直升机，这一空中奇迹，以其独特的飞行能力和广泛的适用性，成为海陆救援、灭火行动及军事演习中的首选交通工具。它几乎能在任何地形上起降，无论是崎岖的山地还是辽阔的海面，都能见到其矫健的身影。直升机不仅能够悬停、原地旋转、左右侧飞，还能轻松实现垂直升降和各个方向的陡峭攀升，这种非凡的操控性能使其在众多领域发挥着不可替代的作用。从医疗救护到军事行动，再到货物运输，直升机以其独特的优势，抵达了其他交通工具难以触及的地方，成为现代社会中不可或缺的一部分。

直升机的历史可以追溯到1500多年前，其灵感竟源自一种古老的中国儿童玩具竹蜻蜓。这种玩具通过在棍子末端粘上羽毛，并快速旋转以产生升力，从而模拟飞行的效果。然而，直到文艺复兴时期，意大利的伟大艺术家兼科学家达·芬奇才提出了著名的“螺旋飞行器”理论，为直升机的设计提供了初步的理论基础。但真正将这一理论转化为现实的，是18世纪的俄国科学家米哈伊尔·罗蒙诺索夫。他设计并组装出了一个以弹簧驱动的共轴双旋翼模型，这一创举为后来的直升机发展奠定了坚实的基础。约180年后，罗蒙诺索夫的同胞伊戈尔·西科斯基将这一梦想变为了现实。他不仅亲自驾机试飞，还成功申请了专利，其开创性的VS-300直升机更是成为世界上首款量产的直升机，标志着直升机时代的正式到来。

20世纪40年代，伊戈尔·西科尔斯基的R-4直升机开始量产。

直升机之所以能够拥有如此出色的飞行能力，关键在于其精妙的设计。通过改变直升机旋翼桨叶的位置、桨距和转速，可以精确地控制升力、反扭矩等关键力量，从而实现对飞行方向、高度和速度的灵活调整。这种精密的设计使得直升机在机动性上远超其他飞行器，成为许多人眼中的天空之王。

直升机机动性高，适合执行搜救任务。

在直升机的设计中，主旋翼桨叶扮演着至关重要的角色。它们与飞机的机翼相似，通过快速转动产生伯努利升力，使直升机得以升空。而挥舞铰和摆振铰则允许桨叶在转动过程中自由调整角度，进一步增强了直升机的操控性。周期变距杆和自动倾斜器则负责将驾驶舱内的操控指令传递给桨叶，实现精确的飞行控制。当自动倾斜器倾斜时，周期变距杆会带动桨叶改变周期桨距，从而产生不同方向的升力，使直升机能够向指定方向飞行。

除了主旋翼外，尾桨也是直升机设计中不可或缺的一部分。由于主旋翼在转动时会产生反扭矩，尾桨的存在就是为了抵消这种力量，保持机身的平稳。同时，尾桨还可以通过改变其转速和桨距来调整直升机的偏航方向，进一步增强了直升机的操控灵活性。

直升机的动力系统同样值得称道。早期的直升机可能使用往复式发动机作为动力源，但随着技术的发展和需求的提升，现在大多数直升机都采用了涡轮轴发动机。这种发动机不仅提供了更强大的动力输出，还具有更高的可靠性和耐用性，为直升机的长时间飞行提供了有力保障。

在直升机的驾驶舱内，飞行员需要同时控制总距杆和油门，以确保直升机能够持续向正确的方向移动。这需要极高的操控技巧和反应速度，也是直升机飞行员训练中的重要一环。同时，为了抑制飞行过程中产生的振动和提高飞行的稳定性，直升机还配备了稳定杆等辅助设备。这些设备通过精密的设计和调校，确保了直升机在飞行过程中的平稳性和安全性。

稳定杆在主旋翼之上旋转，以抑制不必要的振动。

值得一提的是，除了传统的单旋翼带尾桨设计外，还有一些直升机采用了纵列式双旋翼的设计。这种设计通过两具旋转方向相反的旋翼来抵消反扭矩，从而提高了直升机的飞行稳定性和载重能力。特别是在货运直升机中，这种设计尤为常见。例如，20世纪50年代末期开发的CH-47运输直升机就采用了纵列式双旋翼的设计，不仅提供了额外的升力支持，还极大地提升了直升机的飞行性能和安全性。

总的来说，直升机作为一种集高科技与实用性于一身的飞行器，以其独特的飞行能力和广泛的适用性在各个领域发挥着重要作用。从救援行动到军事演习，从货物运输到医疗救护，直升机都以其出色的性能和可靠性赢得了人们的信赖和赞誉。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，相信直升机将会在未来的空中舞台上绽放出更加耀眼的光芒。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：梁忠伟 中国机械学会微纳制造、智能运维专委会理事、中机联绿色制造专委会常务委员

来源: 科普中国创作培育计划

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