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來源：互聯(lián)網(wǎng)

旋翼機，是指用無動力驅(qū)動的旋翼提供升力、重于空氣的“飛行器”。由推進裝置提供推力前進，推進裝置有螺旋槳和噴氣兩種。前進時氣流吹動旋翼而產(chǎn)生升力，它不能垂直起飛或懸停，常在起飛時還要給旋翼一個初始動力，使旋翼的升力增加。借助于旋翼可做近似垂直的降落。旋翼使結構變得復雜，速度提高受到限制。旋翼機的最基本的部件是機身、發(fā)動機、旋翼系統(tǒng)、螺旋槳、尾面以及起落架。

自轉(zhuǎn)旋翼機之父為為西班牙的 Juan de la Cierva，他于 1923 年成功首飛自轉(zhuǎn)旋翼機，比世界上第一架直升機首飛時間早 13 年，自轉(zhuǎn)旋翼機的出現(xiàn)及其發(fā)展為后來出現(xiàn)的直升機發(fā)展鋪平了道路，許多與旋翼飛行相關的技術問題被早期的自轉(zhuǎn)旋翼機先驅(qū)者們發(fā)現(xiàn)并成功解決，最著名的當屬 Juan de la Cierva 為了解決旋翼槳葉升力非對稱問題而發(fā)明的旋翼揮舞鏈，該解決方案直到今天，仍然作為主流直升機的標準配置。自轉(zhuǎn)旋翼機是直升機的前身，但由于后者特有的垂直起降功能，直升機在上世紀 40 年代后迅速發(fā)展和普及，作為先驅(qū)的自轉(zhuǎn)旋翼機則經(jīng)歷了一段低谷。

歷史沿革

設計背景

20世紀飛機升降時常因故障而失速，導致多人喪生。西班牙工程師謝爾瓦于是發(fā)明了自轉(zhuǎn)旋翼機試圖解決這一問題。這款飛機就是“自轉(zhuǎn)旋翼機”，旋翼機的飛行原理跟當時主流的燃油機不同，旋翼機飛行是靠飛機運動時激起氣流并轉(zhuǎn)動旋翼機上的旋翼，讓旋翼產(chǎn)生升力，使飛機升空，因為不是靠燃油產(chǎn)生動力，所以旋翼機一旦升空，理論上是永遠不會下墜，就算產(chǎn)生故障，飛機也會因為上升力的減弱而慢慢降落，不是產(chǎn)生“空難”，可以說旋翼機在當時很好的解決了飛機升降產(chǎn)生的空難問題。

研制歷程

1919年，為解決飛機經(jīng)常失速的問題，西班牙人謝爾瓦首次提出了自轉(zhuǎn)旋翼機的概念。1922年，他創(chuàng)造性地設計出了揮舞鉸裝置，并成功將其引入到C3型旋翼機中。隨后，改進型號C-4也于1923年圓滿地完成了飛行測試，旋翼機自此進入實用階段。之后，謝爾瓦創(chuàng)建了飛機制造公司，繼續(xù)致力于自轉(zhuǎn)旋翼機的設計與改進事業(yè)，并于1934年成功設計出帶有跳躍起飛功能的C-30型旋翼機。

與Cierva同時代的Harold Pitcairn、Raoul Hafner及Kellett兄弟等也對自轉(zhuǎn)旋翼機技術的發(fā)展做出了巨大貢獻。Harold Pitcairn開創(chuàng)了空中郵政線路，并于1929年與謝爾瓦合作共同建立了Pitcairn-Cierva公司，后來，該公司制造出美國第一架取得合格證執(zhí)照的PCA-2型自轉(zhuǎn)旋翼機。Raoul Hafner設計并制造出首款帶周期變距操縱旋翼的W.R.K.型旋翼機。Kellett兄弟也開展了自己的旋翼機事業(yè)，他們建立的公司設計、改進了多款旋翼機型號（包括K系列、KD系列和XR系列），其中多款機型被軍方和航空俱樂部大量采購。

20世紀40年代以后，直升機產(chǎn)業(yè)在軍方的持續(xù)資助下迅速崛起。而自轉(zhuǎn)旋翼機由于長期不受軍方青睞，其發(fā)展逐漸跌入低谷。在此期間，自轉(zhuǎn)旋翼機技術長期停滯不前，僅剩下極少數(shù)自制飛行器愛好者仍然堅持著旋翼機的研究。

基本設計

布局與部件

旋翼機的布局和部件涉及到機身結構、機翼配置以及關鍵組件的安裝。以下是旋翼機布局和部件的介紹：

機身結構

旋翼機的機身結構應具有足夠的強度和剛性，以承受旋翼產(chǎn)生的動力和載荷。通常，機身由支撐主旋翼和尾旋翼的桁架結構組成。機身還包括座艙、貨艙和駕駛員控制區(qū)域等。

機翼配置

旋翼機的機翼配置可以根據(jù)不同的需求和設計選擇。直升機通常只有一個主旋翼和一個尾旋翼，而有些旋翼機則采用多旋翼設計，如雙旋翼或。機翼配置的選擇取決于飛行性能、穩(wěn)定性和操控要求。

關鍵組件的安裝

旋翼機的關鍵組件包括發(fā)動機、控制系統(tǒng)和附件等。這些組件的安裝和布局對于旋翼機的運行和性能至關重要。

發(fā)動機：旋翼機通常使用內(nèi)燃機或渦輪發(fā)動機作為動力源。發(fā)動機負責提供足夠的功率來驅(qū)動主旋翼旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力。

控制系統(tǒng)：旋翼機的控制系統(tǒng)包括飛行控制桿、腳踏板和各種連接桿。駕駛員通過操縱這些控制器來改變旋翼機的姿態(tài)和方向。

附件：旋翼機的附件包括導航設備、通信設備、救生設備和其他必要的儀器。這些附件可以提高旋翼機的飛行安全性和操作效率。

總結起來，旋翼機的布局和部件是保證其正常運行和飛行性能的關鍵要素。機身結構、機翼配置以及發(fā)動機、控制系統(tǒng)和附件等組件的安裝都至關重要。只有這些組件的協(xié)調(diào)配合，才能確保旋翼機在起飛、飛行和著陸過程中的穩(wěn)定性和安全性。因此，在旋翼機的設計和制造過程中，對布局和部件的選擇和安裝需要經(jīng)過仔細考慮和驗證，以滿足特定需求并保證飛行器的可靠性。

飛行特點

由于旋翼機上的旋翼是無動力的，因此不會產(chǎn)生與動力旋翼系統(tǒng)相關的更大振動和噪音，也不會縮短旋翼、機體等的使用壽命，或因振動和噪音而增加乘客的疲勞度。旋翼機動力驅(qū)動螺旋槳所造成的影響，顯然小得多。

此外，旋翼機還有一個非常寶貴的特點，那就是它的著陸滑跑距離比起飛距離短得多，如果操控得當，完全可以不滑跑就地著陸，選擇一處稍微大一點的空地，即使不是平坦的，也可以降落，也可以直接降落在游輪的頂棚或甲板上。旋翼機飛行訓練手冊指出：“旋翼機的穩(wěn)定性在所有航空器中最高。”它可以自我調(diào)整，使機身具有良好的俯仰穩(wěn)定性、滾動穩(wěn)定性和速度穩(wěn)定性。向上旋轉(zhuǎn)的槳葉鏈就像一個大慣性輪，且旋翼沒有周期變距等變化。而且由于旋翼的安裝角度比直升機大，因此陀螺效應更好，穩(wěn)定性更高。旋翼機的風阻更大，起飛時也更。對于傳統(tǒng)旋翼機來說，風有利于旋翼的啟動和加速旋轉(zhuǎn)，這可以縮短從滑翔狀態(tài)起跳的時間，如果風速足夠大，一般的旋翼機都可以。

起飛方式

一是需要滑行起飛的，這種方式比較簡單，數(shù)量也比較多。

二是短距/垂直起降機，起飛方式有三種：一種是利用動力驅(qū)動它的旋翼；第二種是旋翼預旋轉(zhuǎn)，使旋翼提高至正常飛行速度的-固定倍數(shù)，突然松開離合器，同時松開旋翼，提供更大的起飛動力，進行跳躍和爬升；第三種是用小火箭頭帶動旋翼旋轉(zhuǎn)，提供升力實現(xiàn)垂直起飛，通常由自動程序控制，性能較高，且價格較便宜。

由于旋翼機沒有尾梁、沒有尾傳動系統(tǒng)及減速器自動傾斜器，絕大部分旋翼機也沒有主旋翼傳動系統(tǒng)、主減速器等，結構簡單，所以不僅價格低，而且故障率也低。此外使用維護簡單方便。所需費用也低。

旋翼機雖然古老，但它也是一種正在蓬勃發(fā)展的年輕飛行器，其好用、安全、便利的特點，使其在未來的航空器家族中仍將占有一席之地。

旋翼系統(tǒng)

旋翼系統(tǒng)的功能主要包括兩方面：1）為飛機提供升力；2）提供飛行所需的姿態(tài)操縱能力。由于無需反轉(zhuǎn)矩裝置和變距機構，自轉(zhuǎn)旋翼機旋翼系統(tǒng)的結構要比直升機簡單得多。現(xiàn)代旋翼機大都采用帶槳轂傾斜控制的蹺蹺板式單旋翼構型。

尾翼系統(tǒng)包括垂尾和平尾，其作用是為旋翼機配平并提供航向控制。設計過程中，將垂尾安置于推進螺旋槳的滑流里，可改善飛機做低速飛行時垂尾和方向舵氣動效率偏低的問題。在結構方面，常采用多垂尾構型以增大垂尾的面積。

旋翼機慣用2片或3片槳葉，廣泛應用于直升機的負扭度槳葉對旋翼機來講，并沒有多大優(yōu)勢，所以旋翼機上常用無扭轉(zhuǎn)或正扭轉(zhuǎn)槳葉。個人自制的小型旋翼機常常使用可以連同槳轂槳葉一起扳動傾轉(zhuǎn)的旋翼系統(tǒng)，也可以使用帶總距操縱來改變旋翼槳葉俯仰角的旋翼系統(tǒng)。如果槳葉帶總距操縱且具有足夠的慣量，旋翼機跳飛就有可能實現(xiàn)。旋翼機的螺旋槳可以是拉進式也可以是推進式，也就是說，螺旋槳可以安裝在機身頭部，也可以安裝在尾部。早期的旋翼機是由螺旋槳拉進式固定翼飛機改裝而成，用旋翼替代固定翼。機翼或者固定機翼與旋翼復合使用。推進式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋槳滑流中，具有更好的操縱性，飛行員也有更好的視野。但是在總體設計中應該充分考慮推進式布局中，由于受機身影響，螺旋槳的工作效率有所降低。

和定翼飛機一樣，旋翼機尾平面包括垂尾和平尾，提供俯仰和偏航軸向的穩(wěn)定和操縱。有一些旋翼機，特別是封閉式駕駛艙的旋翼機，航向穩(wěn)定性很低，為了補償航向穩(wěn)定性，安裝垂尾是必要的。由于垂尾面積受旋翼槳葉傾轉(zhuǎn)邊界和著陸俯仰角度的限制，所以許多旋翼機設計安裝了多片垂直安定面和方向舵。如果采用推進式螺旋槳布局，處于螺旋槳滑流中的平尾和垂尾利用效率會更高，特別是在旋翼機起飛和著陸飛行速度比較低的時候。

操縱系統(tǒng)

操縱機構采用硬式（連桿）與軟式（離合線）混合的操縱方式來實現(xiàn)操縱。主旋翼采用硬式操縱形式，由操縱桿控制旋翼平面的俯仰與橫滾。起落架前輪和方向舵采用軟式操縱形式，由踏板控制相應機構的傾轉(zhuǎn)。同時，駕駛艙一側(cè)配有輔助操縱把手，方便飛行員對油門、風門及剎車裝置的調(diào)控。

推進系統(tǒng)

推進裝置是由發(fā)動機、螺旋槳及其必要附件組成的，其作用是為旋翼機提供地面滑跑和空中飛行的動力。理論上，前拉或后推式的動力布局均可滿足設計需求，但在實際應用中，常采用后推式布局以獲得更好的機動性和操縱性。旋翼機在飛行過程中，其發(fā)動機和旋翼是不聯(lián)動的，但為了實現(xiàn)超短距起飛，現(xiàn)代旋翼機在設計時通常會加裝預旋機構。預旋機構有兩個皮帶輪，分別與發(fā)動機主軸和預旋傳動軸相連，壓桿與張緊輪相連控制皮帶的松緊。起飛前，通過壓緊張緊輪將發(fā)動機和旋翼短暫連接，可以使旋翼預先獲得一定的初始升力，從而縮短所需滑跑距離，實現(xiàn)短距或超短距起飛。

起落裝置

起落架是旋翼機起飛、滑行、著陸、地面移動和停放所必需的支持系統(tǒng)，對飛行器的安全運行至關重要。現(xiàn)階段的自轉(zhuǎn)旋翼機通常選擇前三點式布局結構，其中前輪為轉(zhuǎn)向輪，位于機身前部；后輪為支撐輪，安裝在旋翼機重心附近的兩側(cè)。

工作原理

旋翼機和直升機簡直一模一樣：它們頭頂都有一副大直徑的旋翼，在飛行中依靠旋翼的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。但是除去這些表面上的一致性，旋翼機和直升機卻是兩種完全不同的飛行器。

旋翼機實際上是一種介于直升機和飛機之間的飛行器，它除去旋翼外，還帶有一副垂直放置的螺旋槳以提供前進的動力，一般也裝有較小的機翼在飛行中提供部分升力。旋翼機與直升機的最大區(qū)別是，旋翼機的旋翼不與發(fā)動機傳動系統(tǒng)相連，發(fā)動機不是以驅(qū)動旋翼為旋翼機提供升力，而是在旋翼機飛行的過程中，由前方氣流吹動旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，象一只風車，旋翼系統(tǒng)僅在起動時由自身動力驅(qū)動，稱之為預旋，起飛之后靠空氣作用力驅(qū)動;而直升機的旋翼與發(fā)動機傳動系統(tǒng)相連，既能產(chǎn)生升力，又能提供飛行的動力，象一臺電風扇。由于旋翼為自轉(zhuǎn)式，傳遞到機身上的扭矩很小，因此旋翼機無需像單旋翼直升機那樣的尾槳，但是一般裝有尾翼，以控制飛行。

在飛行中，旋翼機同直升機最明顯的分別為直升機的旋翼面向前傾斜，而旋翼機的旋翼則是向后傾斜的。

需要說明的是，有的旋翼機在起飛時，旋翼也可通過“離合器”同發(fā)動機連系，靠發(fā)動機帶動旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生舉力。這樣可以縮短起飛滑跑距離，幾乎以陡直地向上爬升，但還不能垂直上升，也不能在空中不動（即“懸停”）。等升空后再松開離合器隨旋翼在空中自由旋轉(zhuǎn)。

旋翼機飛行時，升力主要由旋翼產(chǎn)生，固定機翼僅提供部分升力。有的旋翼機甚至沒有固定機翼，全部升力都靠旋翼產(chǎn)生。

由于旋翼機的旋翼旋轉(zhuǎn)的動力是由旋翼機前進而獲得。萬一發(fā)動機在空中停車螺旋槳不轉(zhuǎn)了，此時旋翼機因為具有慣性繼續(xù)維持前飛的狀態(tài)，并由于重力和空氣阻力逐漸減低速度和高度，就在這高度下降的同時，也就有了自下而上的相對氣流，旋翼就能可自轉(zhuǎn)提供升力。這樣，旋冀機便可憑飛行員的操縱安全地滑翔降落。即使在飛行員不能操縱，旋翼機失去控制的特殊情況下，也會像降落傘一樣的降落，雖然也是粗暴著陸，但不會出現(xiàn)類似秤陀落地的情況。

直升機也是具備自轉(zhuǎn)下沿安全著陸能力的。但它的旋冀需要從有動力狀態(tài)過渡到自轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個過渡要損失一定高度。如果飛行高度不夠，那么直升機就可能來不及過渡而觸地。旋翼機本身就是在自轉(zhuǎn)狀態(tài)下飛行的，不需要進行過渡，所以也就沒行這種為安全轉(zhuǎn)換所需的高度約束。

型號舉例

XC一142旋翼機

XC一142旋翼機XC—142是美國于20世紀60年代研制的實驗型傾轉(zhuǎn)旋翼機，由美國陸軍、海軍和空軍三軍聯(lián)合開發(fā)，最終因為技術原因在1967年下馬。 XC一142旋翼機可以裝載32名士兵，4臺發(fā)動機和5個螺旋槳(4個推進螺旋槳加1個機尾的姿態(tài)控制螺旋槳)全部交叉連接，所以只要還有一臺發(fā)動機在工作，5個螺旋槳都會轉(zhuǎn)動，盡管可能動力不足。XC一142旋翼機用螺桿千斤頂控制機翼的傾轉(zhuǎn)，動作平穩(wěn)，但是非常遲緩。美國空軍對XC一142旋翼機作了大量的測試，包括空運、空投、沙漠、I_LJJ地、航空母艦、搜索救援、裝載機動車輛等。XC一142旋翼機的最大缺陷是可靠性差，機翼像門板一樣，受橫向風影響太大，發(fā)動機差動推力的控制不夠靈敏。

V-22傾轉(zhuǎn)旋翼機

V-22魚鷹式傾轉(zhuǎn)旋翼機 (英語: V-22 0sprey) 是由美國貝爾公司和波音公司聯(lián)合設計制造的一款傾轉(zhuǎn)旋翼機，傾轉(zhuǎn)旋翼機具備直升機的能垂直升降能力及固定翼螺旋獎飛機較高速、航程較遠及耗油量較低的優(yōu)點。V-22設計基于貝爾負責的實驗機XV-15，早于80年代開始研發(fā)，于2007年開始在美國海軍陸戰(zhàn)隊服役，取代CH-46 海騎士直升機作拯救及作戰(zhàn)任務，2009年，美國空軍也開始配備。V-22魚鷹式傾轉(zhuǎn)旋翼機“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機尚未裝備部隊。