旋翼，直升机的升力担当

依蔓

作为一种常见的低速飞行器，直升机是世界上第一种可以垂直起降，也是目前最有效的可悬停飞行器，这些飞行本领都离不开它的旋翼。

单旋翼直升机

每一片桨叶都在“努力”

和固定翼飞机靠机翼产生升力不同，直升机的升力源自旋翼系统。

旋翼通常由两片或两片以上桨叶组成，与安装在旋翼轴上的桨毂（gǔ）连接，由发动机带动旋转。旋翼轴转动时，会带动桨叶与周围空气相互作用，从而产生空气动力。此时，旋翼的每一片桨叶都相当于一个机翼在工作，也就是说每一片桨叶都可以产生升力。

伯努利原理解释升力的产生

升力的由来

早在几十年前，人们就发现，无论是固定翼飞机的机翼还是直升机的旋翼桨叶，升力的大小都与机翼/桨叶的翼型（剖面形状）有关。

这两类翼型相似，都有弯曲的表面和逐渐收敛的后缘。当桨叶划过空气时，流经桨叶的空气会沿着翼型的上下表面发生偏转。此时流经上表面的气流加速，根据伯努利原理，气流的加速会引起压力的减小，从而在翼型上下表面形成压力差，产生升力。

此外，据牛顿第三定律解释，每个力都会有一个大小相等、方向相反的反作用力。当气流流经机翼/桨叶翼型上、下表面时，会被其向下“折”，从而产生一个向上的反作用力，推动机翼/桨叶向上运动，也就是升力。

牛顿第三定律原理解释升力的产生

旋翼决定“长相”

当发动机通过旋转轴带动旋翼旋转时，桨叶切割空气，会给空气施加一个作用力矩（力对物体作用时，产生转动效应的物理量）。因为力是相互作用的，所以空气也会同时向旋翼施加一个大小相等、方向相反的反作用力，并借助旋翼将这个反作用力矩传递到直升机机体上。如果不采取相应措施，直升机就会在空中打转。为平衡来自空气的反作用力矩，直升机形成主旋翼+尾桨或双旋翼两种常见的旋翼布局方式。

最普遍、最常見的单旋翼直升机就是典型的主旋翼+尾桨的布局。单旋翼直升机只有一个主旋翼轴系统，后部的尾桨和主旋翼处于不同平面内。尾桨除了用于平衡主旋翼转动引起的反作用力矩，还能用于直升机的方向操控。

双旋翼布局又分纵列式、横列式和共轴式3种情况。其中，纵列式和横列式双旋翼直升机的区别在于，前者的两个主旋翼分别安装在直升机的前端与后端，后者的旋翼安装在机身两侧。共轴式双旋翼直升机的最大特点是，两个主旋翼一上一下安装在同一个主轴上。双旋翼直升机无论何种布局都有一个共同点——两个旋翼的桨叶转动方向是相反的，这是因为要抵消空气的反作用力矩。

旋翼既是直升机的升力“担当”，也担负着实现直升机运动的重任。这个受竹蜻蜓启发而诞生的伟大发明不仅应用于直升机，也是所有旋翼航空器的标配。未来旋翼还会有怎样的用途呢？我们期待你的发明。

延伸阅读  旋翼的“关节”：铰

在实际飞行中，直升机旋翼的桨叶不是以固定的姿态恒速旋转的，它会通过自身与桨毂之间铰接机构的连接部分运动。这些连接部位就相当于人体的关节，称为“铰”。直升机上的铰有垂直铰（即摆振铰，桨叶可以绕其做横向摆振运动），水平较（即挥舞铰，桨叶可以绕其做上下挥舞的运动），轴向铰（即变距铰，桨叶可以绕其做变距运动）。

飞行中，驾驶员可以通过操纵变距铰使桨叶发生扭转，从而改变升力的大小，使直升机实现升降运动。

直升机与它的桨叶