文/張聚恩

現代航空器有兩大主流樣式，固定翼航空器與旋翼航空器（Rotorcraft或Rotor Aircraft）。相比固定翼航空器（飛機），人們對旋翼航空器的了解要少一些。近年來大行其道、獲得空前發展與應用的多旋翼航空器（Multi-rotor craft）， 或稱多軸航空器（Multi-axis craft），不論是消費級還是工業級，都引起人們的廣泛關注，也豐富了我們對旋翼航空器的認識。

而原有關于旋翼航空器的分類及其知識體系裡，對此類航空器關注不夠，因此有必要對旋翼航空器的原有分類及相應知識做一些探讨性研究和補充。

槳毂與槳葉連接部

旋翼航空器，顧名思義就是在航空器的構造中有旋翼（Rotor），即旋轉的機翼，并以旋翼旋轉獲取升力的航空器。

“旋翼”是旋翼航空器共有的主要升力部件，也稱升力螺旋槳。

旋翼由槳毂和數片槳葉構成。槳毂安裝在旋翼軸上，形如細長機翼的槳葉連在槳毂上。一副旋翼最少有兩片槳葉，最多可達8片。旋翼直徑最小約5米，最大達35米。

按槳葉與槳毂連接方式的不同，分為鉸接式、無鉸式和無軸承式等。

旋翼結構示意

不論那種類型的旋翼航空器，旋翼的槳葉旋轉時與周圍空氣相互作用，産生沿旋翼軸的拉力。

旋翼軸方向近于垂直時，旋翼首先具有機翼的功能，産生向上的力；

如果相對氣流的方向或各片槳葉的槳距不對稱于旋翼軸，還産生垂直于旋翼軸的分力，具有類似于飛機推進裝置的功能；

還可産生改變機體姿态的仰力矩或滾轉力矩，具有類似于飛機操縱面的功能。

旋翼航空器分類表（按旋翼數量分）

旋翼機（飛行原理與直升機不同）

單旋翼

以往，在對旋翼航空器分類時，都隻說包括兩類，即旋翼機（Autogyro，或Autogiro，或Gyroplane）和直升機。

而直升機的所有分類法，包括按重量和用途分，以及按旋翼反作用力矩的平衡方式分，也隻列單旋翼直升機和雙旋翼直升機，并未将多旋翼航空器列入。這樣，多旋翼航空器似乎被遺忘了。

多旋翼航空器的飛行原理明顯區别于旋翼機，不宜叫“多旋翼機”；

按其原理，雖與直升機相同，但物理形态和目前适用範圍又明顯不同于直升機，且品種衆多，叫“多旋翼直升機”似乎也不夠好。

不妨直稱其為“多旋翼航空器”或“多軸航空器”（如此，也與英文名的字義一緻），視為“類直升機”，将其單獨列為一類；

同時，建議以旋翼的數量作為旋翼航空器分類的新維度。

如果按旋翼數來區分旋翼航空器的話，可分為單旋翼、雙旋翼和多旋翼三類。

單旋翼航空器包括旋翼機和單旋翼直升機（單旋翼帶尾槳和無尾槳式直升機）。

雙旋翼航空器即為雙旋翼直升機，包括共軸式、縱列式、交叉式和橫列式等，也可把傾轉旋翼機看作此類中的特殊一例。

多旋翼航空器單列為一類，旋翼數通常為偶數副旋翼，4、6、8副旋翼等多見。在有特殊布局需要時，也有用奇數副旋翼的。

見下表。

針對以上分類，做如下讨論：

旋翼機

（1）旋翼機與直升機之不同

旋翼機和單旋翼直升機外形相似，機頭頂部都有一副大直徑的旋翼，但它們的工作原理有很大差異。

旋翼機的旋翼不與發動機直接相連或通過傳動系統相連，是一種依靠前行時相對氣流吹動旋翼自轉而産生升力的旋翼航空器。而直升機的旋翼與發動機傳動系統相連，發動機帶動旋翼旋轉産生升力。

單旋翼帶尾槳直升機

單旋翼無尾槳直升機

（2）旋翼機的原理與特點

旋翼機裝有旋翼、螺旋槳（拉進式、推進式皆可）和固定翼面（小面積機翼和尾翼，也可沒有）。發動機不與旋翼相連，而與垂直放置的螺旋槳相連；發動機帶動螺旋槳旋轉，向旋翼機提供前進力。旋翼機前飛時，相對氣流吹動旋翼旋轉産生升力。其運行像一架風車随風轉動（上世紀20年代問世時，被稱為“風車航空器”），隻不過，風車槳葉面垂直于地面，而旋翼機的旋翼面與地面大緻平行，飛行時稍向後傾斜。

旋翼機具有起降距離短、能低速低空飛行、簡單輕巧、便于隐蔽等特點，但不能垂直起降，也不能懸停。由于旋翼機的旋翼為自轉式，傳遞到機身上的扭矩很小，無需像單旋翼直升機那樣，設置尾槳，但是一般裝有尾翼，以控制飛行。

在起飛時，旋翼系統可以用動力驅動而“預旋”（prerotate）；也可通過“離合器”同發動機相連，靠發動機帶動旋轉而産生升力，以縮短起飛滑跑距離（但不能垂直起飛），升空後再松開離合器，使旋翼轉為自由旋轉。

旋翼旋轉的動力由旋翼機前進而獲得。若發動機空中停車，螺旋槳停轉，在旋翼機作慣性前飛時，旋翼仍可自轉提供部分升力。這樣，有可能借助飛行員的正确操縱而實現安全滑翔降落。

雙旋翼共軸式直升機

（3）直升機的原理

直升機的升力來自同發動機傳動系統相連的旋翼的旋轉。飛行中，通過調節旋翼面與前飛方向的傾斜，而前行（前傾時）或後退（後仰時）。常用直升機分為單旋翼和雙旋翼兩大類。

（4）關于旋翼的反作用力矩

直升機旋翼軸帶動旋翼轉動時，空氣作用其上，産生反作用力矩。為保證直升機可控穩定飛行，需對該力矩進行平衡，由不同的平衡方式形成不同的旋翼布局。

（5）單旋翼布局

單旋翼布局有帶尾槳和無尾槳兩種。

帶尾槳——由尾槳産生的拉力(或推力) 相對于直升機機體重心形成的偏轉力矩，去平衡空氣對旋翼形成的反作用力矩。應用廣泛，但尾槳工作消耗一部分功率。

無尾槳——通過從尾梁側向引出的發動機高速氣流所産生的的反作用力來平衡空氣對旋翼形成的反作用力矩。

比較帶尾槳式需在尾梁裡面設置傳動軸，給尾槳傳輸動力，無尾槳的結構較簡單，維護較方便。由于取消後部傳動組件，也減輕了部分重量，一定程度上改善了可操控性和機動性。但氣流的反作用力有限，隻能用于輕型直升機。

（6）雙旋翼式布局

雙旋翼縱列式直升機

直升機上裝有兩副旋翼，可以是共軸式，也可以是縱列式或者橫列式(含交叉)雙旋翼。

雙旋翼交叉式直升機

通過傳動裝置使兩副旋翼彼此向相反方向轉動，空氣對其中一副旋冀的反作用力矩，正好為另一副旋翼的反作用力矩所平衡。

其中的雙旋翼交叉式除與其它雙旋翼直升機一樣有兩副完全一樣，但旋轉方向相反的旋翼外，其明顯特點是兩旋翼軸不平行，分别向外側傾，且橫向軸距很小，所以兩副旋翼在機體上方呈交叉狀。

雙旋翼橫列式直升機

（7）多旋翼航空器的原理

多旋翼（多軸）航空器的飛行原理與直升機、特别是雙旋翼橫列式直升機相近。可視為直升機的一種。

其發動機與旋翼直接相連（可以一機一軸一副或同軸雙副旋翼，還可通過傳動裝置實現更多驅動樣式），可垂直起降和空中懸停。而設為偶數副的旋翼，皆因平衡空氣對旋翼的反作用力矩的需要，旋翼副的各一半互為平衡反作用力矩。

以下是多旋翼布局的主要樣式。其中，紅、藍表示旋轉方向相反，Rev Y6、Y6、X8為同軸雙旋翼。

（8）傾轉旋翼機

傾轉旋翼機（Tilting Rotorcraft）是一種雙模态的航空器，應視為飛機，可以不在這裡描述。

但人們已經稱其為傾轉旋翼機了，故而也可将其作為有條件的特殊構型雙旋翼航空器。這是一種将固定翼飛機和直升機特點融為一體的新型航空器，被稱為空中“混血兒”。1981年研制成功，代表機型為V-22“魚鷹”。

其機身、機翼和普通固定翼飛機基本相似，但是其位于機翼兩端的螺旋槳發動機可上下轉動。當螺旋槳發動機從水平狀态轉到垂直狀态時，可像直升機一樣垂直起降和懸停；

當螺旋槳發動機處于水平狀态時，給飛機一個向前的推力，使它能像固定翼飛機一樣飛行。

螺旋槳發動機處于兩種狀态之間時，既産生升力，又産生推力，能使飛機以低速飛行。該型航空器的出現，帶來了獨特的能力，包括速度與航程的結合以及新的使用方式。

V-22“魚鷹”傾轉旋翼機

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