基于文献计量的高速直升机技术监测分析

范文静

（中国直升机设计研究所，江西景德镇 333000）

0. 引言

直升机是利用旋翼提供升力、推进力和操纵力的飞行器，以其具有垂直起降、定点悬停以及能够进行全方位的快速机动等独特优点而备受瞩目，并已经在现代战争和人们日常生活中得到了广泛应用。由于传统单旋翼带尾桨式直升机旋翼气动构型的限制以及前飞时旋翼产生的大部分力仍要作升力来抵消自身重力，使得常规构型直升机的飞行速度和载重量远远低于固定翼飞机。常规构型直升机的前飞速度最高不超过350km/h[1]，极大地制约了直升机的应用和发展。世界各国一直在探索突破直升机速度限制的新构型和新概念，经历几十年的发展已经取得了瞩目的研究成果，发展出S-97，RACER等以400km/h以上前行速度为典型特征的高速直升机[2]。高速直升机技术已经成为新一代直升机装备和产品的技术制高点，世界各国在相应领域的技术竞争也到达了白热化阶段。

对目前国外高速直升机技术信息进行技术监测，有助于了解国外高速直升机相关技术的发展动向，为我国高速直升机技术的发展提供重要参考。技术监测是一种有效的情报分析方法。技术监测是对过去、现在和未来的科学、技术、经济和社会发展所进行的系统研究，以科学技术信息、数据分析为基础，以数据挖掘、信息萃取、知识发现、信息可视化技术等信息科学前沿技术为手段，综合集成各方面专家的战略性智力，对科学技术活动进行动态监视、测量、分析及评估的方法[3]。技术监测是一个不断发展的交叉学科领域，是在20世纪90年代的技术预测、技术评价、技术选择、文献计量学、科学计量学等理论方法和信息科学的基础上发展而来的，可以为技术管理及决策提供动态、准确的科学技术发展状态，从而把握技术机会，降低风险，提高效率。

信息计量学方法是技术监测中一种方便实现的方法，现在大量的技术信息是以电子文本的形式存在的，如专利、科技论文、科技报告等。利用这些电子文本的外在属性，如标题、作者、所属机构、出版时间等，采用文献计量学、科学计量学和内容分析方法进行技术分析，即可获得一些有价值情报，发现研究领域潜在技术热点、技术前沿和技术机会，评估自身在领域内技术地位，预测可能的技术开发路径[4]。

本文通过文献计量法，对国外高速直升机技术进行技术监测分析，了解技术发展动向，为我国发展高速直升机技术提供参考。

1. 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文的数据来自谷歌学术搜素，谷歌学术搜索是一款在国际学术界占有较高威望、收藏丰富、权威性较高的国际网络搜索引擎。收录来自学术著作机构、专业性社团、各高等院校及其他学术组织的文章、论文、图书和摘要等，专注领域偏向学术类，可以帮助用户在学术领域中确定相关性较强的研究。

1.2 研究方法

本文使用文献计量法进行分析研究。首先梳理出高速直升机的相关技术，以相关主题词在谷歌学术搜索中检索文献。检索的时间范围为2000—2020年，其中每3年为一个年度区间，然后统计各相关技术文献数量，汇总后进行监测分析，从而获得相关技术的发展动向。

2. 技术发展分析

高速直升机按照飞行和操纵原理可以分为3类，即复合式、倾转式和复合式。复合式高速直升机是在常规直升机基础上，通过配置推进和升力装置来增加飞行速度的直升机。复合式高速直升机兼具固定翼和直升机的优点，在低空性能和近地面机动能力不低于常规构型直升机的同时实现了较高的前飞速度。倾转式高速直升机以“鱼鹰”V-22直升机为代表，通过旋翼与螺旋桨之间的转换，实现直升机模式的悬停、低速飞行和垂直飞行，螺旋桨飞机模式的高速前飞，兼顾低速与高速飞行[5]。停转式高速直升机以直升机模式垂直起降，当达到一定速度后，旋翼停止转动或收缩，变为飞机模式高速飞行。本文通过大量数据检索、信息分类处理等工作对国外高速直升机相关技术进行全面的监测，从获取的文献监测数据中，获取国际高速直升机技术发展动向。

2.1 文献数据描述

根据查阅的高速直升机相关文献，高速直升机大致分为复合式、倾转式和停转式3类。对于复合式直升机，早期的设计者们没有对复合式高速直升机做出严格的定义，在常规直升机的基础上附加升力和推力装置的任意形式的直升机都被认为是复合式高速直升机。以吴希明[6]为代表的一些研究人员按旋翼类型将复合式直升机分为常规旋翼和ABC共轴式旋翼2种，南京航空航天大学的部分研究人员[7-8]按照复合方式将复合式高速直升机细分为推力复合式、升力复合式和完全复合式；倾转式直升机分为倾转旋翼和倾转机翼；停转式分为停转旋翼和收缩旋翼。本文采用的是第二种分类方式，技术分类如图1所示。

图1 高速直升机分类

对高速直升机相关技术进行技术监测分析，首先在谷歌学术高级搜索中对一级和二级子技术相应的英文主题词进行检索，时间范围从2000—2020年。共计检索到文献结果5271篇，与复合式高速直升机相关的文献1927篇，其中与推力复合式相关的文献556篇，与升力复合式相关的文献627篇，与完全复合式相关的文献744篇。与倾转式高速直升机相关的文献为3031篇，其中与倾转旋翼和倾转机翼相关的文献分别为328篇和2703篇。与停转式高速直升机相关的文献为213篇，其中与停转旋翼式相关的文献237篇，与收缩旋翼式相关的文献76篇。

搜索2000—2020年每3年间国外高速直升机相关技术研究的文献数量，对它们进行对比，得到国外高速直升机在2000—2020年间变化趋势图，如图2所示。

图2 2000—2020年国外高速直升机相关技术文献数量变化趋势图

由图2可知，在这21年间，文献数量呈逐渐增加趋势，且在2003—2005年和2015—2017年间有较大增幅，增加趋势明显。

2.2 技术监测分析

通过谷歌学术搜索得到国外高速直升机技术相关文献的数量，对高速直升机的复合式、倾转式和停转式3种技术进行监测分析，聚焦技术发展动向。

2.2.1 技术总体发展动向分析

在对复合式、倾转式和停转式高速直升机相关技术在2000—2020年间的相关文献进行检索后，得到相应的文献数量占比图和变化趋势图，如图3和图4所示。

图3 2000—2020年国外高速直升机相关技术问文献数量占比图

图4 3种高速直升机技术2000—2020年相关文献数量变化趋势图

通过图3可以发现研究热点主要集中在倾转式和复合式高速直升机技术上，研究的文献占比达到94.1%，而对停转式高速直升机研究的文献占比仅有5.9%由图4可知，在2000—2020年，倾转式高速直升机技术的相关文献数量呈明显增长趋势，复合式高速直升机技术相关文献数量整体上呈快速增长趋势。而停转式高速直升机技术的相关文献数量变化较为缓慢，在2003—2005年前较上个年份区间有较大变化，而后基本维持在50篇左右。结合图3的分析，可知在高速直升机的3种类型中，倾转式和复合式技术在过去21年中是研究热点，发展显著，而停转式技术发展较为缓慢。

2.2.2 复合式高速直升机发展动向分析

复合式高速直升机相关技术主要包括推力复合式、升力复合式和完全复合式3种类型，搜索这3种技术在2000—2020年相关文献数量，得到相应的文献数量占比图和变化趋势图，分别如图5和图6所示。

图5 3种复合式高速直升机技术2000—2020年相关文献占比图

图6 3种复合式高速直升机技术2000—2020年相关文献数量变化趋势图

由图5可知，推力式、升力式和完全式3种复合式高速直升机技术在2000—2020年文献数量占比分别为28.9%、32.5%和38.6%，推力复合式文献数量相对少一些，完全复合式文献数量占比最多。由图6可知，3种技术文献数量在2000—2020年基本呈递增趋势，且增幅大致相同。

综上所述，国外对于复合式高速直升机3种技术的研究在过去21年都保持有相当的热度，与实际情况较为吻合。升力复合式构型解决了直升机因升力不够而飞行速度受限的问题，但在飞行速度超过一定值时，旋翼所需的诱导功率急剧上升等因素，限制了直升机飞行速度进一步提高。推力复合式构型通过增加辅助推力装置实现直升机高速飞行，但推力装置在直升机悬停和低速巡航模式时不发挥作用，增加了直升机重量。完全复合式构型既增加辅助升力和辅助推力装置，在提高直升机速度方面比前两者效率更高，但也结合了二者的缺点。因此对于复合式高速直升机3种技术的研究在同步进行，研制出了X2、X3、S-97等多种复合式高速直升机。

2.2.3 倾转式高速直升机技术发展动向分析

倾转式高速直升机主要分为倾转机翼和倾转旋翼2种，2000—2020年间倾转机翼和倾转旋翼技术的相关文献数量分别为328篇和2703篇，占比分别为10.8%和89.2%，2种技术相关文献数量的变化趋势如图7所示。

图7 倾转机翼和倾转旋翼技术2000—2020年间相关文献数量变化趋势图

由图7可知，倾转机翼的相关文献数量在2000—2014年间维持在每个区间30篇左右的水平，没有明显变化趋势，而在2015—2020年增加到每个区间100篇左右，有较为明显的增长。倾转旋翼相关文献在2000—2020年间则有明显的增长趋势，从2000—2002年的234篇增加到2018—2020年的500篇，有较大增幅。

综合来看，在倾转高速直升机方面，国外在近21年主要研究热点是倾转旋翼方向，且发展趋势良好，而倾转机翼研究文献数量较少，但近些年也有加快发展的趋势。这点符合实际情况，随着V-22倾转旋翼机进入使用，标志着倾转旋翼技术发展成熟，并衍生出目前的V-280、“ERICA”等倾转旋翼方案。而典型倾转机翼类高速直升机是上世纪60年代的X-22倾转翼飞机，后续则较少出现该类型高速直升机。

2.2.4 停转式高速直升机

停转式高速直升机主要分为停转旋翼和收缩旋翼，2000—2020年停转旋翼和收缩旋翼的相关文献数量分别为237篇和76篇，占比分别为75.7%和24.3%，2种技术相关文献数量的变化趋势如图8所示。

由图8可知，停转旋翼相关文献数量在2003—2005年间相较于上个区间有较大增幅，但随后进入波动状态，没有明显变化趋势。收缩旋翼相关文献数量在2000—2020年变化趋势与停转旋翼大致相同，但整体数量较少。

图8 停转旋翼和收缩旋翼技术2000—2020年间相关文献数量变化趋势图

由上述结果可以看出，国外停转式高速直升机的研究热点主要集中在停转旋翼上，停转旋翼构型有一副既可以高速旋转作为旋翼，又可以锁定作为固定翼的主旋翼，实例机型有S-72、X-50A等。收缩旋翼构型是利用带有曲度的盘翼作为高速飞行的升力面，翼盘上装有若干能伸出和收缩的桨叶，用来垂直起降和悬停，但由于盘翼的气动性能有限，实现起来比较困难，因此相关研究较少。

3. 结论

通过对国外高速直升机相关技术开展基于文献计量的技术监测分析，获得了国外高速直升机4个方面的发展动向：（1）复合式和倾转式高速直升机是当前高速直升机发展的热点；（2）复合式高速直升机中的3种构型都是当前发展的重点；（3）倾转式高速直升机当前主要发展方向是倾转旋翼式构型；（4）停转式高速直升机当前发展较为缓慢，其中停转旋翼构型是较主流的研究方向。

目前世界上比较成功的高速直升机构型主要是倾转旋翼和共轴刚性旋翼复合式2种，这2种构型具有不同的技术特点和优势，适用于不同的任务模式，如美国的V-280、SB-1、欧洲的X3等。该点与本文的技术监测结果一致，表明对国外高速直升机技术的监测结果具有一定的实用性。高速直升机是直升机领域新的制高点，我国早在2012年，就开始立项研究共轴双旋翼高速直升机，“十三五”期间也有对高速直升机的研究项目，虽然与欧美国家的技术相比还有不小的差距，但同时也是我国赶超世界先进水平的一个好的切入点。未来可以进一步优化本文中基于文献计量的技术监测分析方法，监测国外高速直升机细分领域的先进技术，为我国高速直升机技术发展提供更加全面准确的情报信息，为我国高速直升机发展贡献力量。