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从纤维材料到控制系统：尾旋翼的设计背后有何惊人科技？
在传统的单旋翼直升机中，尾旋翼是一个至关重要的组件。这个较小的旋翼垂直或接近垂直地安装在直升机的尾部，通过旋转来产生类似于螺旋桨的水平推进力，其推进方向与主旋翼旋转的方向相同。这样的设计不仅是为了增加机动性，还有助于抵消主旋翼旋转所产生的反作用扭矩，确保直升机稳定的飞行。
尾旋翼的设计使其在飞行过程中能够有效地对抗主旋翼带来的扭矩，换句话说，若没有尾旋翼或其他反扭转机制，直升机就会朝着主旋翼的相反方向不断旋转。
尾旋翼的设计相对简单，因为它只需要通过改变旋翼的集体变 pitch 来变化推力。这种旋翼的倾角由驾驶员通过反扭转踏板来调整，这不仅可以控制推力，还允许驾驶员在垂直轴上旋转直升机。配置的驱动系统包括一根由主传动系统供电的轴，并在尾部的尾管上安装了一个齿轮箱，这为尾旋翼提供了适当的角度驱动。
在较大的直升机上，尾旋翼的推进系统可能还会包括中间齿轮箱，这些齿轮箱将驱动轴从尾管转移到尾桁的上方。最有趣的是，尾旋翼的杆尾桅可能还充当垂直稳定翼，以减少在向前飞行时尾旋翼的动力需求。同时，在某些飞行速度下，当尾旋翼或其控制系统失效时，尾旋翼桅也可提供有限的反扭矩。
约10%的引擎功率用于尾旋翼的运行，这展示了其在整个飞行过程中的重要性。
设计与材质
尾旋翼系统通过旋转称为叶片的小型空气动力学翼来获取推进力，这些叶片的倾角是变化的，旨在改变产生的推力大小。这些叶片通常使用复合材料建造，核心可能是铝蜂窝或塑化纸蜂窝，外部覆盖铝或碳纤维复合材料。尾旋翼叶片可以是对称的或非对称的空气动力学设计。
尾旋翼的倾角变化机制可通过从驾驶舱中的反扭转踏板到尾旋翼齿轮箱上安装的机构的控制缆绳或控制管来实现。在更大的直升机中，这一倾角变化机制还会通过液压动力控制伺服来增强。在液压系统失效的情况下，机械系统仍然能够控制尾旋翼的倾角，尽管驾驶员所感受到的控制阻力将会大大增加。
尾旋翼由直升机的主动力装置供电，其旋转速度与主旋翼成正比。在活塞式和涡轮式直升机中，主旋翼和尾旋翼通过自由轮离合器系统机械连接，这使得在引擎失效时，旋翼仍然能保持旋转。在自转过程中，主旋翼的动量持续驱动尾旋翼，使得驾驶员能够保持方向控制。
可靠性与安全性
尾旋翼及其提供动力和控制的系统对于安全飞行而言至关重要。与直升机上的许多部件一样，尾旋翼、其传动系统以及驱动系统中的许多零部件通常被视为生命受限项目，意味着它们在某个飞行小时数后将被任意更换，无论其状况如何。部件的更换之间，并需要进行频繁的检查，以视觉以及化学手段（例如荧光渗透检查）来检测弱部件，以便在其完全失效之前发现问题。
尽管对于减少失效的强调十分明显，但失效事件偶尔仍然会发生，通常是由于硬着陆、尾部撞击或外来物损坏导致的。即便尾旋翼被认为是安全飞行的必需品，尾旋翼功能的丧失并不一定会导致致命的坠毁。
如果失效发生于接触地面时，飞行器已达到低高度，因此驾驶员可能能够减少主旋翼的集体倾角，然后成功迫降。在巡航飞行中，若尾旋翼随机失效，向前的动量通常会提供一定的方向稳定性，因为许多直升机都装有垂直稳定器。在这种情况下，驾驶员将被迫进行自转紧急降落，这是一种具有显著前进速度的紧急降落技术。
替代技术
针对尾旋翼系统的不足之处，已经有三种主要的替代设计出现。首先是使用包围的风扇，而非暴露的旋翼叶片，这种设计称为"Fenestron"或风扇尾设计，为欧洲直升机公司（现为空中巴士直升机）提供其Dauphin系列公用直升机。包围风扇的设计不仅能减少螺旋尾涡损失，还能保护叶片免遭外来物损坏，并在旋转时提供可视度以保障地面工作人员的安全。
另一种设计为NOTAR（无尾旋翼）系统，这一系统彻底消除了任何暴露的旋转部件。 NOTAR系统利用变频的导管风扇驱动，该风扇安装在机身内部，并将排放通过尾部导管排出，利用Coandă效应创造出一种平衡主旋翼扭矩的力量。
此外，还有一些其他的方案完全消除了尾旋翼的需要，例如，对于重型直升机常用的并行旋转的双主旋翼设计，或如V-22鱼鹰等倾斜旋翼设计。
尾旋翼的设计既关乎飞行性能，也涉及到安全性与创新。随着航空科技的不断发展，未来的直升机可能会采用更多新颖和高效的技术，这让我们不禁思考：直升机技术的未来将会如何演变，以满足不断变化的飞行需求？
