俄罗斯直升机技术研究的学科动态、前沿选题及其启示——基于俄罗斯《直升机工业》杂志的内容分析

冯一凡

（中国直升机设计研究所，江西景德镇 333000）

1.《直升机工业》杂志概况

俄罗斯《直升机工业》杂志由俄罗斯直升机工业协会于2006年创立，每年出版6期，综合报道俄罗斯和其他国家直升机工业、军民用直升机产品和直升机技术发展的水平、动态、方向趋势和重大成果，并进行权威分析。

本文之所以选择《直升机工业》作为研究对象，主要基于以下两点理由：一方面，《直升机工业》杂志是俄罗斯直升机领域的著名组织“直升机工业协会”主办的权威杂志，虽然立足俄罗斯，但是在世界范围内享有声誉。俄罗斯直升机工业协会于2006年12月14日在莫斯科举行的成立大会上成立。会议组委会负责人米哈伊尔·卡扎奇科夫说：“成立直升机工业协会的主要目的是协调国家、专业团队和企业共同发展国内外市场，在制定俄罗斯直升机发展构想方面建立更紧密的合作机制，并制定与直升机飞行安全有关的立法倡议[1]”。另一方面，虽然创刊时间较短，但它是俄罗斯直升机行业的信息引领者，以其内容丰富、信息覆盖面广、综合性强、技术跟踪及时、针对性强、权威性高以及图文并茂、全彩色的精美印刷深受国内外读者的喜爱，拥有广泛的读者群。因此，《直升机工业》杂志在俄罗斯直升机研究领域具有较高的代表性。

本文选择《直升机工业》在2006—2020年刊发的文章作为研究对象，一则可以确保足够的研究样本，减小分析误差，二则可以较为全面、准确地展现俄罗斯直升机研究的现状和趋势。

2.《直升机工业》杂志的特点

2.1 设置的灵活性

《直升机工业》作为专业性杂志，刊载的文章都具有极强的专业性，但是它不会给读者留下刻板、晦涩的印象。这主要是因为《直升机工业》在主题的选择、栏目的设置等方面一直都比较灵活。《直升机工业》的编辑们可以根据版面或新闻内容等情况的需要，灵活安排栏目的顺序。甚至根据社会生活发展的需要，设置一些时新的，更加吸引读者眼球的栏目，比如从2017年起，杂志新增了“未来技术”栏目，对无人驾驶系统、3-D技术等近些年新兴技术进行探讨。也可以根据社会生活的发展，改革那些渐渐没有读者市场和缺乏新意的栏目。2019年杂志还出版了中英版特刊，聚焦中俄在直升机领域的合作，专门报道了“新型中俄重型直升机AHL”项目，指出这是一个互惠互利的合作项目。

2.2 分析的深刻性

《直升机工业》上刊载的文章通常围绕直升机领域某一方面的热点问题或话题来展开，集中火力进行深入挖掘，同时结合现实的实际情况进行审视，力图通过对客观事物多侧面、多角度、全方位的透视，发现其最本质、根源性的东西，加强文章的深度和广度，对读者具有现实上的指导意义。比如，2007年第1期的《医疗应用》中全面、深刻剖析了航空医疗的原理、历史发展与现状，以及直升机应用于空中医疗的优势与未来。2010年第5期中《无人飞行的幻想与现实》不仅分析了无人驾驶的优势与前景，还结合俄罗斯国家现状深度剖析了无人驾驶的现实局限，指出俄罗斯当前不存在保障无人机适航认证、安全标准、保险、专家培训及各种许可证发放的法律和法规，也没有确保无人机安全运行的规章制度，并且如何将无人机系统纳入统一的国家空中交通管制系统都是需要解决的问题。

2.3 内容的实用性

《直升机工业》杂志的实用性体现在它会针对社会某一方面的迫切需要，结合社会的焦点事件或广大读者最关心的某一问题，在直升机领域进行专业的分析和透视，给出专门的意见和建议。为此《直升机工业》设置了一个专门的栏目—“建议”，根据直升机行业的热点问题或者亟需解决的难题提出一些解决方法，为读者提供借鉴和参考。比如，2017年第4期的《提高视力—经济又安全》重点介绍了霍尼韦尔EVS / SVS系统，称这些新技术能为飞行员提供增强型视觉效果，减少恶劣天气导致的成本和安全问题。2018年第1期的《再次关乎安全问题》聚焦直升机驾驶中的安全问题，指出“直升机行业的致命事故大多源于错误的‘飞行本能’，即在初期培训和定期训练中数月甚至数年前形成的技能”，并总结了可以拯救生命的四大关键技术：轻型直升机自动驾驶仪、自动失能牵引保护系统、飞行数据监测设备和视觉增强技术，具有很大的实用性。

2.4 议题的时效性

《直升机工业》杂志总是紧跟实事热点，报道直升机领域的最新动向与成果，具有新闻时效性。杂志的“主要事件”栏目就是用于报道临近发生的行业大事件，比如2018年第2期报道了“HeliRussia 2018”，对展会上展览的直升机、装备、技术以及论坛、辩论、圆桌会议等进行总结，第3期则报道了国际技术论坛“Innoprom-2018”。2020年第3期的《市场概况：流感对直升机行业的影响》则以目前引起全人类担忧的新冠肺炎疫情为背景，分析直升机行业在新冠大流行中的表现，对国内外直升机行业的总体情况（订单、收益等）进行解读。同一期的《“军队-2020”：直升机升级》还对“军队-2020”国际军事技术论坛进行了全面的报道，介绍了俄罗斯直升机公司在论坛中展示的经过现代化改装的米-171SH“风暴”军用运输直升机。

3. 直升机技术研究的热门领域和新兴领域

因篇幅所限，本文无法展示《直升机工业》杂志中的所有研究主题，因此选取了6个较有代表性的直升机研究的热门领域和新兴领域进行解读，分别是飞行安全、医疗直升机、无人直升机、eVTOL技术、3D打印技术和数字孪生技术。如图1所示，从折线图中不难发现，飞行安全，医疗直升机和无人直升机领域的研究在15年间一直关注度很高，相关文章占比均大于5%，且呈现持续上升的趋势。eVTOL技术，3D打印技术和数字孪生技术则是近几年研究的新兴领域，在2006—2010年间杂志上并无刊载相关的文章，2010年之后它们的关注度大幅度提升。

图1 不同年份杂志选题数量变化折线图

本部分将对近年来俄罗斯直升机技术研究的热门领域和新兴领域进行逐一详细解读，以期把握当前直升机研究的学科动态和前沿选题。

3.1 飞行安全

直升机行业发展的重中之重是直升机的飞行安全，只有确保直升机的飞行安全，才能使行业取得稳步的发展，在全球范围内，直升机飞行安全始终是让人头疼的难题。各种民用飞行器中，直升机的事故率最高。据美国民航数据统计，纳入 FAR 121 部管理的大型客机每飞行10万h的事故率是0.159，一般通用航空飞机为6.22，而民用直升机则高达8.09。《直升机工业》杂志中收录了很多飞行安全相关的文章，从创刊以来此类文章的数量就处于较高的水平，2006—2010年、2011—2015年和2016—2020年相关文章的数量分别为24篇、22篇和26篇，占比分别为7.2%、8.0%和8.4%，可见飞行安全一直是俄罗斯研究者较为关注的领域。

2006年第5期的《飞行员的疲惫》一文中指出，飞行安全和飞行员的状态有着很大的关系，最新数据显示，90%的欧洲飞行员由于疲劳而犯错。这篇文章分析了影响飞行员工作负荷的因素和引起飞行员疲劳的主要原因，总结出应对负荷的策略和减轻疲劳的技术手段，认为新型的先进显示器、传感器、减振系统、夜视仪和飞行自动化设备可以增强态势感知能力，减轻飞行员的工作量。2017年第1期中的《飞行安全》以直升机H226为例，解析了飞行安全的关键要素：先进的自动驾驶仪减轻了飞行员的负担，确保在任何天气下都能同样可靠地降落。Rig'N Fly 的航电系统可以实现更安全的“一键式”降落。可拆卸油箱是执行飞行任务时的附加保险。2020年第3期的《安全重于一切》对国际直升机安全基金会（IHSF）提交的技术报告进行详细解读，指出报告中的这些技术将在未来降低事故率方面发挥关键作用。该报告借鉴了欧洲直升机安全援助网络（ESPN-R）和美国直升机安全小组（USHST）的建议，更有价值的是，这份报告是在不同国家专家的分析资料的基础上完成的。

3.2 医疗直升机

医疗直升机具有反应迅速、机动性强、飞行高度较低、受作业地域影响小的特点，必要时还可以在空中悬停。使用医疗直升机进行空中急救，是各国医疗系统完备的标准装备。时至今日，直升机医疗救援已经成为发达国家综合医疗救援体系中的重要组成部分。从折线图中不难发现，医疗直升机这一领域在直升机研究中的热度是逐年上升的，不同年段的文章数量分别为18篇、20篇和23篇，占比分别为5.9%、6.7%和7.4%。

2007年第1期的《医疗应用》便指出了城市医疗救援直升机的重要性，并对航空医疗体系的基本组成和历史发展进行分析，认为应该建立一个由各个专业和最新技术组成的统一救援网络。2013年第5期的《医疗直升机》再次强调了建立航空医疗救援体系的必要性，同时还指出，需要制定相应的法律法规和标准，规范航空医疗救援过程。2018年第1期的《拯救生命的航空医疗》对航空医疗近几年的成果进行总结：创新的数据处理系统，飞行中的心电传输，媲美911服务的空中呼叫系统……文章指出，虽然医疗航空的发展需要大量的资金投入，但是高昂的费用不应该成为医疗航空发展的阻碍，毕竟没有比人类生命更珍贵的东西了。

3.3 无人直升机

无人直升机是指在地面进行无线电遥控飞行或/和自主控制飞行的可垂直起降（VTOL）不载人飞行器，其构形上属于旋翼飞行器，功能上属于垂直起降飞行器[2]。无人直升机同时兼具直升机和无人机的特点，独特的飞行能力相较于其他类型的飞行器具有得天独厚的优势，因其不需要跑道、机场适应性较强的特点，在空中飞行时机动灵活，生存力较强[3]。进入21世纪以来，随着无人直升机系统核心能力技术的研究突破，无人直升机得到前所未有的发展，无人直升机研究也成为一大热门领域。在《直升机工业》杂志中相关文章的数量在2006—2010年、2011—2015年和2016—2020年分别为15篇、19篇和22篇，占比为5.0%、6.3%和7.1%。

2010年《直升机工业》杂志就这一热点问题展开了讨论，重点关注俄罗斯无人直升机的应用前景与现实限制条件，并以日本和美国的无人机发展为例，剖析了俄罗斯无人直升机发展的规划，认为无人直升机技术不可能在孤立于世界市场的情况下得到发展，应该利用其他国家的先进技术和成就。2017年第1期的《停滞不前还是新一轮的演变？》则聚焦空客公司的CityAirbu项目，探索无人驾驶技术在现实生活中的应用。2018年第1期的《无人机未来》中指出，毫无疑问，无人机时代已经来临，无人驾驶技术的发展推动着经济的发展，但是现有的很多因素也限制着行业的发展，比如缺乏规范无人机运行的统一法律框架。文章还具体介绍了一些国家的无人机管控措施：在美国，无人机不允许直接在人的上方、120m以上的高度和飞行员的视线之外飞行，而飞行员本人也必须获得专门的证书；瑞士航空服务提供商Skyguide和美国圣塔莫尼卡航空航天公司AirMap宣布了在欧洲开发无人机交通管理系统U-space的倡议。显而易见，只有解决一系列问题，才能在无人直升机领域取得真正的突破，而文章作者认为俄罗斯也应该吸取欧洲和美国在无人驾驶管控与安全方面的经验。

3.4 eVTOL技术

电动垂直起飞和着陆（eVTOL）飞行器是近年随着城市交通发展而产生的新颖飞行器，通常采用非常规设计将空气动力学和电动推进技术更紧密地结合在一起。美国垂直飞行协会认为，eVTOL技术是自75 年前直升机诞生以来航空业最重要的技术变革之一，可能比涡轮发动机的出现更具有革命性。根据该协会在线发布的“世界电动垂直起降（eVTOL）飞行器目录”显示，目前全球从事eVTOL开发的项目已经多达到了260 余项。俄罗斯也逐渐加大了对eVTOL技术研究的关注度。2010年以前《直升机工业》杂志上并未刊载相关的文章，2011—2015年刊载了6篇，2016—2020年这类文章的数量显著增加，为15篇，占比为4.8%。

2019年第6期中的《eVTOL会不会不再是玩具？》主要对eVTOL技术发展的限制进行探讨，指出从飞行技术参数的角度来看，eVTOL飞行器仍是玩具，由于其动力剖面复杂，仍缺乏方法进行eVTOL的航程计算，且这些飞行器的发展在技术上很大程度取决于电池技术的发展。但除了技术原因，eVTOL飞行器的发展还取决于城市空中交通配套体系的发展，包括自主飞行、集群空管、适航、停机坪建设、充电设施、城市规划等综合因素。2020年第3期的《无人机技术概览》主要对全球eVTOL飞行器市场进行解读，指出eVTOL技术领域的革命性发展正在加速，在过去的30个月，垂直飞行协会（VFS）收录的eVTOL目录以每年100个条目的速度得到了补充。由此可见，虽然目前仍存在许多制约eVTOL发展的因素，但是其前景是广阔的。

3.5 3D打印技术

当前，3D 打印已经成为提高航天器设计和制造能力的一项关键技术，其在航空航天领域的应用空间正逐步拓宽。在 3D 打印技术的推动下，直升机零部件的制造工艺得到了新的提升。从折线图可以看出，在2006—2010年和2011—2015年杂志中该技术的研究为空白，2016—2020年文章数量由0增加到8。

3D打印技术的研究在俄罗斯虽然起步较晚，但是发展比较迅速。2017年第1期《3D打印的真相》为读者展示了3D打印技术的市场现状。俄罗斯直升机公司在2016年展示了这一领域的最新成果：Innoprom-2016展会上展出了安萨特轻型多用途直升机的尾桨控制滑块，该滑块有3种版本：一种是传统方法，通过机械加工；另外2种是具有仿生设计的零件。与传统方法制作的零件相比，3D打印机打印出的零件重量减少了近一半。根据俄罗斯工业和贸易部的指示，俄罗斯直升机公司正在积极将使用3D打印制成的设备零件引入生产中。同时文章还介绍了其他世界著名直升机公司在这一领域的进展，比如莱昂纳多公司率先使用增材制造作为设计评估工具，现在该公司已经在基本直升机模型中使用3D打印零件。3D 打印技术在直升机领域的应用已经取得了一定的成果，与此同时还面临着一些挑战。作者指出在直升机制造中进一步推广3D打印技术的主要问题是对使用3D打印制造的结构部件进行认证，大型零件批量化生产难度大、产品的疲劳强度等性能难以充分满足适航条件、缺乏统一的制造和校验标准等，都影响着 3D 打印在直升机领域的实际应用。然而，这一领域的科技攻关仍在继续，无论如何，优化3D打印的许多流程并降低其成本将会对业界产生积极影响，将使它在瞬息万变的时代中更具活力。

3.6 数字孪生技术

数字孪生技术是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。2013年，美国空军发布《全球地平线》顶层科技规划，将数字孪生称为“改变游戏规则”的颠覆性机遇。2017年11月，美国武器生产商洛克希德-马丁公司将数字孪生列为未来航空航天与国防的6大顶尖技术之首。该技术在俄罗斯的研究起步较晚，2016年之后《直升机工业》杂志中才出现了相关的文章，迄今共5篇。

2019年第6期的《数字镜面》中便对数字孪生技术进行探讨，主要介绍了俄罗斯在这一领域取得的成果以及前景预测。文章指出，在发动机制造、运输行业、机械工程和天然气行业都需要该技术。2017年，俄罗斯卡马汽车厂与西门子（数字孪生的全球领导者）签订了合作伙伴协议，旨在向数字化迈进，并将工业4.0解决方案引入生产流程。在设计阶段使用这种技术，可以快速找到并纠正零件几何形状中的错误，而且在操作过程中，虚拟图形环境有助于快速识别潜在故障和事故的风险，降低维护成本。文章还重点关注了数字孪生技术在发动机行业的应用，认为在发动机行业中引入数字孪生具有重要意义。俄罗斯航空发动机行业计划在2024年完成数字孪生技术引入工作，计划通过开展模拟真实条件下虚拟试验、开发高保真验证模型、采用专门的计算结果分析方法来提高测试质量，减少试验项目[4]。

从整体上看，《直升机工业》所涉及的研究主题是很广泛的，更是与时俱进的。在文章的收集上呈现出开放和交叉的特征，除延续飞行安全等经典主题之外，还有很多新兴议题，如eVTOL技术、3D打印技术等，体现出俄罗斯研究者在加强学科建设上所做的努力。

4. 结论

《直升机工业》就像一支璀璨的万花筒，映射出耀眼的智慧之光，可以说它是直升机工业发展的一个资料库，其所载数百篇文章为我们理解近年来直升机行业的发展提供了清晰的导航，透过《直升机工业》杂志，我们能鲜明地感受到直升机行业的蓬勃发展之势。

本文总结并提炼了近15年《直升机工业》所载内容的热点问题及前沿选题。《直升机工业》所展现出来的信息，对我国直升机产业的发展具有一定的启发和借鉴作用。基于对《直升机工业》所载数百篇文章的内容分析发现，俄罗斯研究者在关注飞行安全、医疗航空等传统领域的同时，开始探索3D打印、数字孪生等新兴领域。对此，我国直升机领域的研究者应当以开放和融合的心态，既关注于经典的传统议题，也要关注新兴的前沿议题，积极开拓多元化、交叉研究领域。此外，直升机产业是一个充满活力、丰富多彩的广阔领域，其中有很多国内外学者不同的观点和方法。为此，我国学者应以宏观视野和国际化为导向，不仅要从本国学科内部汲取研究资源，还要积极探索、勤于借鉴，参照西方既有的大量文献资料，以完善和充实我国直升机研究的理论和方法，辅助我们攀登高峰，更清晰地看到科学研究的全景模式。