【分享】旋翼機原理

RC

　　受限於定翼機需仰賴起飛時產生足夠相對速度與降落時可以衰減衝力的跑道之限制，具垂直昇降能力的旋翼機在航空界中佔有相當的重要性。

與定翼機之差異

　　直昇機的昇力一樣是來源自於翼面和空氣相對運動；不同的是直昇機以本身的動力驅動旋翼片，使空氣快速掠過旋轉的翼面，正如同定翼機前進時氣流作用於機翼而產生的浮力般；所以基本上她只要有可供旋翼片旋轉的空間（當然也要考慮安全距離）即可進行起/降甚至是定點、原高度滯空。另外，轉動的旋翼片（主旋翼）提供所需的昇力，隨之而來的也產生了扭力，因此傳統型式的直昇機在機尾設置了另一組尺寸較小的旋翼片（尾旋翼），朝主旋翼旋轉方向的相反方向作功，以抵消主旋翼的扭力並達到控制方向之要求。

動力系統

　　當今絕大多數直昇機的發動機是裝置渦輪軸發動機（Turbo Shaft Engine），其動力輸出方式不同於噴射機的渦輪噴射發動機（Turbo Jet Engine）或渦輪風扇發動機（Turbo Fan Engine）是直接向後「吹氣」產生推力，而是藉由傳動軸將源自發動機渦輪的動力輸出，再驅動旋翼系統（Rotor）；所以其作功單位是以"軸馬力"計之，而非"推力"。另外，發動機所輸出之動力必需再經齒輪箱減速並改變輸出角度至主傳動軸（驅動主旋翼）及尾傳動軸（驅動尾旋翼）……以構成完整的動力傳輸。

飛行操控

　　由於飛行特性不同，直昇機不可以依靠昇降舵、副翼和方向舵來控制直昇機的姿態，而是以改變主旋翼角度及尾旋翼推力（或拉力）來滿足飛行時的各種姿態變化。俯視主旋翼旋轉面，其向下鼓動之氣流稱為「下洗氣流」（DOWN WASH），直昇機的俯仰和滾轉也是因它的作用方向改變而獲得相對推力，驅使動作。例如：旋轉面向左/右傾斜，下洗氣流向右/左作用，於是直昇機得以滾轉作動。一樣的原理，旋轉面向前/後傾斜，下洗氣流反方向作用，於是直昇機得以俯仰作動；當然的，若此旋轉面持續「不平衡」，直昇機便會朝反方向動作，這亦是為什麼直昇機在高速爬昇時，機首卻朝下的原因。至於偏航的動作，則是藉由增加/減小尾旋翼攻角使翼片受風面積改變進而影響其推力大小（或拉力），如此便可達到偏航的目的。再者，一般的尾旋翼只擔任抗扭力與改變方向之任務，無需改變其旋轉面，所以它的操控裝置也較主旋翼系統單純。

先天性的缺陷

　　直昇機雖然可以不受限於地形地完成一般航空器做不到的飛行任務，但是她終究不是超人，以當今的科技而言（或者說是傳統的直昇機架構）她不可能取代定翼機。
速度：正如前文所敘述，直昇機的昇力源自於旋轉的旋翼與空氣的相對運動（外界誤稱它為螺旋槳），所以假設直昇機旋翼運動速度是時速500海浬，而該機又以時速100海浬前進的情形下，此時和直昇機飛行方向相同的旋翼片時速為500加100海浬，而與直昇機飛行方向相反的旋翼片速度則為500減100海浬；飛行速度愈快，兩邊的旋翼速度差異愈大、昇力愈不平均。當然…設計者可以提高旋翼轉速，可是結構承受得住？而且總不可能讓旋翼超音速吧？
　續航力：天生的構型就沒有機翼的直昇機，所以她的內部油箱通常只有設置在機身重心附近或地板下。定翼機設計的愈，大機翼（油箱）也相對加大，但同樣道理到了旋翼機上，就成了魚與熊掌的兩難；是油料空間重要，還是裝載空間重要？舉例來說，大型定翼機可以很輕易的越洋飛行，可是目前西方國家中，最大型的CH-53直昇機，在無空中加油的支援下，而且在最佳的飛行環境時，2076公里是她所能飛的最遠距離。不過在速度限制的缺點不能改善前，這問題倒不是那麼討厭；反正不會有人想搭直昇機出國旅行嘛。
　穩定性：頂尖的定翼機飛行員可能是被要求承受9G的負荷下執行操作，可是操作先天不穩定構型的直昇機是另一回事。只要他滯空（Hover）飛的穩，那他離「頂尖」也不會太遠了。在沒有自動駕駛的電腦輔助，飛行員也還沒活膩的前提下，操控系統是全程一直要有人在控制的。這應該也是為什麼，直昇機總是被設計成雙座駕駛的原因吧。
操作成本：直昇機必須仰賴繁雜的傳動機構才可以將發動機的動力分配到昇力機構上，一刻也不得閒。動的愈多，耗損的零件也愈多，就算是每25飛行小時的油膏更換也是要耗掉不少的人力及物料。或許家住偏遠的馬祖人對這問題會很有概念；從台北飛馬祖約一小時的航程，立榮航空DH-8的票價是兩千元有找，飛行中有空姐端飲料，舒服的喝茶看報紙，而德安航空以前最大型的Bell-412是新台幣4700元，而且沒滿載的話，可能還不飛。如果是一家五口常想一起返鄉的話，那小孩子的爹一定要很會賺錢才行。再看吃太飽的有錢老外很愛自已開飛機玩，但似乎很少有人在玩直昇機的。或許人家覺得不好玩，但不划算更是重要因素。

前景

　　當前美國的波音和貝爾聯手成功地發展了具直昇機特性與定翼機速度的V-22鶚式（Osprey），並成為首架正式量產的傾斜旋翼機（Tiltrotor），也進入美國航空部隊服役。這是很重大的突破，不過她複雜的傳動系統及伴隨而來的獨特飛操系統在當今的電腦科技輔助下，仍是有很高的失事率。在更成熟的機種未問世前，相信傳統的直昇機仍是旋翼機的主流，縱然她有一卡車的限制，可是光「垂直起降」的特異功能就足以騙吃騙喝好一陣子了。


1主旋翼集體變距
2俯仰及滾轉的動作
3偏航的動作
4V-22鶚式傾斜旋翼機

flipper

獲益良多~~感謝~~

祥哥

caf

HenryFang919

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謝謝!!

阿誠