旋翼機的工作原理和起飛方式 旋翼機的布局與部件

一、旋翼機的工作原理

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產生升力。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別是，旋翼機的旋翼不與發動機傳動系統相連，發動機不是以驅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產生升力，象一只風車，旋翼系統僅在起動時由自身動力驅動，稱之為預旋，起飛之后靠空氣作用力驅動;而直升機的旋翼與發動機傳動系統相連，既能產生升力，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”同發動機連系，靠發動機帶動旋轉而產生舉力。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。

旋翼機飛行時，升力主要由旋翼產生，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生。

由于旋翼機的旋翼旋轉的動力是由旋翼機前進而獲得。萬一發動機在空中停車螺旋槳不轉了，此時旋翼機因為具有慣性繼續維持前飛的狀態，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，但不會出現類似秤陀落地的情況。

直升機也是具備自轉下沿安全著陸能力的。但它的旋冀需要從有動力狀態過渡到自轉狀態，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狀態下飛行的，不需要進行過渡，所以也就沒行這種為安全轉換所需的高度約束。

二、旋翼機的起飛方式

一類是需要滑跑起飛的，這種比較簡單，大量的是這一類。另-類是可垂直起飛的，其起飛方法有三種：一種是帶動力驅動它的旋翼；第二種是用預轉旋翼并使其達到正常飛行轉速的一定倍數，然后突然脫開離合器，同時使旋翼槳葉變距而得到較大的升力跳躍起飛；第三種則是由旋翼翼尖小火箭驅動旋翼旋轉而提供升力來實現垂直起飛這種垂直起飛的過程，一般都是由自動程序控制來完成的，而且它有較高的性能，但價格比較便宜。

由于旋翼機沒有尾梁、沒有尾傳動系統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、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。

三、旋翼機的布局與部件

旋翼機的最基本的部件是機身、發動機、旋翼系統、螺旋槳、尾面以及起落架。為了改善性能，如提高飛行速度等，還可以選擇機翼等部件。

機身是所有其他部件的連接件，結構可以是焊接管、金屬片、復合材料、單管栓接或混合結構方式，最大強度重量比的機身是碳纖維材料或焊接管結構。發動機在飛行中提供獨立于旋翼系統的前飛動力，在地面則可以提供旋翼槳葉預轉的動力。

隨著旋翼機的發展，可用于旋翼機的發動機種類也越來越多。車用、船用、航空發動機都可以用于以娛樂、體育愛好為目的研制的旋翼機，而需要取得適航證的旋翼機必須安裝權威管理機構認證的發動機。發動機可以是活塞式也可以是渦輪式。旋翼系統主要給旋翼機提供升力和操縱，常用的是全鉸接式、半剛性蹺蹺板式。因不需反扭矩裝置，現代旋翼機的主要型式是單一的旋翼。

目前旋翼機慣用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，并沒有多大優勢，所以旋翼機上常用無扭轉或正扭轉槳葉。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的旋翼系統，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。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。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，航向穩定性很低，為了補償航向穩定性，安裝垂尾是必要的。由于垂尾面積受旋翼槳葉傾轉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。