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直升机——手工作坊里的高科技

来源:民航资源网 作者: 李仙勇 2014-05-22 13:57:58

专业分类通用航空

  

  我经常会带着想买直升机和想考私人飞行执照的客户去机场看直升机,多数情况下客户的第一声反应就是:这直升机怎么长这样,跟我想象的不一样,你看这钉子(铆钉)这么多,表面也不平整,部件感觉那么粗糙,还不如我家那车来得精神。就这家伙,它能飞吗?

  对于客户如此的反应,我非常能理解。如果你是一位追求汽车式精致外观、苹果式细节设计和瑞士手表般精密打磨的工业设计爱好者,那么无论你面对的是多么先进的直升机,凑近看,总是会让你有点失望——它们看起来不够高科技,不够漂亮,不够档次。

  其实,这是首次接触直升机的人对直升机这个族类的误会。

  1991年,海湾战争爆发,美军的一个武装直升机营一次战斗就击毁伊军坦克84辆、防空系统4个、火炮8门、轮式车辆38辆。这种能够进行前后空翻、左右空翻、急速转弯、急速爬升、精细瞄准、夜间飞行作战、规避雷达探测的阿帕奇直升机,如其名字一般,是令敌军闻风丧胆的强悍武器,是当今世界上最先进、战斗力最强和最安全的直升机之一。可如果你知道它是怎么被造出来的,你肯定会大跌眼镜。

图:这么飞,你见过吗?

 

  如果你有幸被允许参观阿帕奇直升机组装车间,你所能看到的将是一个到处堆满各种工具、架子、零部件的机库。你期待的所谓自动化组装生产线、高科技检测仪器以及现代化的监控设备等等,通通没有。虽然这些工具和零部件很有规律地进行了分区摆放,但很难让人和阿帕奇直升机本身的高科技联想在一起,倒是很容易让人想起100多年前的汽车生产车间——更准确地说是手工作坊。不要感到奇怪,不仅阿帕奇直升机如此,全球的直升机的组装车间也是基本如此,因为直升机的组装不是靠机器,而是全靠手工完成的。

图:生产阿帕奇直升机的工厂,看起来更像个手工作坊

 

  据说世界上效率最高的汽车自动化组装流水线,装配一辆汽车只需不到1分钟的时间,但阿帕奇直升机的组装至少需要3个月,经历16个程序:第一到第五站给机身骨架安装外壳和装甲;第六到第九站是给机腹(包括燃料箱部分)安装防弹保护层;第十、十一站给直升机安装发动机、传动系统、控制系统、雷达、夜视设备、武器系统以及尾旋翼系统;第十二到十五站为直升机安装主旋翼系统并对各种线路和设备进行检测;最后一站,到露天也就是车间外,安装主旋翼的桨叶。桨叶一旦安装完毕,阿帕奇就算成型了,可以准备投入测试飞行。很难想象,这样一个复杂的组装过程就是靠着技术工人用双手一步一步完成的。

  直升机之所以无法像汽车一样采用自动化的组装流水线,是因为其结构非常复杂,造型各异,每个机型在全球的总量最多的也就几千架,都是根据特殊用途设计的专用机型,无法对其造型和结构进行全球标准化。零部件可以在一定范围内批量生产,但组装只能依靠人工。

  比如阿帕奇直升机的配线(电线)有8英里长,相当于43座埃菲尔铁塔使用的电线。数千条配线穿越机身的各个部位,连接点多达1500个,如果没有对这些电线进行逐条的编号,根本就无法辨别。准确地连接这些电线的工作虽然技术含量很低,但耗时惊人,而且需要工作者具备超越常人的耐心和细心。正因为如此,阿帕奇组装工厂里诞生了一个特别的职位“配线女工”。她们中的很多人都是从社区中精挑细选的做事认真、细心且非常有耐心的大妈。

  为了保护燃料箱免遭敌军炮火袭击,阿帕奇的燃料箱被安装在机腹后面一个类似梯形的安全槽中,即里面空间大,外面开口小。为了能将燃料箱顺利装进去,必须先将燃料箱进行充分挤压,排出空气,使之体积大大缩小,然后用力塞进安全槽后,再对油箱进行充气,使之膨胀以达到体积最大化。

  单就上述这两项,直升机的生产就很难通过机器装配。很多时候,组装工人不得不蜷缩在非常狭小的空间里加装零件,这倒与航天器的制造非常相似,基本上只能由手工来完成。

  很多客户对于直升机的铆钉很有意见,认为其严重破坏了直升机整体外观的一致性和平整性。其实铆钉正是直升机区别于汽车、游艇等交通工具的一大特色,也是所有航空器的一大特色。铆钉是直升机最基础的零件,是直升机拥有坚固外壳和安全飞行的第一保证。就拿我们熟悉的阿帕奇直升机来说,它的装甲能够抵挡住30毫米口径枪炮的射击,除了驾驶舱向上45度方位外,都具备防弹能力。这些枪炮不入的高科技装甲却是从非常低等的科技开始的。首先就是打铆钉,要打数千颗铆钉,因为装载在阿帕奇直升机外表的高科技防弹装甲都需要这些铆钉来接合。

  不仅是军用直升机如此,世界上大部分的民用直升机的安全外壳都是依靠一颗一颗的铆钉接合在一起,附着于机身骨架上,最终成为一架性能出众、安全可靠的直升机。

  直升机就像一位身负绝学却行事低调的侠客,它的高科技并非体现在外观的科幻和新潮,也非体现在生产流程的先进和神速,更多的是体现在机身材料、导航系统、控制系统以及电子设备等能够增强直升机性能和安全系数层面的研发。它的高科技总是隐藏在你看不到的地方,却在你使用的过程中不知不觉地为你保驾护航。

  我们都知道美国总统出访世界各地乘坐的是空军一号,那么短途旅行时,美国总统乘坐的是什么呢?美国总统的短途坐骑被称为“海军一号”,一直以来由海王直升机担任。奥巴马总统上任后,美国政府计划用EH101替代老旧的海王直升机(目前该计划有变动,但是不妨碍我们讲这款直升机)。这种由世界上三家最牛的直升机制造商联合研制的直升机,起飞重量将近15吨,能以200英里的时速飞行,并采用了无可比拟的“空中办公室”技术,可以与国防部、白宫军事办公室和国家指挥管理机构系统兼容,确保美国总统可以在直升机上随时与世界各地保持联系。然而与这些显而易见的高科技相比,更令人称奇的高科技却在它的主旋翼桨叶上。

图:EH101直升机(AW101)

 

  EH101只有5片薄薄的桨叶,却要承载15吨的重量,而它们的核心成分居然是“纸”。我没有写错,你也没有看错,的确是“纸”。这里的“纸”是通过尖端科技使用碳纤维和玻璃纤维等制成的合成材料,使得旋翼比全金属更轻、更耐用。大致的制造过程是这样的:将蜂巢纸和泡棉精确地切割成所需的形状,再覆上几层合成纤维材质,然后放进烤炉进行烘烤,出来后就比钢铁还要坚硬,再加上钛合金铸边,就造出了世界上最牛逼的旋翼桨叶。这样的桨叶不仅轻便,且具有特殊的功效。若全金属的桨叶中弹,则整片桨叶会断裂,但是EH101的合成桨叶中弹,只会留下弹孔,却不会断裂。其实对于旋翼桨叶材料的研发早在越战时期就开始了,比如休伊直升机。越战传奇飞行员Robert Mason在他回忆越战的一本畅销书中写道:“一次执行敌后运送士兵的任务,上机时才发现比预计的多了一个人。我不能撇下他,于是我驾着超载的直升机,向那条惟一的出路飞过去。我被灌木丛挡住了,本希望加速以超越树林,但因为超载,我无奈只能硬闯,旋翼削掉了这些树木的树尖,让坐在直升机上的美军大兵尖叫不已。”

  除了桨叶之外,很多电子设备的装配使得直升机成为高科技的化身。比如大部分3.18吨级以上的直升机具备夜航和仪表飞行能力。机上强劲的电脑和智能化的控制系统可以实现“盲降”,甚至像EH101这样的直升机,还具备自动驾驶的能力。更不用说像阿帕奇这样的武装直升机,它的雷达系统可以在天空进行360度、地面270度进行扫描,还能辨别坦克、卡车和飞机,并能识别敌友;它的机鼻装有非常敏感的远程探测器,可以让飞行员看到12英里外的景象;更令人称奇的是它的瞄准系统,只要飞行员的头部一偏转,底下的机关枪也跟着偏转,也就是说飞行员的眼睛看到哪里,机关枪就能实时瞄准哪里,随时准备发动致命的精确打击。

  除了这些炫目的高科技应用外,其实大部分的技术都是为看不见的“安全”服务的。比如阿帕奇直升机的燃料箱具有防弹功能。用来制造燃料箱的橡胶含有自动粘合剂。如果燃料箱被30毫米口径的子弹打中,在燃料流到弹孔的时候,自动粘合剂就会封闭油箱,避免和空气接触,引起燃火。还有我们前面提到的阿帕奇直升机将近8英里的配线。这么多的配线一方面是为了升级各种先进的仪表、按钮、电脑和各种电子设备服务的;一方面是为了备份,一旦有一边的电线被炮火击中,另一边还可以继续运行。对于民用直升机来说,很多的科技创新也是用在了安全上。比如欧直的大部分直升机都采用了涵道尾桨技术;美国麦道直升机公司研发了无尾桨技术,即依靠发动机的尾气流来控制直升机的姿态,省去了常规直升机的尾桨设计,避免了直升机在低空飞行时因尾桨碰撞引发的危险。

  而直升机最了不起的一项技术就是“自旋降落”。对于任何一位考取飞行执照的学员来说,只有通过了“自旋降落”这个科目的考核,才能获得飞行执照。所谓“自旋降落”就是指直升机在空中飞行的过程中发动机出现空中停车,飞行员必须依靠旋翼的惯性操作直升机,使之安全迫降的过程。如果这也算是高科技的话,那是绝对看不出来的,必须亲自上机去体验。

  随着科技的进步和工业设计水平的不断提高,依靠手工作坊组装的直升机如今也能够在外观上看起来很高科技。

  而所有的这些或炫目、或低调的高科技,无论它们有多么的先进,都是依靠工人在车间里用有限的工具和双手打造出来的。所以,在我看来,直升机无疑是手工作坊里的高科技。

  当然,这并不意味着直升机就此止步不前。随着科技的进步和生产手段的革新,直升机也能拥有汽车的精致外观,手表般的精密内饰,和好莱坞大片里的酷炫造型。

  或许不需要很久,你将能够像施瓦辛格电影《第六日》中那样,通过遥控器驾驶直升机,并实现直升机与喷气式飞机自由转换的酷炫特技。

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