简单的旋翼机（DIY旋翼机宝典之-----简单易懂自旋翼机介绍）

作者：中国旋翼机网站 会员 云山乱

1923年1月9号，历史第一次有正式记载的自旋翼机飞行。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，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。

1931年4月2日，Pitcairn PCA-2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“Autogyro”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。

如图所示，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 control）技术完善以后，就开发出了跳跃起飞（跳飞，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。

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，动力装置。旋翼系统，尾平面和起落架。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。

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。

动力装置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（prerotate）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。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（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。