淺談直升機的構型與特點

人類夢想的飛行方式就如神話故事中的阿拉丁飛毯或希臘戰神戰車描述的那樣，能原地騰空而起，或自由翱翔，或懸停于空中，并隨心所欲降落在任何地方。在航空器的發展歷史上，航空先驅們一直探尋一種可實現的垂直起降飛行器。隨著生產力的發展，固定翼飛機成功飛上天空，而技術難度更高的直升機直到30多年后才成功首飛。在此間漫長的技術探索中，各種旋翼布局構型的直升機相繼出現。從1907年法國人保羅·科爾尼的第一架全尺寸直升機，到1938年德國人漢納的雙旋翼直升機，再到1939年西科斯基設計的現代單旋翼直升機的原型——VS-300直升機，層出不窮的實驗機型為直升機的發展積累了寶貴的經驗。下面，就讓我們一起盤點直升機的常見構型和特點。

單旋翼構型

單旋翼直升機是使用單一主旋翼產生升力的直升機。根據角動量守恒原理，單旋翼直升機必須配備尾槳提供反扭矩，才能抵消主旋翼旋轉時造成的機體反向旋轉。單旋翼直升機的特點是體積小巧、操縱靈活、結構簡單、制造成本相對較低，所以用途十分廣泛。單旋翼直升機通過改變主旋翼的轉速來調整升力大小，使其可以垂直上升或下降。同時，通過調整旋翼的傾斜角度，使其完成前后左右甚至不同方向的快速移動。其代表機型是西科斯基的VS-300，該機因在尾部增加了一個能產生反扭矩的小尺寸旋翼，解決了飛行時直升機機體旋轉的問題，成為現代第一款具有實用意義的直升機。在此之后，通過對尾槳結構的改變，又衍生出涵道尾槳直升機和無尾槳直升機。

1.涵道尾槳

涵道尾槳直升機是將傳統的裸露在外的尾槳裝在涵道機構內。由于尾槳結構被保護在內，因此這類直升機通常具有更高的安全性，震動噪聲也更低，但其缺點是直升機的結構重量增加，造價也隨之提高。這種結構起源于20世紀60年代的歐洲直升機公司（現為空客直升機公司），首次出現于SA341直升機上。

2.無尾槳

無尾槳直升機的代表機型是麥道公司的MD-520直升機，其尾部沒有常見的尾槳，取而代之的是一個粗壯的排氣管道。無尾槳直升機的工作原理是將整個尾梁變成一根通風管，內部裝有一個同主旋翼驅動機構聯動的渦扇。主旋翼轉動時，尾梁渦扇產生壓縮空氣，并使氣流從機尾末端的開口噴出。尾梁末端設有不同方向的通氣孔，壓縮氣體噴出時會產生與機身轉動相反的力。無尾槳直升機的噪聲很低，由于沒有尾槳，其操縱方式也更加簡單，并能有效避免尾槳傷人的事故發生。其缺點也很明顯，該結構會消耗發動機的大量能量，導致直升機飛行性能降低，且轉向等操縱相對遲緩。

雙旋翼構型

雙旋翼直升機是指采用兩副機械驅動式旋翼產生升力的直升機，這兩副旋翼的尺寸相同而旋轉方向相反，其反扭矩可互相平衡，因此不需要安裝尾槳。有了兩個旋翼后，直升機的載荷能力大大提升，且因重心范圍增大，對機身攜帶重物的碼放位置要求相對降低，非常適合大型直升機使用。然而正是因為增加了一副旋翼，這種直升機的結構更加復雜，要求兩個旋翼必須緊密配合，增加了設計難度，此外其操縱時也無法像單旋翼那樣靈活。根據排布方式不同，常見的雙旋翼直升機有以下幾種構型。

1.橫列式

橫列式直升機的兩副旋翼沿機體橫軸左右排列，旋翼通過構架或輔助機翼支撐在機身上。這種形式的平衡特性較好，且槳葉通常較短、震顫更低。其缺點與縱列式直升機差不多，自重和迎面氣動阻力大，操縱也比較復雜。部分橫列式直升機還具有傾轉設計，可實現比常規直升機更高的巡航速度，代表機型為V-22直升機。

2.縱列式

縱列式直升機兩幅旋翼沿機體縱軸前后排列，旋轉方向相反，代表機型為美國的CH-47。這種形式的直升機通常機身容積大，允許重心有較大范圍的移動，適用于重型運輸直升機。但是，由于體積大導致飛行靈活性不高，且在戰場上目標點大，極易被攻擊。

3.共軸式

共軸式直升機的兩副旋翼以一定間距沿同一旋轉軸線上下排列，反向旋轉。這種形式結構緊湊，外部尺寸小，代表機型為蘇聯的卡-27直升機。與傳統單旋翼直升機相比，共軸反槳直升機沒有尾槳，旋翼的尺寸可以完全覆蓋機身，在增加升力的同時提高了飛行穩定性，同時減少了尾槳機構，減小了機體重量和長度尺寸，提高了可靠性和安全性。這種結構的缺點是操縱機構非常復雜，且為了防止打槳，必須增加兩幅旋翼間的距離，導致機身高度增加。

4.交叉式

交叉式直升機同橫列式直升機類似，同樣在橫向裝有兩副尺寸相同、旋轉方向相反的旋翼，用以互相抵消反作用力矩。區別是，兩個旋翼的旋翼軸不平行，分別向外側傾斜，且橫向軸距很小，所以看上去旋翼在機身上方呈交叉狀。交叉式直升機的迎面氣動阻力比縱列式直升機大，由于軸間距較小，因此阻力低于橫列式直升機。這種構型的直升機特點是穩定性非常突出，適合執行起重吊掛作業，代表機型為卡曼K-MAX，外號“空中卡車”，普遍用于林區的木材運輸。

多旋翼構型

多旋翼直升機通常指使用3個及以上數量旋翼產生升力的直升機。20世紀20年代美國曾試驗過大尺寸四旋翼直升機“飛行章魚”，但由于其結構復雜、操縱困難，導致研發計劃取消。如今，隨著機載電控設備的發展，采用四旋翼布局的無人機越來越普遍，尤其是在民用領域。其特點是結構與操縱方式非常簡單，可根據任務載荷需求增加旋翼數量，且只需改變旋翼的轉速即可實現升降、懸停、前后移動和自轉等。