31）成功是很有意义的，但同莱特兄弟首飞“飞行者”1号时一样，也未被重视。而此时莱特兄弟发明的飞机正在欧洲举行飞行表演，引起了巨大轰动，他们的成功淹没了科尔尼的声音。
图2-31 科尔尼驾驶直升机首飞
令人惋惜的是，法国航空先驱路易斯·查尔斯·布雷盖（Louis Charles Breguet，见图2-32）和里歇也合作研制了直升机，并早于科尔尼一个多月升空。但是由于在试飞时由4个助手用长竿来支撑旋翼以保持直升机稳定，所以没有被正式承认。
图2-32 布雷盖
布雷盖从1905年起研制直升机，先在他自制的风洞里进行试验，以获取翼型升力、阻力的数据，他在1907年与里歇合作研制了一架独特的直升机，其结构见图2-33。这架直升机有4个主旋翼，直径8.1米，每副旋翼有上下两组桨叶。直升机总重578千克，装有29.4千瓦发动机，这架直升机比科尔尼直升机既复杂又庞大。1907年8月24日，飞行员沃鲁玛驾驶直升机进行首飞，大约跳跃着离开地面0.6米，留空时间一分钟。以后布雷盖又研制了几种直升机，还是未能解决动力不足与难以操纵等问题，他不得不转向固定翼飞机的研制，创办布雷盖飞机公司，在军用飞机、水上飞机等方面取得了很大成就。
图2-33 布雷盖与里歇研制的直升机结构图
真正完成实用直升机研制的是戈尔·伊万诺维奇·西科斯基（见图2-34）。
图2-34 实用直升机发明人西科斯基
西科斯基1889年5月25日出生于乌克兰基辅。少年西科斯基受母亲影响很深。在母亲对西科斯基的早期教育中就向他讲述艺术大师达·芬奇的事迹，告诉他达·芬奇所设想的是一架可以垂直飞起来的机器，而达·芬奇的设想大大超越了他那个时代。小西科斯基的想象力被激发，快11岁的时候，他做了一个奇异的梦，梦见自己在铺着地毯的地板上行走，似乎地板在动，他马上意识到这是一架巨大的飞行器……
12岁的西科斯基制作了一架直升机模型，用橡皮筋带动，可以飞起来。
1907年，西科斯基进入基辅理工大学电机系学习。1908年，他随父亲到德国度假，看到了大量有关航空活动的报道：莱特兄弟的飞机在法国飞行表演，齐伯林飞艇的频频飞行，航空先驱们的诸多赛事……19岁的他怦然心动：他决心把航空当作自己一生事业，而直升机则是他首要的目标。他说干就干，把自己住的德国旅馆当成工作间，动手制作了旋翼直径为750毫米的直升机模型，还确实飞了起来。
1909年1月，西科斯基做出了他一生中一次重大决定，中止学业去巴黎学习航空，这个决定受到许多亲友的反对，哥哥甚至与他论证：自然定律决定了只有一些鸟类和重量低于30磅的航空器可以飞起来。但父亲给了他祝福，姐姐给了他一些钱。7月，西科斯基设计制造了第一架同轴两旋翼的直升机，由于发动机功率不够，未能飞起来；于是又造第二架，这是同轴三旋翼的直升机，还是因为动力不足，未能飞起来。
链接 悬停
直升机保持在空中某一位置，相对于地面不移动也不转动的飞行状态。悬停是直升机所特有的基本飞行状态，而飞机则不具有这个功能。直升机悬停具有重要的实用意义。如用于起飞时及着陆前的调整和检查，用于救生、空降或垂直补给以及用于目标监视及武器发射；还用于建筑吊装及其他起吊或吊放作业等。
从此，他告别直升机，转向固定翼飞机的设计制造。谁知这一别竟达30年。
但是西科斯基始终未能忘记直升机。积累了相当丰富的飞机研制经验后，他再度向直升机领域进军。
1939年9月14日，时年50岁的西科斯基驾驶自己设计的VS-300直升机（见图2-35）进行首飞。他身着笔挺的西装，头戴毡帽，稳坐在驾驶舱里启动了发动机，他感到手中的驾驶杆不断振动，直升机缓缓升起，一个机轮，两个机轮，然后是四个机轮都离开了地面，直升机离地面只有二三米，但是VS-300首飞成功了！
图2-35 西科斯基驾驶直升机VS-300进行首飞
VS-300是世界公认的第一架实用直升机。
VS-300采用了西科斯基自己的专利—旋翼加尾桨的形式，成功地解决了直升机打转的问题。西科斯基设置的尾桨不光是解决直升机打转，它还能帮助直升机灵活地向左向右转弯。
VS-300装有一台4气缸气冷式发动机。功率为75马力。旋翼有3片桨叶，直径8.5米，机身为钢管焊接结构。经反复试飞，证明该机具有良好的操纵性能。但也暴露出一些问题，如存在较大的振动。
1940年5月13日，西科斯基驾驶经过改进的VS-300直升机进行了真正的自由飞行，一周后，他给人们演示了直升机垂直上升下降、侧飞和倒飞、盘旋等。1941年5月6日，西科斯基驾驶直升机在空中悬停，创造了续航时间1小时32分26秒的世界纪录。
1940年7月，美国著名飞行员格里高利试飞了VS-300直升机，高度赞赏该机的性能，他建议将该机改为军用型，并亲自给美国政府写报告。美国政府评估后同意将其改为军用型，并拨款5万美元进行研制。西科斯基立即投入研制军用直升机XR-4，该机采用密封座舱，双座，外形尺寸是VS-300的两倍，发动机功率也成倍提高。年过5旬的西科斯基亲自参与试飞试验，有一次因尾桨脱落，西科斯基被打出6米多高，受了轻伤，这丝毫没能动摇他继续改进直升机的决心。
1942年，美国陆军批量订购VS-300直升机的改进型XR-4（见图2-36），直升机进入军队服役。
图2-36 美军方批量订购的XR-4直升机
1944年4月21日，美国首次使用XR-4直升机在缅甸丛林中救出1名美国飞行员和3名英国伤员。XR-4成为世界上唯一在第二次世界大战中服役的直升机。图2-37为在英国皇家空军服役的XR-4直升机。
图2-37 在英国皇家空军服役的XR-4直升机
战后，西科斯基推出了4座民用直升机S-51，1947年10月1日美国洛杉矶航空公司使用它开辟了全美第一条直升机定期邮政航班。
之后，西科斯基专心致志于直升机事业，一共研制了18个型号的直升机及系列改型，其中有S-51、S-55、S-58、S-61（见图2-38）等。西科斯基公司是世界上最大的直升机制造企业之一，西科斯基本人则被尊为世界直升机之父。图2-39为西科斯基和他的设计团队，图2-40为西科斯基公司研制的现代直升机S-92，中国参与了该机尾斜梁的研制及水平尾面的制造。
图2-38 S-61直升机正在空中加油
图2-39 西科斯基（右一）和他的设计团队
图2-40 现代直升机S-92
延伸阅读 西科斯基研制飞机
西科斯基不仅是直升机设计大师，他在研制飞机方面也取得了相当成就。
西科斯基设计的第一架飞机S-1是轻型双翼飞机，飞行员座舱位于下机翼，15马力的发动机安装在机翼上。西科斯基自己不但是设计师，也是飞行员，但S-1未能真正飞起来。
1910年6月3日，西科斯基试飞自己设计的S-2双翼飞机，第一次升空，飞行距离200米，飞行时间12秒。这使他第一次体验到飞行的魅力，大为振奋。可7月3日又一次试飞时，飞机摔到了峡谷里，飞机被毁，他也险些丧命。
西科斯基继续改进他的设计，又连续研制了S-3、S-4、S-5飞机。1911年5月17日，西科斯基驾驶S-5飞机升空，在100米高度，飞机自如地转弯，4分钟后又降落在起飞地点上。同年9月，他驾驶这架飞机创造4项全俄飞行纪录：高度500米，航程85千米，飞行时间52分，飞行速度每小时125千米。这一年，他获得国际航联颁发的飞行员执照。
1911年12月29日，由西科斯基领导的3人机组驾驶新研制的S-6飞机创造了第一个世界飞行纪录：速度每小时111千米。
1913年，西科斯基向大型飞机进军，研制了四发动机双翼飞机S-6B“俄罗斯勇士”号（见图2-41），并于同年5月亲自驾机首飞，飞行10分钟，高度250米。年底，西科斯基又研制了世界上第一架重型轰炸机“伊利亚·穆罗梅茨”。该机机组4～8人，载弹400千克。12月11日首飞成功。1914年6月5日，在西科斯基驾驶下，“伊利亚·穆罗梅茨”号载着5名乘客飞行6小时33分，航程650千米。创造了飞行时间最长的纪录。
图2-41 四发动机双翼飞机S-6B“俄罗斯勇士”号
1919年西科斯基定居美国，后来成立西科斯基公司从事飞机制造，前后设计制造了多种型号的水上飞机。