作者：丁尹 出品：旋翼飞行器弁言到底怎么样才能造出一架真正实用的直升机呢？上世纪早期的发明家们都不知道这个问题的答案。
他们打造了各种各样的直升机，可是这些直升机要么只能上天飞个十几秒钟，要么上了天翻个跟斗又栽了下来，看起来直升机要比固定翼飞机难造许多，以至于不少直升机发明家最终都只能无奈改行做固定翼飞机工程师来谋生。
伊戈尔·西科斯基先生也不知道这个问题的答案。
虽然他曾梦想造一架直升机，但梦想毕竟是梦想，他早期也是凭借着固定翼飞机的制造工作积累了第一桶金和业界名声。
所以，当联合飞机公司领导告诉他，西科斯基部门由于缺乏飞机订单即将关停的时候，这个问题才开始反复出现在他的脑海中，既然已经没有退路了，他何不孤注一掷——研制一架实用直升机呢？于是，西科斯基第一代直升机VS-300（生产代号S-46）诞生了。
VS-300之于西科斯基先生，就好比小白鼠之于生物学家，针对它展开的一系列设计、试飞、修改等工作最终奠定了西科斯基直升机未来发展的基础，也引领了大半个世纪的世界直升机潮流。
本文将详细介绍西科斯基第一代直升机VS-300的设计特点和技术参数，其中主要包括总体布局设计、发动机系统、启动装置、起落架、机身、传动系统、主旋翼桨叶、飞行模拟装置、主旋翼测试系统和任务装备系统*等重点内容，与诸君共赏。
*注：VS-300型直升机的任务装备主要就包括传奇的“自行车蓝式”运货框和经典的“热狗式”两栖浮筒。
总体设计的进化之路图——VS-300A型直升机的总体布局草图三视图VS-300型直升机是一型试验性质的飞行器，该型直升机的研制方法很是简单粗暴——也就是“边飞边改”（具体的研发经历感兴趣的读者朋友可以翻阅我上一篇“旋翼通鉴”系列文章）。
尽管VS-300号称只有四种型号配置，事实上，西科斯基的设计团队在每次对它完成飞行测试之后，都会在当晚召开名为“Lessons Learned”小组会议，商量白天的飞行测试中出现的问题，并决定下一步改进的方向。
等到VS-300发展成型，其所保持与最初版本相同的部件仅剩下飞行员座位、两个主起落架轮子、主传动箱、机身中部骨架和汽油箱。
下面这张图就是拍摄于VS-300首飞当天的。
从图中可以看出的该型直升机早期的独特设计特点有：用于操纵尾桨的单个脚蹬、座位右侧的总距操纵轮，此外，主旋翼轴顶部还伸出数根钢索连接到桨叶上，这是为了防止旋翼桨叶在静止不动的时候过度下垂。
图——1939年9月14日，VS-300型直升机首次准备试飞下面这幅图拍摄于1939年11月13日，从图中可以看出的设计改动有：主起落架的轮子从固定改为万向铰接式，脚蹬改成了一对，主旋翼挥舞铰上加装了阻尼器，操纵杆改成了T型杆，T型杆为可以为飞行员提供水平线参考值。
图——1939年11月13日，停泊在机库中的VS-300型直升机对于1939年的工程师而言，周期变距操纵仍然是一种未知领域的东西。
谢尔瓦当时在研制自转旋翼机的时候就曾试图引入这一操纵系统，但是在他还没弄清楚该系统的工作原理的时候，他的自转旋翼机就因失控而摔了，无奈之下，他只能放弃了该系统。
历史总是惊人的相似，数年后，西科斯基设计团队早期也采用了周期变距操纵系统，但是直到1939年12月份，他们也没弄明白该系统的工作原理，而第一架VS-300却在一次试飞中发生了侧滚而摔毁了，随后西科斯基设计团队也在无奈之下放弃了周期变距设计方案，采用了一种水平尾桨操纵系统。
此后的一段时间内，西科斯基团队一直都在针对周期变距系统进行研究，到1941年夏季，VS-300发展到第三个大型号版本的时候，周期变距系统终于回归了——但是只回归了一部分，也就是横向周期变距系统。
*注：尽管周期变距系统“部分回归”了，但是西科斯基设计团队实际并未从数学物理原理上认识到旋翼旋转过程中存在的“陀螺进动效应”，他们只是根据试验试飞的结果，经验性地归纳出了操纵与响应对应的关系。
VS-300Ⅲ型的横向周期变距操纵系统最后通过了试飞的验证，于是西科斯基设计团队们又把纵向周期变距系统也还给了主旋翼，这下，全周期变距系统终于全面回到了直升机上，这时候，VS-300已经进化成了VS-300A。
西科斯基带领着设计团队于1941年12月8日完成了VS-300A定型版的试飞工作。
VS-300A在试飞过程中又出现了一个新问题——在加速飞行的时候，直升机会不停“摆动”。
最初，设计团队苦思冥想也不知道问题出在哪，直到1941年12月31日，在新年的钟声敲响之前，西科斯基指示工作人员将原先加装在挥舞铰（水平铰）上的阻尼器，换装到垂直铰（摆振铰）上。
问题瞬间解决了，飞行员再次驾驶VS-300A加速飞行，“摆动”消失，飞行平滑，操纵体验相当不错。
春节的钟声敲响，VS-300A的操纵问题全部得以解决，两周之后，1942年1月14日，作为直升机正式实用化的历史象征，具备全方位角操纵飞行能力的西科斯基XR-4直升机（生产代号S-47，技术全部来自S-46/VS-300）完成了首飞。
部件设计及其改进发动机系统VS-300型直升机的动力是由一台75马力（3200RPM）的莱康明O-145-C3气冷四缸卧式对置发动机提供的。
该型发动机的传动轴反向安装，通过6条V型皮带与主减速器相连。
一个额外的空转轮被用来保持皮带的张力。
1940年7月份，该型发动机被一台90马力（2500RPM）的富兰克林4AC-199-E气冷四缸水平对置发动机替代了，以此来提升出轴功率。
在1941年4月份，VS-300又改装了一台4AC-199型升级版发动机，该型发动机在2680RPM时能提供90马力的功率输出，在2050转时能提供100马力的功率输出。
图——富兰克林90马力模型发动机4AC-199-E（0-200-1）发动机气冷风扇发动机的冷却系统是由一台“鼠笼式”、V型皮带驱动的冷却风扇，该风扇通过通过金属板壳固定在发动机上方，驱使冷却空气向下流入汽缸冷却翅片。
起动器和电池系统为了减轻直升机的重量，自打完成首飞之后，设计团队就把电池从VS-300上移除了。
后来为了进一步减轻重量，起动器也被移除了。
设计团队在起动器上装了一个类似于早期拖拉机的“起动把手”，把手被调整到合适的位置以启动发动机，发动机启动之后，整个起动器立刻可以移除。
后来，设计团队又多次更迭发动机启动装置，最后是通过固定在发动机下滑轮上的旋转轴来启动。
发动机启动之后，工作人员需要先手动转动旋翼，随后空转轮将会拉紧6根驱动皮带，其上的弹性部件则会帮助保持皮带的张力。
图——左为VS-300早期的小型外置式电瓶车，右为后来的外置式起动器小车起落架VS-300起落架包含有两个固定支撑的斜柱主轮以及前后各一个万向轮。
这一设计很快被立式油压支柱所取代，两个主轮也被改成了万向轮。
随着设计工作的推进，VS-300型直升机的起落架被反复修改，到了最终版本，起落架的前后轮都被移除了，只保留了左右主轮，并追加设计了一个硬式尾撬支撑。
机身VS-300最初版本的前机身结构框架几乎全部由4130铬钼钢薄壁管制成，后机身为铝箱结构。
在Ⅱ型中，机身后部结构也全部改为钢制薄壁管，以增加强度且便于维护。
图——VS-300A主旋翼头传动系统90马力的富兰克林发动机传动轴上装载了一副传动皮带轮，这一副皮带轮通过6根V型皮带连接到一副更大的传动皮带轮上，其一级传动比为1.76：1。
上滑轮的传动轴向前伸入主减速器中，并通过锥形齿轮传递给主旋翼轴，此处的传动比为5.9：1，发动机经过两级减速之后，恰好能输出恰当的旋翼转速。
上滑轮同时也有一根向后的传动轴，这一根传动轴连接到尾桨减速器，驱动反扭矩尾桨和早期版本上配备的水平尾桨系统。
上滑轮也设计了一种自转离合单元以便直升机在发动机失效的时候能进入自转下滑状态。
（不过VS-300的多次试飞中都没有需要执行过自转下滑，西科斯基设计团队也未对此进行过验证）图——VS-300Ⅱ型直升机的传动系统示意图主旋翼桨叶图——VS-300Ⅰ型直升机主旋翼桨叶系统（未蒙皮）贯穿主旋翼桨叶头尾的大梁由云杉木制成，其前缘由云杉、巴尔沙和红木层压而成，翼型采用的是高速型对称翼型NACA0012（这是由于旋翼桨尖速度达到了409公里/时，已经算‘高速’了）。
该翼型的压力中心比较稳定，其变距轴和弦向重心配置非常适合旋翼使用。
图——后来的VS-300旋翼桨叶后缘采用了一种金属丝设计尾桨桨叶VS-300型直升机的尾桨桨叶是全木质的。
其桁梁为枫木材质，加强筋为杨木材质，并配备了桦木贴片。
图——VS-300A尾桨桨叶VS-300飞行模拟器1938年，迈克尔·比维德和鲍勃·拉本斯基设计并制造了世界上第一台直升机模拟器。
该型模拟器的构型每天都在“进化”，很快，飞行员和工程师乃至联合飞机公司的高层们都意识到该系统对于评估飞行员的人体工程学要求和其对纵横向姿态变化和航向偏转的反应而言，绝对是一种非常高效的装置。
图——从左向右，迈克尔·比维德、伊戈尔·西科斯基、鲍勃·拉本斯基和迈克尔·格鲁哈雷夫与VS-300模拟器在一起的合影旋翼桨叶测试单元旋翼桨叶测试装备的研制是用来测试多种不同的旋翼桨叶构型所能产生的升力和扭矩的。
图——1939年，单片桨叶的旋翼升力和扭矩测试装置（你没看错，左边是一个秤（砝）砣（码））任务装备“自行车蓝”搞货运VS-300直升机最早是用一个装在机头前方的柳编框（你没看错，和老式自行车一模一样）来运载各种各样的货物的（当然，西科斯基本意主要是用这么个篮子来演示证明该型直升机的良好操纵性）。
到VS-300A时候，这个车篮子就被改成了全金属的。
图——左侧为柳编框，右侧为金属框“热狗式”浮筒VS-300可以把起落架改装成浮筒，这样就能执行两栖起降任务。
他一般配备一双“热狗式”浮筒和一个小型的尾部浮筒，并在鼻头装了一个“篮球”作为缓冲装置。
图——配备“热狗式”短型橡胶浮筒的VS-300随着项目的发展，VS-300A配备了更长的浮筒（当然还是“热狗式”），有了长浮筒之后，尾部小浮筒和鼻头的篮球都不再需要了。
图——配备长浮筒的VS-300A直升机正在“运载”一个手提箱尽管随着项目的推进，西科斯基设计团队做了无数的工作，但是从始至终，他们只造了一台VS-300，也就是后来的VS-300A（S-46）。
那么，现在再让我们再看看全文开头的问题：“到底怎样才能造出一架实用的直升机呢？”我觉得大概是需要一颗坚韧不拔的心、几分敢破成规的勇气和始终如一的热情吧。
咱们有句老话说得很好：“骐骥一跃，不能十步。
驽马十驾，功在不舍。
”愿与诸君共勉。
图——如今已经陈列在博物馆中的VS-300A
