旋翼，直升機的升力擔當

依蔓

作為一種常見的低速飛行器，直升機是世界上第一種可以垂直起降，也是目前最有效的可懸停飛行器，這些飛行本領都離不開它的旋翼。

單旋翼直升機

每一片槳葉都在“努力”

和固定翼飛機靠機翼產生升力不同，直升機的升力源自旋翼系統。

旋翼通常由兩片或兩片以上槳葉組成，與安裝在旋翼軸上的槳轂（gǔ）連接，由發動機帶動旋轉。旋翼軸轉動時，會帶動槳葉與周圍空氣相互作用，從而產生空氣動力。此時，旋翼的每一片槳葉都相當于一個機翼在工作，也就是說每一片槳葉都可以產生升力。

伯努利原理解釋升力的產生

升力的由來

早在幾十年前，人們就發現，無論是固定翼飛機的機翼還是直升機的旋翼槳葉，升力的大小都與機翼/槳葉的翼型（剖面形狀）有關。

這兩類翼型相似，都有彎曲的表面和逐漸收斂的后緣。當槳葉劃過空氣時，流經槳葉的空氣會沿著翼型的上下表面發生偏轉。此時流經上表面的氣流加速，根據伯努利原理，氣流的加速會引起壓力的減小，從而在翼型上下表面形成壓力差，產生升力。

此外，據牛頓第三定律解釋，每個力都會有一個大小相等、方向相反的反作用力。當氣流流經機翼/槳葉翼型上、下表面時，會被其向下“折”，從而產生一個向上的反作用力，推動機翼/槳葉向上運動，也就是升力。

牛頓第三定律原理解釋升力的產生

旋翼決定“長相”

當發動機通過旋轉軸帶動旋翼旋轉時，槳葉切割空氣，會給空氣施加一個作用力矩（力對物體作用時，產生轉動效應的物理量）。因為力是相互作用的，所以空氣也會同時向旋翼施加一個大小相等、方向相反的反作用力，并借助旋翼將這個反作用力矩傳遞到直升機機體上。如果不采取相應措施，直升機就會在空中打轉。為平衡來自空氣的反作用力矩，直升機形成主旋翼+尾槳或雙旋翼兩種常見的旋翼布局方式。

最普遍、最常見的單旋翼直升機就是典型的主旋翼+尾槳的布局。單旋翼直升機只有一個主旋翼軸系統，后部的尾槳和主旋翼處于不同平面內。尾槳除了用于平衡主旋翼轉動引起的反作用力矩，還能用于直升機的方向操控。

雙旋翼布局又分縱列式、橫列式和共軸式3種情況。其中，縱列式和橫列式雙旋翼直升機的區別在于，前者的兩個主旋翼分別安裝在直升機的前端與后端，后者的旋翼安裝在機身兩側。共軸式雙旋翼直升機的最大特點是，兩個主旋翼一上一下安裝在同一個主軸上。雙旋翼直升機無論何種布局都有一個共同點——兩個旋翼的槳葉轉動方向是相反的，這是因為要抵消空氣的反作用力矩。

旋翼既是直升機的升力“擔當”，也擔負著實現直升機運動的重任。這個受竹蜻蜓啟發而誕生的偉大發明不僅應用于直升機，也是所有旋翼航空器的標配。未來旋翼還會有怎樣的用途呢？我們期待你的發明。

延伸閱讀? 旋翼的“關節”：鉸

在實際飛行中，直升機旋翼的槳葉不是以固定的姿態恒速旋轉的，它會通過自身與槳轂之間鉸接機構的連接部分運動。這些連接部位就相當于人體的關節，稱為“鉸”。直升機上的鉸有垂直鉸（即擺振鉸，槳葉可以繞其做橫向擺振運動），水平較（即揮舞鉸，槳葉可以繞其做上下揮舞的運動），軸向鉸（即變距鉸，槳葉可以繞其做變距運動）。

飛行中，駕駛員可以通過操縱變距鉸使槳葉發生扭轉，從而改變升力的大小，使直升機實現升降運動。

直升機與它的槳葉