人儿时的记忆里，常常浮现“竹蜻蜓”在空中旋转飞舞的影子，每个人都怀揣着像“竹蜻蜓”一样飞翔的梦。如今，一群执著梦想、敢于创新的年轻团队，将一只大大的“竹蜻蜓”放飞，也放飞了他们的梦想！这只大大的“竹蜻蜓”就是“彩虹”新型无人自转旋翼机。该机已圆满完成了首次全自主飞行试验，在国际上也是大型自转旋翼机完全自主起降及空中飞行的首次试验。

无人自转旋翼机是采用自转旋翼技术实现飞行的飞行器，之所以将其比作“竹蜻蜓”，是由于在飞行过程中，飞机两片大大长长的旋翼看上去很像放大的竹蜻蜓，而且它依靠前飞过程中空气气流持续的气动力使旋翼自转，从而维持旋翼转速并提供全机所需升力，这一飞行原理也同“竹蜻蜓”有着相似之处。它除了机体顶部的旋翼外，还带有一副水平放置的螺旋桨以提供前进的动力，有的自转旋翼机还装有较小的机翼提供部分升力。自转旋翼机不是由发动机驱动旋翼来提供升力的，而是在飞行过程中由前方气流吹动旋翼旋转产生升力的。由于旋翼为自转式，传递到机身上的扭矩很小，因此自转旋翼机无需单旋翼直升机那样的尾桨，而采用类似固定翼飞机的尾翼，以实现稳定飞行。

实际上，有人驾驶的自转旋翼机出现较早，甚至早于直升机。上世纪20年代，西班牙人西尔瓦为了设计一种不失速且具有低速起飞和降落功能的飞行器，将旋翼升力原理应用于飞行器，经反复试验研制出了带自转旋翼的一种新型飞行器，即自转旋翼机。他于1934年成功地设计出C30自转旋翼机，并实现了跳跃起飞。但随着西尔瓦的去世和直升机的兴起，自转旋翼机的发展跌入谷底。自转旋翼机与直升机相比最大的劣势在于不能悬停，这是其沉寂多年的主要原因。然而，自转旋翼机所具有的技术优势没有被航空界忘记，特别是该机型具有更高的安全性和经济性，因而在近十几年得到了迅速发展。

自转旋翼机旋翼桨毂通常采用跷跷板式，这一形式非常简单，可靠性高、拆装方便、易于维护；尾翼也只有方向舵，没有升降舵，升降运动和纵向姿态控制通过纵向倾转旋翼桨盘和调节发动机油门改变螺旋桨推力来实现。起飞时，通过地面旋翼预转，自转旋翼机可以实现超短距起飞，或者近似垂直起飞（又称“跳飞”）。降落时，自转旋翼机可以超短距降落或者“点”式着陆。

自转旋翼机结构简单，效费比高，故障率低，安全性高，即使发动机空中熄火，也可以凭借旋翼惯性转动产生的升力，确保飞机安全迫降。此外，自转旋翼机可以在小型机场、公路、平坦土地等场地起降，对起降条件要求很低，可以替代完成直升机的绝大多数任务。

自转旋翼机要实现良好的飞行性能，首先需要确定合适的总体参数，包括气动布局、重量重心、旋翼参数、动力参数等；同时需要合理布置设备位置，旋翼、螺旋桨、尾翼等需要选择合适的相对重心的位置，以获得良好的飞行稳定性；空速、旋翼桨盘后倒角、螺旋桨推力等需要合理匹配以控制飞行；建立准确可靠的飞行动力学模型，设计合理的飞行控制律以实现无人化飞行。此外，自转旋翼机具有旋翼、螺旋桨两个振动源，需要考虑结构动力学问题。因此，自转旋翼机需要突破气动、控制、动力、结构一体化、总体综合优化设计技术。该过程涉及多个方面，需要从全局把握好研制过程的关键技术点，包括合理的总体布置、性能的估算、全机配平、操稳特性分析及与各专业的衔接。

自转旋翼机的飞行特性与直升机和固定翼飞机既有相同点，又有不同点。在偏航控制方面，与固定翼飞机类似，方向舵为操纵面；在俯仰、滚转及侧向控制方面，与直升机类似，旋翼为操纵面；速度和高度控制方面，具有自身特点，采用旋翼桨盘纵向倾斜控制速度，螺旋桨推力控制高度；在起降阶段，需要同时操纵方向舵和旋翼桨盘。这些特点给自转旋翼机的自主飞行控制带来一定技术难度。因此，自转旋翼机要实现全自主飞行控制，需要建立全量非线性飞行动力学机理模型，完成基于机理模型的飞控仿真。同时可以采用参数辨识，建立基于参数的飞行控制律，然后对机理模型进行修正，最终完成无人自转旋翼机自主飞行控制系统设计。

经过近五年的努力攻关，通过大量理论计算与大型试验等途径，“彩虹”新型无人自转旋翼机总体设计技术、飞行动力学建模及飞控系统设计得到了有效突破。其样机为单尾撑构型旋翼机，前三点式起落架，最大起飞重量550千克，巡航速度120~140千米/小时，最大航时10小时，实用升限4 000米。本次飞行试验起飞重量为420千克，飞行速度126千米/小时，飞行高度为1 600米。

2016年7月，在内蒙古某机场，“彩虹”无人自转旋翼机迎来了首次全自主飞行试验。飞机很快爬升至预定高度，在沿预定航线平稳飞行35分钟后安全降落在跑道上。

“彩虹”无人自转旋翼机完成了国际首次大型自转旋翼机完全自主起降及空中飞行，突破了无人自转旋翼机全自主飞行控制技术，填补了我国在这一领域的空白，为我国后续无人自转旋翼机的发展奠定了坚实基础。

来源：《兵器知识》杂志

会飞的“竹蜻蜓”——“彩虹”无人自转旋翼机