理论上讲，有了自动倾斜器，即使没有挥舞铰，人们仍可通过巧妙的设计实现每个叶片的控制，从而抵消桨叶前行和后行时的升力不平衡问题。而在经典的VS-300上，虽然西科斯基也尝试使用了斜盘，但另一个问题又冒了出来。

当直升机在无风的环境下飞行时，忽然从右侧来了一阵风。按照我们提到的桨叶前行和后行问题，若不考虑挥舞，前半部分桨盘的升力将由于相对风阻的增加而提高，后半部则降低，直升机将会出现抬头。而现实中直升机会发生向右滚转，而非俯仰，这便是陀螺进动效应。当驾驶员试图调节直升机的桨距以实现某个动作时，发现直升机的响应总是滞后90°的相位，于是人们还需要调整控制机构以抵消陀螺进动效应。

旋翼的复杂运动的确给直升机的发展和科研人员带来了极大的挑战，然而正是这些挑战吸引着大量的工作人员投入了直升机的事业。

06 百花齐放的经典构型

尽管旋翼的运动非常复杂，不过历经数十年的优化迭代，西科斯基的单旋翼加尾桨的组合克服了重重困难并逐渐站稳了脚跟。而西科斯基之后还有众多发明家和企业家加入了旋翼机的研制行列。贝尔，卡莫夫，阿古斯塔，以及航空巨头麦道、波音和空客纷纷入局，并带来了许多经典构型的直升机。

这些不同构型的旋翼机在设计时有着各种各样的考虑，不过他们的目标都汇聚于一点，即如何提高飞行效率，增强飞行稳定性以及降低操控难度。比如欧洲直升机公司的X3机型，采用了一对独立的推进螺旋桨，使得飞行极速轻松突破480千米/时，成为世界上飞的最快的直升机之一。

更常见的方案则是采用两个主旋翼来规避单旋翼带来的种种问题，比如黑鲨、支奴干等经典的直升机。而最近几年，由于新材料的出现，桨毂的形式也得到简化，比如用柔性的叶根替代挥舞铰，使得可靠性和可维护性都大大增强。

07 电动化时代的来临

电动汽车使得汽车行业迎来了几十年来最重要的一次改头换面，传统车企和造车新势力也纷纷踏入江湖。而随着电力在地面交通领域应用的逐渐成熟，不安分的人们又开始望向了天空。

相比于传统的燃机，电动机的布置与控制都更加灵活，使得总距调节、周期变距、尾桨这些传统直升机上复杂而笨重的控制方式彻底改变。由于质量轻，控制灵活，安全裕度高，小尺寸多旋翼成为电动飞行器最青睐的动力来源，并催生了许多飞行汽车的研制机构。

在2022年的今天，许多雄心勃勃的公司已研制出令人惊叹的垂直起降飞行器，人们依赖于旋翼机自由出行的梦想也已经飞在空中。或许在不远的将来，当技术更加成熟，法规也更加友好，旋翼机可能会成为人们自由飞翔的便利工具。

结语

SUMMARY

飞行是一个不同凡响的梦想，但前辈们通过自己的聪明才智和努力终于让它变成现实，并为今天的我们开辟了更广阔的天空。最后，为小伙伴们送上西科斯基的一句话，祝大家梦想成真。“人类发明飞行器是最令人引为自豪的伟大成就，而这成就起源于人类的一个梦想。这个梦想让人无限遐想，最后通过人得以实现。”

-END-

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号

原标题：竹蜻蜓的飞天梦想

来源：LBM与流体力学

编辑：Garrett