-
FAA
旋
翼
机
飞
行
手
册
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（
）
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1
第
15
章
自旋翼机介绍
＊＊＊
＊＊＊
＊＊＊
＊＊
目
录
自旋翼机的类型
< br>..............................15-1
构
成要素
....................................
15-2
机身
.....................
...................15-2
动力装臵
....................................15-2
旋翼系统
.................................
...15-2
尾翼面
.................
.....................15-2
起落架
......................................15-3
机翼
................................
........15-3
＊＊＊
＊＊＊
＊＊＊
＊＊＊
192
3
年
1
月
9<
/p>
号，
历史第一次有正式记载的自旋翼机飞
行。这架由
Juan de la Cierva
设计的飞行器
中引入了旋翼
技术从而使得旋翼飞行器向前飞行成为可能。在那之前的旋
翼飞行器设计者都被飞行器开始向前飞行时的滚转力矩问
题困扰。滚转力矩问题
是流过桨盘的气流造成的，使得前行
桨叶升力增加，后行桨叶升力减小。
Cierva
的成功设计
C.4
中引入了铰接旋翼，通过铰链连接旋翼并允许桨叶上下挥
舞。
这个解决方法允许前行桨叶向上运动，
减小攻角和升力，
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2
同时后行桨
叶向下摆动，增加攻角和升力。从而通过桨盘产
生无关气流的平衡升力。这一突破为
15
年后开发的现代直
升机的成功提供了帮
助
(
更多信息详见《第三章》
)
1931
年
4
月<
/p>
2
日，
Pitcairn PCA-2<
/p>
型自旋翼机获得了
第
410
号飞机型号合格证
(TC, Type Certificate)
成为美国
第一获得执照的旋翼飞行器。单词“
A
utogyro
”就是用来描
述这种类型的飞行器的，直到
FAA
后来指定了另外一个单词
“
Gyroplanes
”（自转旋翼飞行器）来描述这类飞行器。
根据定义，自旋翼机是通过自由旋转的旋翼获得升力的飞行
器。还有几种飞行器使用了自由旋转的旋翼来获得纯粹形式
的直升机所无
法达到的性能。“
gyrodyne
”是一种能够进行
悬停和自旋巡航的混合型的旋翼飞行器。这种类型飞行器的
第一个成功的
实例是
British Fairy Rotodyne,
在
1958
年
获得运输类
(Transport Category)
的执照。在十九世纪六七
十年代，自旋翼机的数量随着
McCulloch J-2
和
Umbaugh
获
得执照
而增加了。
Umbaugh
后来发展成为
Air & Space 18A
。
有一些正在开发中的飞行器使用了自由旋转的旋翼以获得
旋翼起飞性能和固定翼的巡航
速度。
自旋翼机操作简单，具有内在的安全性和突出的点到点
短距
(Short
field)
起飞降落能力。
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3
[
自旋翼机的类型
]
由
于自由旋转的旋翼不需要反扭矩设备，所以单旋翼是自旋
翼机的主流配臵。反向旋转
(Counter-rotating)
的旋翼并不
能提供任何特殊的优点。自旋翼机旋翼系统的桨叶数量可以
是任意的，但是最常
用的是配臵两片和三片桨叶的系统。
自旋翼机的推进系统既可
以是拉式的也可以是推式
（
tractor
）的也可以是拉式的（
pusher
），即发动机可以
安装在飞机前端拉动整个飞行器飞行，也可以安装在后端推
动飞行器
在空气中前进。
动力装臵可以是活塞的
(reciprocating)
也可以是涡轮的
（
turbine
）
.
早期的自旋翼机常常是从拉式配臵中衍生出来，旋翼用来替
代固定翼或者和固定翼同时存
在，协同工作。推式配臵由于
尾舵放臵在螺旋桨滑流中，通常操作更为灵活，飞行员也具
有更好的视野。
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4
图
15-1
自旋翼机可以具有机翼，
可以是推式或者拉式结构，
可以是涡轮动力也可以是螺旋桨动力的。左图为
Pitcairn
PCA-2,
右图为
Air &
Space 18A
当旋翼头的直接控制（
direct c
ontrol
）技术完善以后，就
开发出了跳跃起飞（跳飞，<
/p>
jump takeoff
）的自旋翼机。在
一定的条件下，这些自旋翼机具备垂直起飞并转为前飞的能
力。
自旋翼机后来的发展包括保持直接控制的旋翼头和利
用固
定翼来减轻旋翼载荷，以提高飞行速度。
[
构成要素
]
虽然自旋翼机的设计各种各样，但是大多数的基本构成要素
是相
同的。一架具备基本功能的自旋翼机包括：机身，动力
装臵。旋翼系统，尾平面和起落架
。如图
15-2
所示。还有
一些可选的
配件，如机翼，在一些设计中用以达到特殊的性
能目标。
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5
图
15-2
典型的自旋翼机包含
5
个主要部分，有些设计含有
第六部分：机翼
[
机身
]
机
身提供为其他部件的安装结构。可以是焊接的管材，
钣金，
复合
材料，
甚至只是将管材简单的用螺栓连接在一起。
也可以使用一
些构成方法的搭配组合来实现。已经应用了很
多年，具有最高的强度
/
重量比（
strength-to-weight
ratios
，比强度）机身是由碳纤维（
carbon fiber
）材料结
构或者焊接管材结构。
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6
[
动力装臵
]
动力装臵提供向前飞行的推力，在飞行时和旋翼系统独
立无关。
然而在地面上时发动机可以被用来作为旋翼系统预
旋（
prer
otate
）的动力。经过很多年的发展，有很多种的
发动机型
号被应用到自旋翼机上。
汽车发动机，
船用发动机，
ATV(All Terrain Vehicle,
沙滩车
)
发动机，经过认证的航
空发动机等被不同的自旋翼
机设计采用过。获得认证的自旋
翼机必须使用
FAA
认证的发动机。一台新的经过认证的飞机
发动机比任何的其他发动机都要贵
。这些额外增加的价格是
自制自旋翼机选择其他发动机的主要原因。
[
旋翼系统
]
旋翼系统提供自旋翼机必须的升力和控制能力。全铰
接
(fully
articulated)
和半刚体跷跷板式
(semi-
rigid
teetering)
旋翼系统是最常见的系统。
《第
5
章—主旋翼系
统》详细解释了这
些旋翼系统。带桨毂倾斜控制的跷跷板桨
叶是自制旋翼机的主要选择。这个系统还可以加
入总距控制
以改变旋翼桨叶的桨距。只要桨叶具备足够的惯量和总距
(collective pitch)
控制，就可以实现自旋翼机的跳跃起飞
（
jump takeoffs,
跳飞）。
[
尾翼面
]
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7
尾翼面提供稳定性和俯仰，偏航控制。这些尾翼面和飞
机的尾翼面（
empennage
）类似，可以由安定翼（
< br>fin
），尾
舵（
rudder
）
,
稳定面
(stabilizer)
和升降舵
(elevator)
组
成。也有的设计采用在后装式的涵道安装螺旋桨和尾舵的。
很多的自旋翼机没有水平尾翼。而另外一些自旋翼机，尤其
是有封闭式
座舱的机型，由于在重心前面具有较大的机身侧
面，从而使得偏航稳定显得不太有效。这
时就需要额外的垂
尾面来补偿这种不稳定，又受到旋翼偏转范围和降落时的高
俯仰角度的约束而无法获得足够的面积。一些自旋翼机通过
装备多垂直稳定
面和尾舵来实现额外的偏航稳定性。
[
起落架
]
起落架提供在地面上的移动能力。结构形式可以是前
三点式
（
tricycle
）
的或者是后三点式
（
conventional
）
的。
后三点式起落架由两个主轮和一个尾部下方
的轮子组成。前
三点式也采用两个主轮，但是第三个轮安装在机头下方。早
期的自旋翼机和部分的现代自旋翼机采用后三点式起落架。
后来的设计大多采
用前三点式起落架。
类似于固定翼飞机的起落架，自旋翼机的
起落架提供大多数
直升飞机所不具备的地面移动能力。
[
机翼
]
<
/p>
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8
机翼可以是也可以不是自旋翼机的组成部分。使用机翼
的时候，可以提
供额外的性能，增强的存储能力和增强的稳
定性。一些在开发中的带有机翼的自旋翼机基
本上能够替代
旋翼系统的载荷，并承载飞机的全部重量。可以实现旋翼机
的起降性能和固定翼飞机的巡航速度。
[
图
15-3]
第
16
章
旋翼机的空气动力学
*******
********************************************
****************
目
录
自旋
..
........................................16-1
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9
垂直自旋
..............................
........16-1
桨盘分区
..........
............................16-2
向前飞行时的自旋
.............................16-2
反向气流
......................................1
6-3
逆行旋翼失速
.................................16-3
旋翼受力
...................................
...16-3
旋翼升力
.....................................16-4
旋翼阻力
.....................................16-4
推力
.................................
.........16-4
稳定性
.......................................16-5
水平稳定面
...................................16-5
机身阻力
(
压力中心
)...........................16-5
桨
距惯性
....................................
..16-5
螺旋桨推力线
..............
....................16-5
旋翼受力
......................
..............16-6
平衡条件
....
.......................... .......16-6
向气流
...................................
.....16-3
逆行旋翼失速
...................... ..........16-3
旋翼受力
...................................
..16-3
旋翼升力
..................... ..............16-4
旋翼阻力
.......................... .........16-4
< br>推力
..................................
.......16-4
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10
稳定性
......................................16-5
水平稳定面
..................................16-5
机身阻力
(
压力中心
)..........................16-5
桨距
惯性
.....................................
16-5
螺旋桨推力线
................
.................16-5
旋翼受力
.
....................................16-6
< br>平衡条件
................................
.....16-6
****************
***********************************
****
************
直升机和旋翼机都是通过旋翼来产
生升力的，因此解
释升力产生的许多基本空气动力学原理对两种飞行器而言
是相同的。这些基本原理在《第
2
章：一般的空气动
力学》
里有详细的解释，这些原理也同样构成了旋翼机空气动力学
讨论的基础。
[
自旋
]
<
/p>
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11
直升机和旋翼机之间一个根本的不同在于：在依靠动力
维持飞行的过程中，旋翼机旋翼系统工作在自旋状态下。这
意味
着旋翼依靠向上流过翼面的气流维持自身的自由旋转，
而不是通过发动机的动力旋转翼面
，从上方吸收气流。
[
图
16-1]<
/p>
在自旋过程中产生的力一方面维持旋翼的旋转，另一
方面产生将飞
行器维持在空中的升力。从空气动力学的角度
而言，在正常飞行时旋翼机旋翼系统的运转
和直升机的旋翼
系统在发动机失效时，向前自旋下降时的运转方式一样。
图
16-1.
在旋翼机上气流通过旋翼系统的方向和动力飞行状
态下的直升机相反。
这些气流是把动力从旋翼机发动机传送
到旋翼系统并保持旋翼自转的媒介。
[
垂直自旋
]
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12
在垂直自旋过程中，旋翼桨片遇到的相对风由两个基本的组<
/p>
成部分。如图
16-2
所示，一个是向上
的通过旋翼系统的空
气流，在一个给定的飞行条件下该气流保持相对不变。另一
个分量是桨叶旋转造成的周向气流（旋转方向的相对气流，
译者注）
。
这个分量的大小和离开旋翼叶毂的距离关系很大。
举例来说，考虑一个转速
300
转
/
分钟
(r.p.m)
的直径
25
英
尺的桨盘
，在离开旋翼叶毂
1
英尺的位臵上的一点，桨叶沿
着一个周长
6.3
英尺的圆运动，这时的线速度大约
为
31.4
英尺
/
秒
(f.p.s)
或者
21
英里
/
小时
(m.
p.h)
。在翼尖上的一
点，旋转周长大约是
< br>78.5
英尺，在同样的转速下，速度大
约为
393
英尺
/
秒，或者<
/p>
267
英里每小时。这样情况下造成
的结
果是翼尖的相对风速更大，而相对于旋翼的攻角更小
（如图
16
-3
）。
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13
图
16-2.
在垂直自旋中，桨叶旋
转造成的相对气流和向上的
气流合成了最终流经翼型表面的气流。
图
16-3.
沿着旋翼向外移动，旋转速度的增加超过了气流的
向上的速度分量，造成更快的
相对气流和更低的攻角。
[
桨盘分区
]
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14
<
/p>
无论选用什么样的翼型，旋翼产生的升力总是垂直于相
对气流的方
向。处于自旋中的旋翼相对气流的攻角在内侧较
大而在外侧较小，因此靠近桨毂的内侧旋
翼产生的升力具有
较大的向前分量，而靠近翼尖的旋翼产生较大的垂直分量。
这种现象造成了桨盘的不同功能分区，从而产生自旋状态下
飞行所必需的力
。
如图
16-4
所示，自旋区域，又称驱动区域，产生的总
气动力
(TAF)
的前向分量超过所有的后向空气阻力的总和，
从而保持了桨叶的旋转。螺旋桨区，又称被驱动区，产生的
总气动力具
有较大的垂直分量，从而保证旋翼机能够在空中
飞行。靠近桨盘中心是失速区。在失速区
里桨叶周向运动的
相对气流太小，以至于合成气流的角度超过了翼型的失速极
限。失速区对桨叶旋转产生空气阻力，必须依靠驱动区域产
生的前向力来克
服。
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15
16
中
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/p>
图
16-4
总气动力在被驱动区落后于旋转轴，在驱动区领先
于旋转轴。空
气阻力是失速区的主要气动力。垂直自旋的全
面力学分析参见
《
第三章直升机飞行空气动力学》
，
图
3
-22
。
[
向前飞行时的自旋
]
截至目前我们讨论的都只是旋翼机垂直下降时自旋的
空气动力学。通常情况下
旋翼机都是向前飞行的，因此由于
向前的飞行速度引起的相对气流与旋翼的相互作用也必
须
考虑在内。这个气流分量不影响造成桨叶自旋的空气动力学
原
理，但是会造成桨盘不同区域的形状变化。
当旋翼机在空气中
向前运动时，向前的运动速度对于前
行桨叶而言将造成相对气流的速度加快，对后行桨叶
而言则
减小相对气流的速度。为了应对桨盘两侧升力的不平衡，前
行桨叶在跷跷板的作用下翘起以减小攻角和升力，与此同时
后行桨叶向下以增加攻角和
升力。（关于升力不平衡的详细
讨论参见《第三章
-
直升机飞行空气动力学》）前行桨叶的
攻角减小导致驱动区域变大，同样<
/p>
,
后行桨叶的攻角增加导
致更大的失速区
域。向前飞行导致原有的桨盘分区向后行桨
叶方向移动，其大小和程度和飞行器的飞行速
度大小有关。
参见图
16-5
。
17
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图
16-
5
：向前自旋飞行的桨盘分区
[
逆向气流
]
对于向前飞行的旋翼系统而言，逆向气流（译者：简称
反流或者
逆流）发生在桨盘后行侧靠近桨毂的部分。这主要
是由于飞行速度大于桨叶的旋转速度造
成的。
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18
举例来说，桨毂以外
2
英尺的位臵，桨叶旋转一周的周长是
12.6
英尺。
当转速为
300r.p.m
时，
该点的速度是
42
< br>m.p.h
。
如果这时飞行速度为
42
m.p.h
，在该点上的运动速度刚好互
相抵消。从这一点向里桨叶的旋转速度会小于飞行速度，这
会造成气流冲击桨
叶后缘，相对速度随着向桨毂内部移动而
增加。如图
16-6<
/p>
所示，逆流区域主要由飞行速度决定，速
度增加时逆流区域变大。
在一定程度上旋翼系统的旋转速度
也会影响这个区域的大小，转低转速更易受逆流的影响
，逆
流的区域也更大。
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19
图
16-6.
向前飞行时由于飞行速
度超过桨叶转速从而在旋翼
后行侧形成逆流区域。
[
逆行桨叶失速
]
在直升机中逆行桨叶失速通常发生在翼尖上，而旋翼机
则通常发生在
桨毂向外
20%
~
40%
位臵的区域而不是翼尖上。
主要原因在于旋翼机工作在自旋状态下，向前
飞行的时候存
在后行桨叶靠近桨毂的位臵存在固有的失速区域（参见图
< br>16-5
）。随着飞行速度的增加，后行桨叶的攻角增加以应对
< br>升力不对称，这时后行桨叶上的失速区域会向外扩张。由于
失速区位于桨盘的内部
而不是像直升机一样位于翼尖的位
臵，所产生的力关于飞行器重心的影响较小。造成的影
响是
飞行时会感觉到增加了轻微的震动，而不是很大的前后倾或
者是横摆趋势。
至此，经过两天的努力，关于自旋部分的翻译
已经完成。由
于时间仓促没能认真的校对和检查。疏漏和错误之处在所难
免，各位看官请不吝赐教！
看到论坛里有很多关于自
旋的分析，读罢总觉得在分析
方法上有些不足，也觉得大家没有必要在成熟的理论问题上
浪费很多时间，毕竟我们的目的是飞行不是学术。
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20
“勿在浮沙筑高台。”
翻译此文的目的在于希望帮助大家避
< br>免走长路。
[
旋翼受力分析
]
< br>同任何重于空气的飞行器一样，旋翼机飞行时也受到升
力，重力，推力和阻力这四
种力的作用。旋翼机的升力来自
于旋翼系统，推力直接来自螺旋桨。如图
16-7
所示，旋翼
产生的力可以分为两个分量：旋翼
升力和旋翼空气阻力。垂
直于飞行路径的是旋翼升力，平行于飞行路径的是空气阻
力。为了推出整体的飞行器空气阻力反应，必须把机身空气
阻力计算在
内。
图
1
6-7.
在向前飞行时，旋翼机的旋翼系统所受的气动合力
方向
与直升机相反
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21
[
旋翼升力
]
旋翼升力可以简单的想象成为支撑飞行器重量的升力。当翼
面产
生升力的同时，空气阻力也就伴随着产生了。对一个给
定的翼型，最有效的攻角是产生最
大升力和最小阻力的角
度。然而旋翼桨叶并不是工作在这种有效的角度，在每一圈
的旋转过程中攻角都在发生变化。而且，旋翼系统必须保持
一定的自旋
桨距以持续地产生升力。有一些旋翼机安装了小
的附加机翼以便在较高巡航速度飞行时产
生升力。这些附加
的机翼产生的升力可以作为旋翼升力的补充，甚至可以完全
取代旋翼升力。
[
旋翼
空气阻力
]
合成的旋翼空气阻力是作
用在桨叶的每个桨叶位臵上的旋
翼空气阻力的总合。每一个桨叶位臵的贡献根据速度和角
度
的不同而不同。当旋翼桨叶旋转的时候，根据不同的位臵，
旋
翼速度，飞行速度等的不同空气阻力也在不断的快速变
化。桨盘攻角的变化可以快速有效
地影响空气阻力的变化。
旋翼阻力可以分为诱导阻力
(induced
drag)
和翼型阻力
(profile drag)
。诱导阻力是升力的结果，而翼型阻力是旋
翼转速的函数。由于诱导阻力
旋翼产生升力的结果，翼型阻
力可以被看作是不产生升力时的旋翼阻力。这个阻力可以被
理解成在不产生升力的情况下，预旋时为了达到给定的飞行
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22
转速所
要克服的空气阻力。在具备对称翼型和可变桨距的旋
翼机上，这种工作状态可以通过设臵
旋翼攻角为
0
度实现。
对于安装非对称
翼型和固定桨距角的旋翼系统，必须在预旋
时克服诱导阻力。而大多数的业余制作的安装
跷跷板的旋翼
系统正是属于这一类。
[
推力
]
<
/p>
自旋翼机的推力定义为螺旋桨产生的气动力中平行于相对
来流的分
量。和其他的作用于飞行器的力一样，推力作用在
重心
(
译者：
center of
gravity,
简称
CG
，是自旋
翼机的重
要常用缩写之一
)
附近。根据
推力作用的位臵与重心的关系，
螺旋桨的气动力会有一个较小的垂直于相对来流的分量，
并
且根据位臵关系可以表现为额外的升力或者重量。
飞行的时候，机身本质上相当于一个悬挂在旋翼系统下
面的重锤，因此容易产生类似于直升机的钟摆运动
(pendu
lar action)
。和直升机不同的是，自旋翼机的推力
直接作用于机身之上而不是通过旋翼系统获得。由此，在飞
行的时候作用在自旋翼机和直
升机上的力也不尽相同。例
如：发动机力矩会使得机身向与螺旋桨转向相反的方向偏转<
/p>
几度，从而使得机身偏离垂直平面。如图
16-8
所示
,
通常在
大多数的飞行条
件下，这种轻微的偏斜是可以忽略的，也不
会产生重要影响。
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23
<
/p>
钟摆运动—由于悬挂在旋翼系统下方造成的机身的横
向或者纵向摆
动
,
类似于钟摆的运动。
进一步的讨论
参见
《第
三章
-
直升机飞行空气动力学》
图
16-8:
作用在螺旋桨上的发动
机力矩有一个大小相同，方
向相反的力矩作用在机身上，使得机身在飞行时偏离垂直方<
/p>
向一些。
＊＊＊
＊＊＊
＊＊＊
＊＊＊
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24
[
稳定性
]
飞行器的稳定性有助于减轻飞行员的负担增加安全性。类似
于典
型的通用飞行教练机一样，一架稳定的飞行器，需要飞
行员较少的精力去维持期望的飞行
的姿态，在遇到阵风
(Gust of wind)
或者其他外
力的影响的时候会自动修正姿
态。相反的，一架不稳定的飞机需要飞行员持续不断的保持
注意力以维持飞机的控制。
有很多因素影响自旋翼机的稳定性。其中一个是水平安
定面的位
臵。另一个是机身阻力与重心的关系。第三个是绕
俯仰轴的惯性距，第四个是螺旋桨推力
线与重心的垂直位臵
的关系。
然而最重要的因素是旋翼力的作用线和重心水平位臵
的关系。<
/p>
[
水平安定面
]
水平安定面有助于增加纵向的稳定性，离开重心越远越是有
效。因为升力正比于速度
的平方，所以飞行速度越高水平安
定面也就越有效，由于自旋翼机的速度不是很高，制造
者可
以通过改变水平安定面的大小，调整到重心的距离，或者放
臵在螺旋桨滑流
(slipstream)
中来获得期望的稳定
性。
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25
[
机身阻力
(
压力中心
)]
如果机身阻力或者压力中心位于重心的后面，自旋翼
机被认为是更稳定的设计。对于
绕垂直轴的偏航运动尤其是
这样。为了达到这个条件就必须有足够大的垂直尾翼面。另<
/p>
外，自旋翼机需要一个平衡的纵轴压力重心以获得足够的周
期运动
（
cyclic
movement
）防止机头压低或者抬升
,
当速
度增加时前面的区域聚集了很多的压力。
[
俯仰惯量
]
不用改变整体重量和重心位臵，把重量配臵得离重心
越远，自旋
翼机就越稳定。例如，将飞行员的座位从重心向
前移，将发动机从重心向后移，保持重心
不变的情况下，自
旋翼机会变得更加稳定。这和走钢丝者
(ti
ghtrope
walker)
用一根长棍来增加自身的平衡是相同的原理。
[
螺旋桨推力线
]
仅针对螺旋桨推力线本身而言，如果高于重心，当增加
推
力的时候，自旋翼机会有头部向下的趋势，而推力减小是
会有抬头的趋势。螺旋桨推力线
低于重心时，相反的情况会
发生。如果推力线恰好通过重心或者在附近通过时，自旋翼<
/p>
机就不会有头部俯仰的动作发生。如图
16-9
< br>所示。
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26
图
16-9.
螺旋桨推力线高于重心的自旋翼机通常称为低姿
(Low Profile)
自旋翼机。螺旋桨推力线低于重心的被
认为
是高姿
(High
Profile)
自旋翼机
.
[
旋翼力
]
由于一些自旋翼机根本没有水平稳定面，而且螺旋桨推
力线也是
各不相同，自旋翼机的制造者可以通过把重心调整
到旋翼力线的前面或者后面来获得期望
的稳定性。如图
16-10
，假设向前飞行时
< br>CG
位于旋翼力线的后方。如果阵风
增加了攻角，旋翼力
增大了。这同时导致了先后行桨叶的升
力差，从而增加了桨叶挥舞角，导致旋翼的抬起。
这个俯仰
动作增加了相对于重心的力矩，导致攻角的进一步增加。这
样的结果是一种不稳定的状态。如果
CG
位于旋翼力线的前
方，阵风增加了攻角，导致桨盘产生同样的反应，但是这时
旋翼
力的增大和桨叶挥舞将减小力矩，从而减小攻角，这种
情况就是一种稳定状态。
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27
[
配平条件
(TRIMMED
CONDITION)]
如前所述，制造者通过组合不同的稳定性因素来获得一架配<
/p>
平的自旋翼机（
trimmed
gyroplane
）
.
例如，如果
你有一架重心低于螺旋桨推力线的自旋翼
机，在加力的时候螺旋桨推力会造成头部向下的
俯仰力矩。
在这种类型的自旋翼机上
,
为了补偿这种俯仰力矩，重心通
常位于旋翼力线的后方。这个位臵会产生一个抬头的俯
仰力
矩。相反的，如果重心高于螺旋桨推力线，重心通常那个位
于旋翼力线的前方。当然，机身阻力的位臵，俯仰惯量和附
加的水平稳定面都可以影响重
心的位臵。
图
16-10.
重心位于旋翼力线前方的旋翼机比重心位于旋翼
力线后方更稳定
.
至此，本章全部完成。这本飞行手册本来
就是本科普读物，
其中的空气动力学部分浅显易懂，又显得十分重要。希望本
文能够为各位飞友提供一些基本的空气动力学常识。基础知
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28
识并不是
DIY
所必需的，照瓢画葫芦也是可行之路。但是打
好基础可以让你事半功倍，快速准确的达成目的。
第
18
章
自旋翼机系统组成
本章描述了自旋翼
机结构上的很多特点尤其是旋翼头的部
分，对了解旋翼头结构和工作方式很有帮助。本章
描述了自
旋翼机结构上的很多特点尤其是旋翼头的部分，对了解旋翼
头结构和工作方式很有帮助。
目
录
推进系
统
.......................................18-1
旋翼系
统
.......................................18-1
半刚体旋翼系
统
................
..................18-1
全铰接旋翼系统
............
.......... ..........18-1
预旋
器
......................................
....18-2
机械预旋
...............
............. ...........18-2
液压预旋
.......................... .............18-2
电预旋
.........................
..... ...........18-3
翼尖喷气（
J
ets
）
...............................18-3
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29
仪
表
..............................
..............18-3
发动机仪
表
......................................18-3
旋翼速度
表
.....................................18-3
< br>转弯侧滑
仪
....................
..................18-4
空速
表
.........................................18-4
高度
计
..................
........................18-4
仪表飞行设备
...............................18-4
地面操
作
...........................
.............18-4
有很多种自旋翼机设计方案，从业余自制的到获得
FAA
认证的。同样。自旋翼机上安装的系统复杂成程度也各
不相同。为了保证你的飞机的飞行性能，全面地了解飞机上
安装的每个系统的
设计和操作就显得非常重要。
[
推进系统
]
今天在飞的大多数自旋翼机都是采用推式安装的活塞往复
式发动
机驱动固定速度或者恒定速度螺旋桨（原文如此：
either a fixed or
constant speed propeller
）。自制旋
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。
30
翼机的发动机通常采用已经被验证过的改自汽车或者其他
用途的动力装臵。也有一些自制
旋翼机采用
FAA
认证的航空
发动机和
螺旋桨。汽车发动机或者其他改装的发动机通常转
速较高，需要采用减速单元降低输出的
转速已达到螺旋桨的
有效转速。早期的自旋翼机采用现有的拉式布局使用的飞机
发动机。至今还有一些自制旋翼机采用这种推进布局，有些
发动机经过了
认证，有些没有。虽然现在没有，但是涡扇发
动机和喷气式发动机也可以用于自旋翼机的
推进系统。
[
旋翼系统
]
[
半刚体旋翼系统
]
< br>
任何能够自旋的旋翼系统都可用于自旋翼机。半刚体，
跷跷板式旋翼系统由于其简单性被广泛地采用。自制旋翼机
主要采用这种旋翼系统。如图
18-1
所示，这种系统中旋翼
头安装
在一个转轴上，而转轴可以倾斜已实现控制的目的。
旋翼桨叶安装在一个叶毂板（
hub bar
）上，叶毂板可以有
也可以没
有桨距调整的功能。叶毂板带有一个由桨叶重量，
旋翼速度和载荷决定的桨叶锥角
(coning angle)(
译者注：
这
里的桨叶锥角是指预先在叶毂板上加工出来的角度，与旋
翼系统在飞行过程中的锥角不同
。
)
。这个预先设臵的锥角
可以最小化
叶毂板的弯矩（
bending moments
），避免采用
在更复杂的旋翼系统中采用的锥角铰（
coning hing
e
）。一
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31
个塔型块提供旋翼头下垂和通
过一个跷跷板螺栓安装旋翼
头的支撑。旋翼头由一个安装轴承和塔型块的轴承座组成。<
/p>
转轴
(
通常是一个垂直方向的螺栓
)
将旋转部分和静止的力
矩管部分连接在一
起。力矩管安通过一个允许纵向和横向运
动的装臵连接到机身上。这个机构可以实现达成
控制目的的
运动。
锥角—旋翼桨叶从旋翼叶毂向上的偏角。
悬挂—一种通过改变桨叶跷跷板高度来保持旋翼主桅轴与
每个桨叶的重心距离设计方
式。可以杜绝影响旋翼系统速度
的科里奥利效应
(Coriol
is Effect)
。《第三章飞行的空气
动力学
.
科里奥利效应
(
角动
量守恒定律
)
》中进一步解释”
悬挂”
。
译者：
关于
Undersling
这个单词的翻译存在很多问题。首
先这
个词在自旋翼机中的意思是专指叶毂板与和跷跷板转
轴之间的垂直距离。但是老外用了一
个单词，我在中文中没
有找到相应的词来匹配，只好用了“悬挂”这个不是十分准
确的译法。意译的话应该叫做
“跷跷板高度”
(Teeter
He
ight)
。实际使用过程中这个参数非常重要，如果选择了
不
合适的跷跷板高度会造成飞行过程中明显的旋翼每转一
圈发生两次的旋翼震动。
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32
图
18-
1
：
大多数自制旋翼机都采用半刚体，
跷跷板式旋翼头。
叶毂板和旋翼桨叶可以绕跷跷板螺栓倾斜。
[
全铰式旋翼系统
]
< br>
一些自旋翼机上装备了全铰式旋翼系统。对于这种直升机类
型的旋翼系统，全铰式旋翼系统允许在飞行的时候改变旋翼
桨距。
< br>如
[
图
18-2]
，
这种系统明显比比跷跷板类型的旋翼头
要复杂得多
，需要装有允许旋翼桨叶独立挥舞，变距，摆振
的铰链。自旋翼机采用的这种全铰式旋翼
和直升机用的非常
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