什么是旋翼机，旋翼机的特点

旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。为了改善性能，如提高飞行速度等，还可以选择机翼等部件。

机身是所有其他部件的连接件，结构可以是焊接管、金属片、复合材料、单管栓接或混合结构方式，最大强度重量比的机身是碳纤维材料或焊接管结构。发动机在飞行中提供独立于旋翼系统的前飞动力，在地面则可以提供旋翼桨叶预转的动力。

随着旋翼机的发展，可用于旋翼机的发动机种类也越来越多。车用、船用、航空发动机都可以用于以娱乐、体育爱好为目的研制的旋翼机，而需要取得适航证的旋翼机必须安装权威管理机构认证的发动机。发动机可以是活塞式也可以是涡轮式。旋翼系统主要给旋翼机提供升力和操纵，常用的是全铰接式、半刚性跷跷板式。因不需反扭矩装置，现代旋翼机的主要型式是单一的旋翼。

目前旋翼机惯用2片或3片桨叶，广泛应用于直升机的负扭度桨叶对旋翼机来讲，并没有多大优势，所以旋翼机上常用无扭转或正扭转桨叶。个人自制的小型旋翼机常常使用可以连同桨毂桨叶一起扳动倾转的旋翼系统，也可以使用带总距操纵来改变旋翼桨叶俯仰角的旋翼系统。如果桨叶带总距操纵且具有足够的惯量，旋翼机跳飞就有可能实现。旋翼机的螺旋桨可以是拉进式也可以是推进式，也就是说，螺旋桨可以安装在机身头部，也可以安装在尾部。早期的旋翼机是由螺旋桨拉进式固定翼飞机改装而成，用旋翼替代固定翼。机翼或者固定机翼与旋翼复合使用。推进式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋桨滑流中，具有更好的操纵性，飞行员也有更好的视野。但是在总体设计中应该充分考虑推进式布局中，由于受机身影响，螺旋桨的工作效率有所降低。

和定翼飞机一样，旋翼机尾平面包括垂尾和平尾，提供俯仰和偏航轴向的稳定和操纵。有一些旋翼机，特别是封闭式驾驶舱的旋翼机，航向稳定性很低，为了补偿航向稳定性，安装垂尾是必要的。由于垂尾面积受旋翼桨叶倾转边界和着陆俯仰角度的限制，所以许多旋翼机设计安装了多片垂直安定面和方向舵。如果采用推进式螺旋桨布局，处于螺旋桨滑流中的平尾和垂尾利用效率会更高，特别是在旋翼机起飞和着陆飞行速度比较低的时候。

现代旋翼航空器通常包括直升机、旋翼机和旋翼式螺旋桨飞机三种类型。

旋翼航空器，顾名思义就是在航空器的构造中有旋翼（Rotor），即旋转的机翼，并以旋翼旋转获取升力的航空器。以往，在对旋翼航空器分类时，都只说包括两类，即旋翼机（Autogyro，或Autogiro，或Gyroplane）和直升机。

而直升机的所有分类法，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，也只列单旋翼直升机和双旋翼直升机，并未将多旋翼航空器列入。这样，多旋翼航空器似乎被遗忘了。

什么是旋翼：

“旋翼”是旋翼航空器共有的主要升力部件，也称升力螺旋桨。

旋翼由桨毂和数片桨叶构成。桨毂安装在旋翼轴上，形如细长机翼的桨叶连在桨毂上。一副旋翼最少有两片桨叶，最多可达8片。旋翼直径最小约5米，最大达35米。

按桨叶与桨毂连接方式的不同，分为铰接式、无铰式和无轴承式等。

不论那种类型的旋翼航空器，旋翼的桨叶旋转时与周围空气相互作用，产生沿旋翼轴的拉力。

旋翼轴方向近于垂直时，旋翼首先具有机翼的功能，产生向上的力。

如果相对气流的方向或各片桨叶的桨距不对称于旋翼轴，还产生垂直于旋翼轴的分力，具有类似于飞机推进装置的功能。还可产生改变机体姿态的仰力矩或滚转力矩，具有类似于飞机操纵面的功能。

1、螺旋桨旋转时，桨叶不断把大量空气向后推去，在桨叶上产生一向前的力，即推进力。桨叶上的气动力在前进方向的分力构成拉力。在旋转面内的分量形成阻止螺旋桨旋转的力矩，由发动机的力矩来平衡，桨叶剖面弦与旋转平面夹角称桨叶安装角。2、螺旋桨旋转一圈，以桨叶安装角为导引向前推进的距离称为桨距。为了使桨叶每个剖面与相对气流都保持在有利的迎角范围内，各剖面的安装角也随着与转轴的距离增大而减小。这就是每个桨叶都有扭转的原因。3、螺旋桨效率以螺旋桨的输出功率与输入功率之比表示。随着前进速度的增加，螺旋桨效率不断增大，速度在200-700公里/时范围内效率较高，飞行速度再增大，由于压缩效应桨尖出现波阻，效率急剧下降。螺旋桨在飞行中的最高效率可达85%-90%。螺旋桨的直径比喷气发动机的大得多，作为推进介质的空气流量较大，在发动机功率相同时，螺旋桨后面的空气速度低，产生的推力较大，这对起飞非常有利。

V-280倾转旋翼机是贝尔直升机公司和洛马公司联合研制的第三代倾转旋翼机。

倾转旋翼机与常规直升机相比，归纳起来有以下几个性能优点：

速度快直升机因受到旋翼前行桨叶激波失速和后行桨叶气流分离的限制，当直升机飞行速度为：360千米/小时（即100米/秒）时，则旋翼前行桨叶处于90°处的桨尖相对气流速度达300米/秒（旋翼旋转时桨尖处的切线速度一般为200米/秒），接近声速340.2米/秒，再增加速度就很容易产生激波失速了，而此时后行桨叶在270°处相对气流的速度为100米/秒，桨根部分会出现气流从桨叶后缘流向前缘的反流区，从而使桨叶产生的升力减少，为使升力保持与前行桨叶相同，需要增加后行桨叶的桨距，但桨距过大会出现气流分离现象。因此常规直升机最大速度超过360千米/小时、巡航速度超过300千米/小时的不多，而 V-22倾转旋翼机的巡航速度为509千米/小时，最大速度可达650千米/小时。

噪声小倾转旋翼机因巡航时一般以固定翼飞机的方式飞行，因此噪声比直升机小得多，并且在150米高度悬停时，其噪声只有80分贝，仅相当于30米外卡车发出的噪声。

航程远如V-22的航程大于1850千米，若再加满两个转场油箱，航程可达3890千米。如果进行空中加油，该机具有从美国本土直飞欧洲的能力，而直升机的航程很少超过1000千米。

载重量大美国研制的倾转旋翼机V-22悬停重量已达21800千克。贝尔直升机公司计划研制的下一代四旋翼倾转旋翼机（V-44）可装载80～100名士兵或10～20吨货物。

耗油率低倾转旋翼机在巡航飞行时，因机翼可产生升力，旋翼转速较低，基本上相当于两副螺旋桨，所以耗油率比直升机低。

运输成本低：综合考虑倾转旋翼机耗油量少、速度快、航程远、载重大等优点，其运输的成本仅为直升机的1/2。

振动小由于一般倾转旋翼机的旋翼布局在远离机身的机翼尖端，并且旋翼直径较小，因此其座舱的振动水平比一般的直升机低得多。 虽然倾转旋翼机与一般直升机相比有许多优点，但也有不少缺点，主要表现在如下几个方面：

技术难度高倾转旋翼机因既有旋翼又有机翼，并且要实现旋翼从垂直位置向水平位置或水平位置向垂直位置倾转，因此在旋翼倾转过程中气动特性的确定；旋翼/机翼、旋翼/旋翼、旋翼/机体之间的气动干扰问题；结构设计；旋翼在倾转过程中的动力学分析、旋翼/机翼耦合动载荷和稳定性问题；操纵控制技术及操纵系统动力学设计等方面都遇到了许多技术难题。

2001年，美国航空航天局（NASA）在对MV-22“鱼鹰”进行的一项独立评估中发现，还有未知的航空力学现象会威胁该机的安全，并阻碍该机的开发和部署。因此，它建议恢复该项目，这样许多问题可以通过测试来发现和解决。可见，倾转旋翼机技术还远谈不上已成熟，还有许多技术有待进一步研究和验证。

研制周期长从40年代起，美国贝尔直升机公司就开始进行倾转旋翼机的研究，已经过50多年的技术发展，其技术仍不是很成熟。“鱼鹰”倾转旋翼机仍存在诸多问题，并没有真正形成战斗力和投放民用市场。倾转旋翼机的技术研究和型号研制的周期都相当长。

研制费用高、单机成本高由于倾转旋翼机是一项高新技术产品，其技术复杂、难度高，因此要验证各项技术需要很高的费用，造成研制费用和单机成本都高得惊人。像美国的“鱼鹰”倾转旋翼机的研制费用达380亿美元，其海军型MV-22的单价达4400万美元。

旋翼效率低与直升机旋翼相比，螺旋桨旋翼的扭转角比较大，这对于确保桨叶根部能够在前飞状态下产生较大的拉力是十分有必要的。但在悬停状态时，采用大扭转角设计螺旋桨旋翼，其工作效率会大大降低，这就意味着由发动机输送过来的可用功率有很大一部分都被损耗了。

气动特性复杂在直升机前飞速度很低且下降速度较大时，它就会陷入到自身的下洗气流当中，此时极易导致涡环状态的发生。在涡环状态下，空气会绕着旋翼桨叶的叶尖呈环形流动，形成了类似于炸面包圈的涡流。涡流内部的空气压力下降，这就导致旋翼会损失一部分升力。

如果此时飞行员试图通过加大油门、增大桨叶工作迎角的方法来弥补因涡流而损失的那部分升力，那么涡环运动将会加速，导致旋翼损失更多的升力，情况就变得更加糟糕。

由于MV-22飞机的机体重量大，导致由发动机输出的可用于机动飞行的剩余功率减少。另外，MV-22飞机上的两副螺旋桨旋翼采用的是较为独特的横列式布置方式，一旦在飞行过程中出现一侧旋翼进入涡环状态，而另一侧则正常工作的情况，就会导致左右两侧的升力失衡，飞机就会向着受到涡环影响的一侧旋翼方向滚转。

可靠性及安全性低可靠性的高低直接影响着安全性的好坏。迄今为止，两架V-22飞机的坠毁事故都可能是源于发动机舱内液压系统的泄漏。机上液压系统，尤其是发动机舱内与飞行控制系统相关部分的可靠性低的问题，对V-22飞机的安全飞行构成了极大威胁。

可靠性和维修性之所以不甚理想，除了与维护人员的技术水平、熟练程度等因素相关之外，更重要的还源自于飞机设计上的欠缺。就在2000年发生两起坠机事故之后，事故调查人员就已经充分地认识到了这一问题的严重性，要求贝尔和波音公司对发动机舱进行重新设计。

1、构造不同：旋翼机由推进装置提供推力前进，推进装置有螺旋桨和喷气两种，在直升机的构造上还会增加螺旋桨，这是普通直升机没有的构件，除了旋翼机增加的推进装置外与直升机的构造基本相同。

2、驱动方式不同：直升机是依靠发动机驱动旋翼提供升力，把直升机举托在空中，而旋翼机是无动力驱动的旋翼提供升力、重于空气的“飞行器”。

3、飞行姿态不同：在飞行中，旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜，而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。

扩展资料：

旋翼机起飞方式：

旋翼机有滑跑起飞和垂直起飞，其起飞方法有三种：一种是带动力驱动它的旋翼。第二种是用预转旋翼并使其达到正常飞行转速的一定倍数，然后突然脱开离合器，同时使旋翼桨叶变距而得到较大的升力跳跃起飞。

由旋翼翼尖小火箭驱动旋翼旋转而提供升力来实现垂直起飞这种垂直起飞的过程，一般都是由自动程序控制来完成的，而且有较高的性能，但价格有比较便宜，这也是第三种起飞方式。

由于旋翼机没有尾梁、没有尾传动系统及减速器自动倾斜器，绝大部分旋翼机也没有主旋翼传动系统、主减速器等，结构简单，所以不仅价格低，而且故障率也低。此外使用维护简单方便。所需费用也低。

参考资料来源：百度百科——直升机

参考资料来源：百度百科——旋翼机

飞行原理

普通固定翼飞机飞行浮力源自固定在机身上的机翼。当定翼飞机向前飞，机翼与空气的相对运动产生向上升的浮力。直升机的浮力也来自相同的原理；但是直升机上的机翼并不是固定在飞机上，随著飞机向前运动；而是在机顶上旋转。所以直升机上的“螺旋桨”其实是旋转中的机翼，正确名称为“旋翼”。当旋翼提供浮力的同时，也会令飞机与旋翼作相反方向旋转，必须以相反的力平衡。多数做法是以小型的螺旋桨或风扇在机尾作相反方向的推动，也有新型直升机是靠在尾部吹出空气，用附壁效应产生的推力平衡，好处是大幅减少噪音，而且也可以避免尾部螺旋桨碰损的可能性，提高飞机安全性。部分大型直升机则使用向不同方向旋转的旋翼，互相抵消对机体产生的旋转力。

历史

人类有史以来就向往着能够自由飞行。古老的神话故事诉说着人类早年的飞行梦，而梦想的飞行方式都是原地腾空而起，像现代直升机那样既能自由飞翔又，能悬停于空中，并且随意实现定点着陆。例如哪阿拉伯人的飞毯，希腊神的战车，都是垂直起落飞行器。然而它们毕竞只存在于神话故事中，那个时代的科学技术水平太低，不可能创造出载人的飞行器，可以说，那是人类飞行的幻想时期。即使在幻想时期，仍然产生了直升机的基本思想， 昭示了现代直升机的原理。最有价值、最具代表性的是中国古代的玩具“竹蜻蜒”和意大利人达•芬奇的画。

竹蜻蜒有据可查的历史记载于晋朝(公元265—420‘年)．葛洪所著的《抱朴子》一书中。它利用螺旋桨的空气动力实现垂直升空，演示了现代直升机旋翼的基本工作原理。《简明不列颠百科全书》第9卷写道：“直升机是人类最早的飞行设想之一，多年来人们一直相信最早提出这一想法的是达•芬奇，但现在都知道，中国人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。” 这种玩具于14世纪传到欧洲，带去了中国人的创造。 欧洲人将它作为航空器来研究和发展。“

英国航空之父”乔治•凯利(1773一1857年)曾制造过几个竹蜻蜓，用钟表发条作为动力来驱动旋转，飞行高度曾达27m。 随着生产力的发展和人类文明的进步， 直升机的发展史由幻想时期进入了探索时期。欧洲产业革命之后，机械工业迅速倔起，尤其是本世纪初汽车和轮船的发展，为飞行器准备了发动机和可供借鉴的螺旋桨。经过航空先驱者们勇敢而艰苦的创造和试验，1903年莱特(Wright)兄弟创造的固定翼飞机滑跑起飞成功。在此期间，尽管在发展直升机方面他付出了很多的艰辛和努力，但由于直升机技术的复杂性和发动机性能不佳，它的成功飞行比飞机迟了30多年。

20世纪初为直升机发展的探索期，多种试验性机型相继问世。试验机方案的多样性表明了探索阶段的技术不成熟性。经过多年实践，这些方案中只有纵列式和共轴双旋翼式保留了下来，至今仍在应用。双桨横列式方案未在直升机家族中延续，但在倾转旋翼／机翼式垂直起落飞行器中得到了继承和发展。

俄国人尤利耶夫另辟捷径，提出了利用尾桨来配平旋翼反扭矩的设计方案并于1912年制造出了试验机。这种单旋翼带尾桨式直升机成为至今最流行的形式，占到世界直升机总数的95％以上。

经过20世纪初的努力探索，为直升机发展积累了可贵的经验并取得显著进展，有多架试验机实现了短暂的垂直升空和短距飞行，但离实用还有很大距离。

飞机工业的发展，使航空发动机的性能迅速提高，为直升机的成功提供了重要条件。旋翼技术的第一次突破，归功于西班牙人Ciervao他为了创造“不失速”的飞机以解决固定翼飞机的安全问题，采用自转旋翼代替机翼，发明了旋翼机。旋翼技术在旋翼机上的成功应用和发展，为直升机的诞生提供了另一个重要条件。

1907年8月，法国人保罗•科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机，并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。 1938年，年轻的德国人汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。 1936年，德国福克公司在对早期直升机进行多方面改进之后，公开展示了自己制造的FW-61直升机，1年后该机创造了多项世界纪录。

1939年春，美国的伊戈尔•西科斯基完成了VS-300直升机的全部设计工作，同年夏天制造出一架原型机。这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。

20世纪40年代，美国沃特-西科斯基公司研制的一种2座轻型直升机R-4，它是世界上第1种投入批量生产的直升机，也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。该机的公司编号为VS-316，VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4，美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1，英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1)，英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。

到30年代末期，在法国、德国、美国和苏联都有直升机试飞成功，并迅速改进达到了能够实用的程度。第二次世界大战的军事需要，加速了这一进程，促使直升机发展由探索期进入实用期，直升机开始投入生产线生产。到二战结束时，德国工厂已生产了30多架直升机，美国交付的 R5、 R6直升机已达400多架。

20世纪的后半期直升机进入航空实用期，直升机的应用领域不断扩展，数量迅速增加。至今已有几万架直升十机服务于国民经济的各个部门和军事领域。直到今天，经过人类100多年的不懈努力，直升机技术技术不断突破，使其应用效能和飞行性能不断改善，从而更适合于使用的拓展，技术上也逐步趋于成熟。

20世纪90年代，直升机发展进入全新的阶段，出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身设计的武装侦察直升机。典型机种有：美国的RAH-66和S-92，国际合作的“虎”、NH90和EH101等，这些新型的直升机又被人们称为第四代直升机。这一时期的直升机，采用了先进的发动机全权数字控制系统及自动监控系统，并与机载计算机管理系统集成在一起。其重要特性是采用了先进的增稳增控装置，用电传、光传操纵取代了常规的操纵系统，采用高度集成化的电子设备。计算机技术、信息技术及智能技术。同时，直升机电子设备朝着高度集成化方向发展。先进的捷联惯导、卫星导航设备及组合导航技术，先进的通讯、识别及信息传输设备，先进的目标识别、瞄准、武器发射等火控设备及先进的电子对抗设备，采用了总线信息传输与数据融合技术，并正向传感器融合方向发展。机上的电子、火控及飞行控制系统等通过多余度数字数据总线交连，实现了信息共享。采用了多功能集成显示技术，用少量多功能显示器代替大量的单个仪表，通过键盘控制显示直升机的飞行信息，利用中央计算机对通讯、导航、飞行控制、敌我识别、电子对抗、系统监视、武器火控的信息进行集成处理从而进行集成控制。采用这类先进的集成电子设备，大大简化了直升机座舱布局和仪表板布置，系统部件得到简化，重量大大减轻。更主要的是极大地减轻了飞行员工作负担，改善了直升机的飞机品质和使用性能。

分类

单旋翼尾桨直升机

最常见的直升机类型，一个水平旋翼负责提供飞机升力，尾部一个小型垂直螺旋桨负责抵消旋翼的反作用力。代表型号：苏联米里设计局研制的米-26运输直升机以及美国麦道公司研制的AH-64武装直升机。

单旋翼无尾桨直升机

一个水平旋翼负责提供飞机升力，并从尾部吹出空气，用附壁效应产生的推力抵消旋翼的反作用力。代表型号：美国麦道公司生产的MH-6直升机。

双旋翼直升机

纵列式

两个旋翼前后纵向排列，旋转方向相反，多见于大型运输直升机。代表型号：美国波音公司制造的CH-47“支努干”运输直升机。

共轴式

两个旋翼上下排列在同一个轴上，并且没有尾桨，优点是稳定性好，但技术复杂，因而较为少见。代表型号：苏联卡莫夫设计局研制的卡-50武装直升机。

侧旋翼直升机

又称为倾斜旋翼直升机，结合了固定翼飞机和直升机两者特点的混合技术直升机。起飞时采用水平并置的双旋翼，飞行中将旋翼向前旋转90度变成两个真正的螺旋桨，按照普通固定翼飞机的模式飞行。这样做的好处是可以减小飞行阻力，提高飞行速度，最高可以超过600公里/小时，同时省油，提高航程，缺点是结构复杂，故障率高，因而极为少见。代表型号：美国贝尔公司和波音公司联合制造的V-22运输直升机。

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（一）直升机的发展简史

中国的竹蜻蜓

中国的竹蜻蜓和意大利人达?芬奇的直升机草图，为现代直升机的发明提供了启示，指出了正确的思维方向，它们被公认是直升机发展史的起点。

竹蜻蜓又叫飞螺旋和“中国陀螺”，这是我们祖先的奇特发明。有人认为，中国在公元前400年就有了竹蜻蜓，另一种比较保守的估计是在明代(公元1400年左右)。这种叫竹蜻蜓的民间玩具，一直流传到现在。

现代直升机尽管比竹蜻蜓复杂千万倍，但其飞行原理却与竹蜻蜓有相似之处。现代直升机的旋翼就好象竹蜻蜓的叶片，旋翼轴就像竹蜻蜓的那根细竹棍儿，带动旋翼的发动机就好像我们用力搓竹棍儿的双手。竹蜻蜓的叶片前面圆钝，后面尖锐，上表面比较圆拱，下表面比较平直。当气流经过圆拱的上表面时，其流速快而压力小；当气流经过平直的下表面时，其流速慢而压力大。于是上下表面之间形成了一个压力差，便产生了向上的升力。当升力大于它本身的重量时，竹蜻蜓就会腾空而起。直升机旋翼产生升力的道理与竹蜻蜓是相同的。

《大英百科全书》记载道：这种称为“中国陀螺”的“直升机玩具”在15世纪中叶，也就是在达?芬奇绘制带螺丝旋翼的直升机设计图之前，就已经传入了欧洲。

《简明不列颠百科全书》第9卷写道：“直升机是人类最早的飞行设想之一，多年来人们一直相信最早提出这一想法的是达?芬奇，但现在都知道，中国人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。”

意大利达芬奇的画

意大利人达芬奇在1483年提出了直升机的设想并绘制了草图。

19世纪末，在意大利的米兰图书馆发现了达芬奇在1475年画的一张关于直升机的想象图。这是一个用上浆亚麻布制成的巨大螺旋体，看上去好象一个巨大的螺丝钉。它以弹簧为动力旋转，当达到一定转速时，就会把机体带到空中。驾驶员站在底盘上，拉动钢丝绳，以改变飞行方向。西方人都说，这是最早的直升机设计蓝图。

人类第一架直升机

1907年8月，法国人保罗?科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机，并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米，完成了垂直升空，而且还连续飞行了20秒钟，实现了自由飞行。

保罗?科尔尼研制的直升机带两副旋翼，主结构为一根V形钢管，机身由V形钢管和6个钢管构成的星形件组成，并采用钢索加强，以增加框架结构的刚度。V形框架中部安装一台24马力的 Antainette 发动机和操作员座椅。机身总长6.20米，重260千克。V形框架两端各装一副直径为6米的旋翼，每副旋翼有2片桨叶。

世界上第一种试飞成功的直升机

1938年，年轻的德国姑娘汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。

1936年，德国福克公司在对早期直升机进行多方面改进之后，公开展示了自己制造的FW-61直升机，1年后该机创造了多项世界纪录。这是一架机身类似固定翼飞机，但没有固定机翼的大型双旋翼横列式直升机，它的两副旋翼用两组粗大的金属架分别向右上方和左上方支起，两副旋翼水平安装在支架顶部。桨叶平面形状是尖削的，用挥舞铰和摆振铰连接到桨毂上。用自动倾斜器使旋翼旋转平面倾斜进行纵向操纵，通过两副旋翼朝不同方向倾斜实现偏航操纵。旋翼桨叶总距是固定不变的，通过改变旋翼转速来改变旋翼拉力。利用方向舵和水平尾翼来增加稳定性。FW61旋翼毂上装有周期变距装置，在旋翼旋转过程中可改变桨叶桨距。还有一根可变动桨距的操纵杆来改变旋翼面的倾斜度，以实现飞行方向控制。FW61就是靠这套周期变距装置和操纵杆保证了它的机动飞行。该机旋翼直径7米。动力装置是一台功率140马力的活塞发动机。这是世界上第一架具有正常操纵性的直升机。该机时速100~120公里，航程200公里，起飞重量953千克。

第一架实用直升机

1939年春，美国的伊戈尔?西科斯基完成了VS-300直升机的全部设计工作，同年夏天制造出一架原型机。这是一架单旋翼带尾桨式直升机，装有三片桨叶的旋翼，旋翼直径8.5米，尾部装有两片桨叶的尾桨。其机身为钢管焊接结构，由V型皮带和齿轮组成传动装置。起落架为后三点式，驾驶员座舱为全开放式。动力装置是一台四气缸、75马力的气冷式发动机。这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。

自首次系留飞行以来，西科斯基不断对VS-300进行改进，逐步加大发动机的功率。1940年5月13日，VS-300进行了首次自由飞行，当时安装了90马力的富兰克林发动机。

世界上第一种投入批生产的直升机

R-4是美国沃特-西科斯基公司20世纪40年代研制的一种2座轻型直升机,是世界上第1种投入批量生产的直升机，也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。

该机的公司编号为VS-316，VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4，美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1，英国空军将其命名为“食蚜虻”1(Hoverfly1)，英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。

早期的活塞式发动机和木质桨叶直升机

在20世纪40年代至50年代中期是实用型直升机发展的第一阶段，这一时期的典型机种有：美国的S-51、S-55/H-19、贝尔47；苏联的米-4、卡-18；英国的布里斯托尔-171；捷克的HC-2等。这一时期的直升机可称为第一代直升机。

贝尔47是美国贝尔直升机公司研制的单发轻型直升机，研制工作开始于1941年，试验机贝尔30于1943年开始飞行，1945年改名为贝尔47，1946年3月8日获得美国民用航空署(CAA)的适航证，这是世界上第一架取得适航证的民用直升机。该机是单旋翼带尾桨式布局、两叶桨叶的跷跷板式旋翼。旋翼下面有稳定杆，与桨叶呈直角。普通的自动倾斜器可进行总距和周期变距操纵。尾梁后部有两个桨叶的全金属尾桨。

卡-18是苏联卡莫夫设计局设计的单发双旋翼共轴式轻型多用途直升机，于1957年年中首次飞行，此后不久投入批生产。采用两副旋转方向相反的3桨叶共轴式旋翼，桨叶为木质结构。装1台275马力的九缸星形活塞式发动机。机身为钢管焊接结构，具有轻金属蒙皮和硬壳式尾梁。座舱内可容纳1名驾驶员和3名旅客。采用四轮式起落架，前起落架机轮可以自由转向。

这个阶段的直升机具有以下特点：动力源采用活塞式发动机，这种发动机功率小，比功率低(约为1.3千瓦/千克)，比容积低(约247.5千克/米3)。采用木质或钢木混合结构的旋翼桨叶，寿命短，约为600飞行小时。桨叶翼型为对称翼型，桨尖为矩形，气动效率低，旋翼升阻比为6.8左右，旋翼效率通常为0.6。机体结构采用全金属构架式，空重与总重之比较大，约为0.65。没有必要的导航设备，只有功能单一的目视飞行仪表，通信设备为电子管设备。动力学性能不佳，最大飞行速度低(约为200千米/小时)，振动水平在0.25g左右，噪声水平约为110分贝，乘坐舒适性差。

涡轴发动机和金属桨叶直升机

20世纪50年代中期至60年代末是实用型直升机发展的第二阶段。这个阶段的典型机种有：美国的S-61、贝尔209/AH-1、贝尔204/UH-1，苏联的米-6、米-8、米-24，法国的SA321“超黄蜂”等。这个时期开始出现专用武装直升机，如AH-1和米-24。这些直升机称为称为第二代直升机。

这个阶段的直升机具有以下特点：动力源开始采用第一代涡轮轴发动机。涡轮轴发动机产生的功率比活塞式发动机大得多，使直升机性能得到很大提高。第一代涡轮轴发动机的比功率约为3.62千瓦/千克，比容积为294.9千瓦/米3左右。直升机旋翼桨叶由木质和钢木混合结构发展成全金属桨叶，寿命达到1200飞行小时。桨叶翼型为非对称的，桨尖简单尖削与后掠，气动效率有所提高，旋翼升阻比达到7.3，旋翼效率提高到0.6。机体结构为全金属薄壁结构，空重与总重之比降低到0.5附近。已采用减振的吸能起落架和座椅。机体外形开始考虑流线化，以减小气动阻力。直升机座舱开始采用纵列式布置，使机身变窄。性能明显改善，最大飞行速度达到200~250千米/小时，振动水平降低到0.15g左右，噪声水平为100分贝，乘坐舒适性有所改善。

第三代直升机

20世纪70年代至80年代是直升机发展的第三阶段，典型机种有：美国的S-70/UH-60“黑鹰”、S-76、AH-64“阿帕奇”，苏联的卡-50、米-28，法国的SA365“海豚”，意大利的A129“猫鼬”等。

在这一阶段，出现了专门的民用直升机。为了深入研究直升机的气动力学和其它问题，这时也设计制造了专用的直升机研究机(如S-72和贝尔533)。各国竞相研制专用武装直升机，促进了直升机技术的发展。

这个阶段的直升机具有以下特点：涡轮轴发动机发展到第二代，改用了自由涡轴结构，因此具有较好的转速控制特征，改善了起动性能，但加速性能没有定轴结构的好。发动机的重量和体积有所减小，寿命和可靠性均有提高。典型的发动机耗油率为0.36千克/千瓦小时，与活塞式发动机差不多。旋翼桨叶采用复合材料，其寿命比金属桨叶有大幅度提高，达到3600小时左右。翼型不再借用固定翼飞机的翼型，而是为直升机专门研制的翼型，即二维曲线变化翼型。桨尖呈抛物线后掠。桨毂广泛使用弹性轴承，有的成无铰式。尾桨已开始采用效率高又安全的涵道尾桨。旋翼升阻比达8.5左右，旋翼效率提高到0.7左右。机体次结构也采用复合材料制造，复合材料占机体总重的比例通常为10%左右，直升机的空重/总重比一般为0.5。对于军用直升机，特别是武装直升机来说，提出了抗弹击和耐坠毁要求。美军方提出了军用直升机耐毁标准MIL-STD-1290，已成为军用直升机的设计标准。为满足这些标准，军用直升机采用了乘员装甲保护，专门设计了耐坠毁起落架、座椅和燃油系统。电子系统已发展到半集成型。直升机采用大规模集成电路通讯设备、集成的自主导航设备、集成仪表、电子式与机械式混合操纵机构等。机上的电子设备之间靠一条双向数字数据总线交连，通过这条总线可进行信息发射和接收。直升机采用混合布置的局部集成驾驶舱。第一代夜视系统的使用使直升机具备了夜间飞行能力。这种较为先进的半集成电子设备使直升机通讯距离显著增大，导航距离与精度明显提高，仪表数量有所减少，飞行员工作负荷得到减轻，也使直升机具备了机动/贴地飞行以及在不利气象/夜间条件下的飞行能力，从而提高了直升机的整体性能。动力学性能明显提高。直升机的升阻比达到5.4，全机振动水平约为0.1g，噪声水平低于95分贝，最大飞行速度达到300千米/小时。

现代直升机

20世纪90年代是直升机发展的第四阶段，出现了目视、声学、红外及雷达综合隐身设计的武装侦察直升机。典型机种有：美国的RAH-66和S-92，国际合作的“虎”、NH90和EH101等，称为第四代直升机。

这个阶段的直升机具有以下特点：采用第3代涡轴发动机，这种发动机虽然仍采用自由涡轴结构，但采用了先进的发动机全权数字控制系统及自动监控系统，并与机载计算机管理系统集成在一起，有了显著的技术进步和综合特性。第3代涡轴发动机的耗油率仅为0.28千克/千瓦小时，低于活塞式发动机的耗油率。其代表性的发动机有T800、RTM322和RTM390。桨叶采用碳纤维、凯芙拉等高级复合材料制成，桨叶寿命达到无限。新型桨尖形状繁多，较突出的有抛物线后掠形和先前掠再后掠的BERP桨尖。这些新桨尖的共同特点是可以减弱桨尖的压缩性效应，改善桨叶的气动载荷分布，降低旋翼的振动和噪声，提高旋翼的气动效率。球柔性和无轴承桨毂获得了广泛应用，桨毂壳体及桨叶的连接件采用复合材料，使结构更为紧凑，重量大为降低，阻力大大减小。旋翼升阻比达到10.5，旋翼效率为0.8。这个阶段应用了无尾桨反扭矩系统，其优点是具有良好的操纵响应特性、振动小、噪声低，不需要尾传动轴和尾减速，使零部件数量大大减小，因而提高了可维护性。复合材料在直升机上获得了前所未有的广泛应用。直升机开始采用复合材料主结构，复合材料的应用比例大幅度上升，通常占机体结构重量的30~50%。这一时期的民用型直升机的空重/总重比约为0.37。高度集成化的电子设备。计算机技术、信息技术及智能技术在直升机上获得应用，直升机电子设备朝着高度集成化方向发展。这一时期的直升机，采用了先进的增稳增控装置，用电传、光传操纵取代了常规的操纵系统，采用先进的捷联惯导、卫星导航设备及组合导航技术，先进的通讯、识别及信息传输设备，先进的目标识别、瞄准、武器发射等火控设备及先进的电子对抗设备，采用了总线信息传输与数据融合技术，并正向传感器融合方向发展。机上的电子、火控及飞行控制系统等通过多余度数字数据总线交连，实现了信息共享。采用了多功能集成显示技术，用少量多功能显示器代替大量的单个仪表，通过键盘控制显示直升机的飞行信息，利用中央计算机对通讯、导航、飞行控制、敌我识别、电子对抗、系统监视、武器火控的信息进行集成处理从而进行集成控制。采用这类先进的集成电子设备，大大简化了直升机座舱布局和仪表板布置，系统部件得到简化，重量大大减轻。更主要的是极大地减轻了飞行员工作负担，改善了直升机的飞机品质和使用性能。直升机的全机升阻比达到6.6，振动水平降到0.05g，噪声水平小于90分贝，最大速度可达到350千米/小时。

（二）

直升机的飞行原理

直升机的头上有个大螺旋桨，尾部也有一个小螺旋桨，小螺旋桨为了抵消大螺旋桨产生的反作用力。直升机发动机驱动旋翼提供升力，把直升机举托在空中，旋翼还能驱动直升机倾斜来改变方向。螺旋桨转速影响直升机的升力，直升机因此实现了垂直起飞及降落。

直升机的发明

1939年，美国人西科尔斯发明了第一架直升机，机身外形和现在的没多大区别，仍被设计者采用。

直升机的用途

直升机因为有许多其他飞行器难以办到或不可能办到的优势，受到广泛应用，直升机由于可以垂直起飞降落不用大面积机场主要用于观光旅游、火灾救援、海上急救、缉私缉毒、消防、商务运输、医疗救助、通信以及喷洒农药杀虫剂消灭害虫、探测资源，等国民经济的各个部门。世界直升机的队伍逐渐壮大。