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航空工业的先驱设计师们经过长期研究和实践，确立了直升机旋翼的四种主要布局——横列式、纵列式、共轴式和交叉式，形成了今天直升机大家族百花齐放、争奇斗艳的繁盛景象。其中，纵列式双旋翼直升机以其独特的优越性，获得了美军的青睐。

20世纪60年代，美国军方相继获得了波音公司研制的CH-46和CH-47两种纵列式双旋翼直升机，优良的性能以及在各种复杂恶劣环境下的适应能力让美军对这两种直升机爱不释手。接下来的几十年里，波音公司一直为美国军方改进CH-47，各种新技术、新材料层出不穷。

从CH-47A/B/C到最新的CH-47F，让这型问世几十年的老直升机仍旧焕发出崭新的活力。面向未来，在可预见的时间里，CH-47家族仍将在美军中继续服役。

旋翼，顾名思义，可以理解为旋转的机翼，其概念最早可以追溯到中国古代书籍中描述的一种木制玩具——竹蜻蜓。用手搓动它使其旋转就可获得一定的升力，从而能够飞到一定的高度。这种玩具的灵感可能来源于一些树木的种子，这些种子的奇特形状使其在空气中落下时就会旋转起来。

到15世纪末期，达芬奇用他高超的绘画技艺向我们展现了一种直升机的设计方案，图画中的飞行器具有一个螺旋面，按照达芬奇的设想，这样的螺旋面以正确的方向旋转起来就会像螺丝一样获得向上“钻入”空气中的动力。

达芬奇构想中的旋翼机

自此以后，人们提出了许多关于飞行的设计方案，但由于缺少合适的动力来源和对升力产生机制的了解，真正实用可行的飞行器一直没有被制造出来。直到19世纪内燃机的发明和完善为飞行器的设计提供了可靠的动力来源。

与固定翼飞机类似，旋翼飞行器也依靠与空气的相对运动来获得升力。不同的是，旋翼飞行器依靠对称分布的多个叶片的绕轴高速转动来实现对空气的相对运动，从而可以在获得升力的同时保持机身一定程度的静止，实现悬停的状态。这是旋翼飞行器的一个明显的特点和优势。

法国航空先驱阿蒙科特被认为在其1863年的一本专著中发明了“helicopter”一词。另外他还曾设计建造了一架蒸汽动力的共轴双旋翼机模型，但是这架模型机没能飞起来，现在存放在法国航空博物馆。一般认为，法国的布雷哥特兄弟在查理教授的带领下，设计建造了世界上最早的旋翼航空器。

阿蒙科特提出的共轴旋翼机方案，可以被看做是对达芬奇思路的发展。

1907年8月24号，这架旋翼机成功地“飞”到了60厘米的高度，还是在4名助手帮助实现稳定的情况下。这架被称为“旋翼机一号”的航空器的机身实际上只是一个开放的框架，具有四副旋翼。一条对角线上的一对旋翼沿顺时针方向旋转，另一条对角线上的则逆时针转动。这架机既不可控也不可操纵，但这是第一次一架旋翼机成功地把自己和一名驾驶员抬升到了空中。

布雷哥特兄弟的“旋翼机一号”，它能飞0.6米高，还需要有人在地面手扶稳定。

之后，布雷哥特兄弟又设计了第二架“旋翼机”。这架带有两副旋翼和一副固定机翼，它成功地飞行到大约4米的高度，但是在着陆时损坏了。此后，他们一度放弃了设计。

法国人保罗·克努是一名自行车制造商和工程师，他设计了第一架真正的旋翼飞行器，并在1907年11月13号成功进行了无系留试飞。这架飞行器具有两个纵向布置的沿相反方向旋转的旋翼，在第一次20秒的飞行中成功飞到了30厘米的高度。但是它不具有很好的操纵性，在几次飞行后即被废弃。克努之后继续研究，提出了许多与旋翼机相关的技术概念，但没有制造任何新的机型。

自行车工程师保罗克努的旋翼机平台，它怎么看都更像自行车，而不是飞机。

在美国试飞的第一架直升机则是由埃梅里·伯林纳设计、由约翰·威廉姆斯制造的，在1908年成功进行了首飞。这架直升机采用共轴反转双旋翼，由一台36马力（24.5千瓦）的引擎驱动，据记载，威廉姆斯乘坐这架直升机成功抬升到了0.9米的高度。伯林纳在20世纪20年代继续建造了其他的直升机，但没有一种投入大规模生产。

伯林纳设计的共轴双旋翼直升机，它能飞0.9米高。

法国人艾提恩在1921年完成了一次成功的直升机飞行。他在1922年提出了一种新的航空器设计，具有垂直安装的小旋翼和巨大的水平旋翼，其中较小的旋翼发展成了后来的尾旋翼。艾提恩同时也是专门从事昆虫翅膀功能研究的生物学家，特别是对蜻蜓的研究，引发了后来对柔性旋翼叶片构造的进一步研究。

波兹萨特博士是一名来自俄罗斯的教授。作为科学家和数学家的他来到美国后发表了第一篇关于旋翼飞行器空气动力学的论文。在1921年，他收到了来自美国军方的保密合同，要求他设计一种试验性的直升机。他和助手在俄亥俄州的代顿市设计并建造了一架被称为“飞行章鱼”的飞行器。它有4副直径6米、由6个叶片组成的巨大旋翼，安装在十字型桁架的4个端点处。每副旋翼的叶片桨距独立可调，可以分别进行总距操作。

波兹萨特的“飞行章鱼”，该机实现了空中的稳定悬停。

这架直升机在1922年12月18号进行了首次飞行，整个飞行持续了不到2分钟，飞到1.8米的高度。在接下来的两年内又进行了超过100次飞行。在换装了更加强大的引擎后，试飞证明这架直升机具有很好的稳定性，但从未达到超过9米的高度。它还需要有利的风向来实现向前飞行。在花掉将近20万美金后，军方取消了这一项目。直升机被认为是不够强大，反应迟缓、机械复杂、操作起来难度还挺大。

直到1933年，世界上第一架纵列式双旋翼直升机才真正实现首飞。它是由俄罗斯工程师弗洛林设计的。其两副旋翼采用了同向旋转的方式，依靠二者朝相反方向的轻微倾斜来抵抗反作用扭矩。1933年，弗洛林驾驶这架直升机实现了不到10分钟，高度4.5米的飞行。但他的设计后来遭遇了诸多困难，研究工作中断，这架机器也在二战中被毁坏了。

弗洛林与他设计的纵列旋翼机。该机已初步具备了后世同类机型的特征。

20世纪30年代，重新回到旋翼飞行器研究领域的布雷哥特设计了一架试验性的直升机Gyroplane Laboratoire，直译过来就是“实验型旋翼机”。这是一架共轴双旋翼直升机。两副旋翼反向旋转，一副的旋转轴安置在另一副的旋转轴内部，每一副旋翼都抵抗另一副旋翼产生的反作用力矩。1933年进行了首次飞行，但在测试中严重损坏，到1935年又开始了飞行试验。

在这架直升机上，第一次采用了周期变距操纵来实现飞行侧向和前后方向的移动，以及采用总距操纵来实现垂直方向的移动。到1936年测试末期，这架直升机已经可以做到留空超过一小时，表现出了很好的操控性。

布雷哥特的“实验型旋翼机”

二战时期，德国的福克教授利用一架Fw-44教练机的机身改装出了一架试验机Fw-61，主要的改造是在机身左右两侧横向布置了两副旋翼，由机身头部原有的星形发动机驱动。同时该发动机还带动一个小螺旋桨，用来提供冷却气流，此项设计一共建造了两架原型机。

采用横列双旋翼+常规螺旋桨混合动力布局的FW-61

福克后来成立了一家公司Focke-Achgelis，并提出了新的Fa-61设计方案。之后进一步发展了Fa-223（第一个生产型直升机）和Fa-266(运输直升机）两型直升机。Fa-223只生产了20架，其中一架还在战争中被英国俘获。在1945年飞往英国的过程中它成为了第一架飞越英吉利海峡的直升机。

横列双旋翼布局的FA-223，该机在二战期间已投入使用。

在美国，伊戈尔·西科斯基极大地推动了日后可以称为直升机标准布局的单旋翼带尾桨类型直升机的发展和生产。在20世纪30年代末期，时任联合飞机公司“沃特-西科斯基”分部的工程部经理的西科斯基设计并建造了VS-300。该型机使用了用一台引擎同时驱动主旋翼和尾桨的设计方案。1941年5月，VS-300成功实现留空1小时32分钟，打破了由Fa-61保持的世界纪录。

VS-300直升机

与此同时，西科斯基还进行了世界上第一架生产型直升机R-4的研究工作。1943年8月，西科斯基公司的R-5原型机进行了首飞，1946年放大版的S-51成为了第一型商用直升机。1943年10月，作为R-4改进型的R-6原型机也进行了首飞，在1946年开始交付美国军方。

H-5是西科斯基研制的第二代量产直升机，军方编号H-5，公司编号S-51，主要用于军事运输与救援任务。

1938年，哈维兰·普拉特和劳伦斯·拉帕吉成立了普拉特-拉帕吉飞机公司。拉帕吉曾专门飞往德国与Fw-61的设计者见面。但由于美德关系的恶化，会谈被迫中止。为竞标美国军方的旋翼飞行器项目，拉帕吉继续他们自己的横列双旋翼直升机的设计工作，最终给出了与Fw-61类似的设计方案XR-1。

在与西科斯基的单旋翼方案的竞争中，XR-1最终获胜，在1941年5月赢得了军方的合同。XR-1方案为双座机，通过传动系统将动力传输到旋翼。传动系统的设计则使用了一种类似汽车上的差动器。项目团队中的一个年轻的工程师并不赞同这样的设计。在一次由差动器故障导致的坠机后，年轻的工程师辞去了职位，他叫弗兰克·皮亚塞茨基。

普拉特拉帕吉公司的XR-1，它的机身布局类似FA-223，座舱类似R-5。

尽管西科斯基的单旋翼直升机在美国军方的服役期间取得了成功，但这些直升机在载重和重心允许变动范围上仍然有很多限制。

皮亚塞茨基辞职后，西科斯基公司修复了那架损坏的XR-1。但它又在1943年的一次飞行测试中坠落。第二架原型机XR-1A在1944年10月也发生了坠落事故，随后被废弃。多年的测试后，军方最终在二战末期取消了和普拉特-拉帕吉公司的合同。损坏的XR-1A被修复后辗转多手，最终被皮亚塞茨基购得。

皮亚塞茨基1919年10月24日出生于宾夕法尼亚州的一个波兰移民家庭。他在宾夕法尼亚大学学习机械工程，1940年21岁的时候获得了纽约大学航空工程学士学位，同一年，和宾夕法尼亚大学的其他年轻工程师一起创立了PV公司(1946年改名为皮亚塞茨基直升机公司）。

他们的第一件作品PV-1直升机就采用了与众不同的设计，单旋翼不带尾桨，利用新潮的涡轮引擎的喷射气流来提供反扭矩的力，但是由于设计太过超前，计划采用的涡轮引擎技术还不可靠，PV-1最终没有制造出实机。

之后的PV-2上，他们回到了比较传统的设计，采用了单旋翼带尾桨方案，在1943年4月进行了首飞。PV-2的设计获得成功后，皮亚塞茨基为了推广这型直升机，驾驶着它四处做飞行演示，甚至降落在加油站，让工作人员给他的飞机加满油，顺便擦擦挡风玻璃，俨然一副开着豪车兜风的排场。

正驾驶自己设计的PV-2进行展示飞行的皮亚塞茨基

皮亚塞茨基的辉煌不会仅仅停留在此。在PV-2的成功演示之后，1944年1月，PV公司接到了美国海军的开发合同，要求完全重新设计一种直升机，基本要求是能有817千克的载重能力。

技术发展到这个时候，人们已经有足够的经验来总结不同旋翼布局的优劣了。

转动着的旋翼不可避免地要对驱动它的发动机产生反作用力矩，而发动机一般安装于机身上，力矩最终传到了机身，让机身不自主的打转。如果不采取抵抗力矩的措施，整个直升机将无法飞行。四种布局形式都需要解决这一问题。

单旋翼布局用尾桨来反力矩，可这样的尾桨不仅带来了安全问题，还白白消耗着发动机功率。不增加任何升力却带来了额外的阻力，一切代价只是为了反力矩。当直升机被设计得越来越大和越来越快的时候，尾桨只能相应增大尺寸，使旋翼的缺点也得到了放大。

双旋翼的设计用反转的两个旋翼来相互抵消反作用力矩，的确是很好的设计，但双旋翼运转的相互协调同样是难点。在共轴式上，不仅共轴的机械装置复杂，两副旋翼还需要间隔足够的距离，防止相互碰撞，结果增加了阻力，损失了升力。在横列式上，横置的双旋翼极大地影响着横滚稳定性。

但皮亚塞茨基在XR-1项目工作期间曾注意到，XR-1在侧向飞行时表现更好，由此产生了将双旋翼纵向布置的设计思路。

自信的皮亚塞茨基在工作室与它的作品们合影，此时正是他在业界的“巅峰期”

纵列式同样具有系统复杂、维修工作量大等问题，却又有着自身独有的优点。由于有两个旋翼产生升力，每一旋翼的尺寸可以缩小，可以更多的场合起降。两个旋翼可以做到不安置在同一水平面上，从而相互有重叠，这样就可以缩短机身，整体布局更加紧凑。通过调节两个旋翼的升力比，可以使得机身向前或向后倾斜，这种额外的前倾方式可以让直升机更快地转入水平前飞状态。纵列式直升机还可以做到前机身悬停，尾部搭在一些突起高地上，为在一些特殊地形的人员进出提供便利。

于是，皮亚塞茨基结合了PV-2项目中收获的经验和在XR-1项目中的经历，与PV公司推出了设计合同的原型机，即采用纵列双旋翼设计的PV-3。皮亚塞茨基将后部的旋翼设计成高于前部旋翼所在平面，从而消除了前旋翼产生的、吹向后旋翼进而影响稳定性的下洗流，这一设计为纵列式布局赢得了更多认可。

1945年3月7号，PV-3进行了首次飞行。1946年又制造了两架改型机，随后，其被赋予了XHRP-1的名称。1947年改名为HRP-1，开始进行一共38架的批量生产。HRP-1一直服役到50年代中期，其鲜明的外形特点很快赢得了“飞行香蕉”的绰号，并在后面皮亚塞茨基设计的纵列式直升机上一直沿用。采用金属蒙皮的改进型也被开发出来，称为HRP-2。

美海军陆战队使用的HRP-1直升机一直服役到朝鲜战争结束。

1945年，美国海军提出需要一种能从航母、战列舰和巡洋舰上起飞的紧凑型救援直升机。皮亚塞茨基的纵列式设计方案XHJP-1获胜，批量生产后命名为HUP-1。其能够搭载两名机组成员和四到五名乘客。到1954年7月，总共有269架HUP和70架陆军的H-25A交付。HUP-1是海军最初赋予的编号，其后续的升级型一开始也被依次称作HUP-2，HUP-2S和HUP-3。但随后HUP-3被称为H-25B，1962年又改称H-25C。

博物馆中陈列的H-25，这是皮亚赛茨基最成功的两种双旋翼机设计之一。

H-21一开始是由皮亚塞茨基为美国空军开发的一款北极救援直升机，基本使用了HRP-2的配置布局，1952年实现首次飞行。美国空军订购了32架H-21A搜救直升机和163架动力更为强劲的H-21B运输直升机。美国陆军则订购了H-21C，其具有1816千克的吊重能力。

1956年，美国空军使用H-21创造了两项世界纪录——447千米每小时的速度记录和6633米的高度记录。1956年，一架美国陆军的H-21C完成了首次横跨美国的连续飞行，历时37小时。从1954年到1959年，一共生产了707架H-21，其中150架出口到西德、加拿大、法国和日本等国。1961年11月，32架陆军的CH-21第一次部署到越南。

上世纪50年代，一群演习中的美国陆军士兵正在跑向H-21。

CH-21在战斗中试验了很多新型直升机军事行动，成为了越南战争中美军首要的兵员运输工具。战争中，CH-21开始加装防护装甲，配备机枪用以自卫。1962年7月，在老挝越南边界附近的昆嵩省，一架CH-21C被击落，造成了越南战争中美军的首次伤亡。

1964年，采用涡轮发动机的“休伊”UH-1开始取代CH-21成为新的运兵直升机，到1965年底，大部分CH-21直升机从美国陆军和空军中退出现役。

H-21到越战初期仍是美国陆军的主力运输直升机机型

为满足空军对搜寻轰炸机飞行员的远程搜救直升机的需求，皮亚塞茨基启动了YH-16的研发，1953年10月23号实现首飞。YH-16是当时世界上最大的直升机，安装有直径达24.6米的旋翼。机身尺寸与DC-4运输飞机相当，能够承载40名乘客或6356千克的货物。

还曾设计了一种安装有较高起落架的版本，以便加装可拆卸吊舱。首架机YH-16由两台普惠R2180引擎提供动力。第二架原型机YH-16A则安装有两台阿里森T38涡轮轴发动机。第三型设计YH-16B计划采用两台艾利森T-56涡轮轴发动机，但1955年12月YH-16A在一次试验飞行中的坠毁导致整个项目被取消。

略显巨大的H-16，这款大型搜救直升机的布局已经有了“支奴干”的影子。

朝鲜战争证明了直升机具有十分广泛的用途和显著的效用。但是一直到50年代中期，传统往复式发动机限制着直升机能力的进一步提升。正如对固定翼飞机来说是一场革命，涡轮轴发动机对于直升机来说，同样是一场革命。

1956年，皮亚塞茨基在与公司董事会大吵一架后辞去了主席职位。皮亚塞茨基直升机公司改名为维托尔Vertol(意为“垂直起降”）飞机公司。刚刚成立不久，新公司即启动了新型涡轮动力直升机的研究。他们认为这类直升机具有的性能应该是美国军方需要的。

维托尔的初步设计部门主任托马斯·佩普和军方专家进行了深入交流，了解到军方真正想要的是一架能顶得上2个半卡车的运输能力的飞机。维托尔的设计团队继续和军方人员深入交流，逐渐明确了主要设计要求，提出了大约300种设计方案，最后得出结论，纵列式双旋翼是唯一能够满足这些要求的布局形式。

1957年7月，维托尔正式向军方阐释了Vertol107直升机项目的三步走战略。首先，基于H-25和H-21建造一架技术验证机。然后，利用从Vertol 107获得的经验和数据设计新的旋翼和动力系统。最后，设计一架新型的军用中型运输直升机Vertol 107-1。

Vertol公司在1957年5月开始了第一架Verto1107原型机的研制，1958年4月22号首飞，这架原型机被命名为YHC-1。随后维托尔公司收到10架Vertol 107的初步合同(这批直升机被命名为YHC-1A）。1958年6月25号，美国军方宣布开始军用中型运输直升机的竞标，五家公司提交了自己的设计方案。1959年3月4号，军方最终宣布选择维托尔公司，给了10架的订单。

正接受美军测试的YHC-1A，它就是后来的波音107/CH-46项目的原型机。

但是美国陆军认为YHC-1A用于攻击行动来说太重了，用于运输又太轻了，因此同时要求设计一个更大的版本。维托尔公司于是开始Vertol107-1的设计，后来定名为V-114。1959年6月，维托尔收到了5架V-114原型机的生产合同，生产型V-114后来被命名为YHC-1B。

维托尔公司在107方案基础上放大设计的YHC-1B方案原型机

这样一来，维托尔公司同时进行着两种直升机的研究和生产，公司应对能力有所不足，导致了波音对维托尔的收购。1959年11月，维托尔和波音公司宣布正在协商收购相关事宜。1960年3月，维托尔公司成为了波音的一个分部。

一些较小的YHC-1A受到海军陆战队的欢迎。在一番改进后最终被美国海军和海军陆战队采用，命名为CH-46“海骑士”，主要担任运输物资和人员的任务。海军陆战队主要用它把部队从舰上运到岸上，再从驻扎地运到作战位置。海军则主要使用它把装备运到舰上或执行搜救任务。

“海骑士”在服役过程中不断进行升级，陆战队的大部分CH-46最终升级成CH-46E。

军方对最初5架YHC-1B原型机的合同进行了修改，增加订购了5架标准生产型号的YHC-1B（后被命名为HC-1B）。1961年，维托尔收到了第二份生产合同，要求额外生产18架HC-1B。1962年7月，所有的YHC-1B和HC-1B被分别命名为YCH-47A和CH-47A“支奴干”。它后来又发展出B、C、D等型号，目前仍在进行现代化改装。

CH-47是美军主要的运输直升机，也是唯一的中型运输直升机。CH-47D型是现今美国陆军空中运输的主力，最新的CH-47F也已经在2006年完成组装，逐步交付部队。（未完待续）