直升机能够垂直飞起来的基本道理简单，但飞行控制就不简单了。旋翼可以产生升力，但谁来产生前进的推力呢？单独安装另外的推进发动机当然可以，但这样增加重量和总体复杂性，能不能使旋翼同时担当升力和推进作用呢？升力-推进问题解决后，还有转向、俯仰、滚转控制问题。旋翼旋转产生升力的同时，对机身产生反扭力（初中物理：有作用力就一定有反作用力），所以直升机还有一个特有的反扭力控制问题。
直升机旋翼的工作原理
直升机旋翼绕旋翼转轴旋转时，每个叶片的工作类同于一个机翼。旋翼的截面形状是一个翼型，如图1所示。翼型弦线与垂直于桨毂旋转轴平面(称为桨毂 旋转平面)之间的夹角称为桨叶的安装角，以j表示，有时简称安装角或桨距。各片桨叶的桨距的平均值称为旋翼的总距。驾驶员通过直升机的操纵系统可以改变旋翼的总距和各片桨叶的桨距，根据不同的飞行状态，总距的变化范围约为2º~14º。
直升机旋翼的操纵
直升机体放在地面时，旋翼受其本身重力作用而下垂。发动机开车后，旋翼开始旋转，桨叶向上抬，直观地看，形成一个倒立的锥体，称为旋翼锥体，同时在桨叶上产生向上的升力。随着旋翼转速的增加，升力逐渐增大。当升力超过重力时，直升机即铅垂上升；若升力与重力平衡，则悬停于空中；若升力小于重力，则向下降落。
旋转旋翼桨叶所产生的拉力和需要克服阻力产生的阻力力矩的大小，不仅取决于旋翼的转速，而且取决于桨叶的桨距。从原理上讲，调节转速和桨距都可以调节拉力的大小。但是旋翼转速取决于发动机(通常用的是涡轮轴发动机或活塞式发动机)主轴转速；而发动机转速有一个最有利的值，在这个转速附近工作时，发动机效率高，寿命长。因此，拉力的改变主要靠调节桨叶桨距来实现。但是，桨距变化将引起阻力力矩变化，所以，在调节桨距的同时还要调节发动机油门，保持转速尽量靠近最有利转速工作。
直升机的平飞依靠升力倾斜所产生的水平分量来实现。例如，欲向前飞，需将驾驶杆向前推，经过操纵系统，自动倾斜器使旋翼各桨叶的桨距作周期性变化，从而改变旋翼的拉力方向，使旋翼锥体前倾，产生向前的拉力，将直升机拉向前进。
直升机的方向是靠尾桨控制的。欲使直升机改变方向，则需踩脚蹬，改变尾桨的桨距，使尾桨拉力变大或变小，从而改变平衡力矩的大小，实现机头指向的操纵。
直升机的构型变化
直升机旋翼的旋转产生了升力的同时，空气对旋翼的反作用也形成了一个与旋翼旋转方向相反的作用力矩，驱使直升机的机体反向旋转，这就是所谓的直升机力矩及力矩平衡问题。较早致力于力矩和力矩平衡方面研究的是德国人贝纳恩(B．R．Beenal)和阿赫班奇(Achenbach)。他们两人分别于1897年和1874年提出安装一个尾桨来平衡直升机旋翼产生的反向力矩的方案。通过安装尾桨，可产生一个平衡力矩，以抵消旋翼力矩，保证直升机的平衡飞行。实际上这就是后期发展成熟的单桨式直升机的萌芽。此后，许多直升机事业的先驱者都试图研究并解决飞行力矩问题，运用两个或更多的旋翼来克服飞行力矩，其原理是使这些旋翼以相反的方向旋转，使各自的飞行力矩彼此抵消保证平衡。探索的结果导致了直升机几种不同的结构形式：单桨式、共轴式、横列式、纵列式、多桨式等的问世。
单桨式成为后来实用直升机的主要形式。这种形式最早出现于1874年，是阿赫班奇设计的。这架水蒸气机驱动的直升机包含一个举力旋翼和一个推进式螺旋桨，一个方向舵和一个尾桨。这是用尾桨平衡直升机力矩的第一架直升机。
共轴式结构是在同一个轴上安装两个旋转方向相反的旋翼，这样两旋翼所产生的力矩就彼此抵消了。早期直升机多采用这种结构形式，其最早的设计是布莱特于1859年作出的。由于动力的缘故，这架直升机没有进行过试验。早期取得一定成功的共轴式直升机是美国人埃米尔·贝林纳(E．Beliner)于1909年设计的。他的直升机安装了两台发动机，与共轴的旋翼相连。旋翼采用坚硬的木质桨叶，通过倾斜整个族翼及部分机身来达到控制。这架直升机成功地飞行了三次。人们对共轴双旋翼直升机究和研制一直没有停止。俄罗斯卡莫夫设计局从1945年 研制成功卡-8共轴式直升机到90年代研制成功被西方誉为现代世界最先进的武装攻击直升机卡-50；发展了一系列共轴双旋翼直升机
纵列式结构是通过沿身体前后排列的两个旋向相反的旋翼，来克服直升机的力矩的。1907年，法国人泡特·科努(P．Comu)制造了一个外形结构与纵列式结构非常相似的直升机，并成功地进行了—它行试验，但这种结构在早期发展的直升机中较多采用，主要原因是机身长，重心变化范围大，稳定性差。双旋翼纵列式直升机最有名气的是美国的 CH-47“支奴干” 1。在越南战争初期，美国曾将大量的CH-47直升机投入战场，以运送兵员和物资。由于该直升机机体大，机动性差，没有自卫能力，所以被击落不少。
横列式结构是通过沿机体横向左右排列的两个旋转方向相反的旋翼来克服直升机力矩的。这种结构的直升机最早出现在1908年与1909年间，是由美国人贝林纳设计制造的。它将两个旋翼并排安装在机翼两端，通过倾斜整个旋翼及部分机身实现飞行控制。这种型式的直升机机最大优点是平衡性好，其缺点与双旋翼纵列式直升机差不多，操纵也比较复杂。双旋翼横列式直升机要在机身两侧增装旋翼支架，无形中会增加许多重量，而且也加大了气动阻力。双旋翼横列式直升机的数量很少。前苏联米里设计局研制的米-12是最典型的双旋翼横列式直升机，它也是世界上最大的直升机。该机机身长37米，每副旋翼直径35米，最大起飞重量105吨，最大平飞速度260公里离小时，仅在60年代试制了4架原型机，没有投入批量生产。
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