直升機為什麼會飛：探秘垂直升空的飛行奧秘與工程智慧

欸，你是不是也跟我一樣，曾經對天空中那種能原地升起、原地降落，甚至還能倒退嚕的「空中奇兵」——直升機，感到過無比的好奇呢？每次看到它在空中靈活地穿梭，就忍不住在心裡犯嘀咕：「到底直升機為什麼會飛啊？它跟一般飛機長得又不一樣，沒有機翼，是怎麼辦到的啊？」別擔心，這可不是什麼笨問題喔！其實，直升機能垂直升空，關鍵就在於它頭頂上那組「會轉動的翅膀」——旋翼，巧妙地運用了氣動力學的原理，加上一套非常複雜又精密的控制系統，才能實現這般令人驚嘆的飛行能力啦！

簡單來說，直升機之所以能飛，是靠著它巨大的主旋翼快速旋轉，將空氣往下推，根據牛頓第三運動定律，空氣會給旋翼一個反作用力，這個反作用力就是「升力」。當這個升力大於直升機本身的重量時，它就能輕而易舉地拔地而起囉！而且，直升機還能透過改變旋翼葉片的角度（也就是「攻角」）來控制升力的大小和方向，這就是它能懸停、前進、後退甚至側飛的秘密所在啦。這篇文章會帶你深入了解直升機飛行的每一個奧秘，從最基本的物理原理到複雜的控制機制，保證讓你茅塞頓開，對直升機的工程智慧肅然起敬喔！

直升機升空之核心奧秘：旋翼與氣流的魔法

要理解直升機怎麼飛起來的，我們得先從它最獨特的部件——「旋翼」說起。你看那一大片、像竹蜻蜓葉片一樣的東西，可不只是單純地轉動而已喔！它身上藏著大學問呢。

旋翼如何產生升力？揭開伯努利定律與攻角的秘密

直升機的旋翼葉片，其實就是一種特殊設計的「翼型」（airfoil），跟固定翼飛機的機翼是同一個道理，只不過它是會轉動的。這種翼型通常是上表面弧度較大，下表面較平坦。當旋翼高速旋轉時，會發生什麼事呢？

• 氣流速度的差異：當空氣流經旋翼葉片時，由於上表面較為彎曲，空氣在相同時間內必須走過更長的距離，所以上表面的氣流速度會比下表面更快。
• 伯努利定律的作用：根據著名的伯努利定律（Bernoulli’s Principle），流體速度越快的地方，壓力就會越小。所以囉，旋翼葉片上方的空氣壓力會比下方來得小。
• 壓差產生升力：這樣一來，葉片的下方就會有一個相對較高的壓力，將葉片往上推，這個壓力差所產生的垂直向上的力，就是我們說的「升力」（Lift）。
• 攻角的影響：除了翼型設計，葉片與來流空氣之間的夾角，也就是「攻角」（Angle of Attack），對升力的大小也有決定性的影響喔！攻角越大，在一定範圍內，產生的升力就越大。但攻角過大也會導致氣流分離，讓升力驟減，也就是我們常說的「失速」，不過直升機的失速概念跟固定翼飛機又不太一樣就是了。

所以你看，直升機就是透過讓主旋翼高速旋轉，不斷地製造出這個上下表面的壓力差，進而源源不絕地產生升力，把自己從地面「拉」起來啦！這個過程真的很像一個巨大的抽風機，只不過它不是抽氣，而是把氣往下壓，然後藉由空氣的反作用力讓自己升空。

集體變距與循環變距：直升機的靈活操控「雙手」

光會產生升力還不夠，直升機還得能控制升力的大小和方向，才能實現複雜的飛行姿態。這就要靠兩種超級重要的控制方式：集體變距（Collective Pitch Control）和循環變距（Cyclic Pitch Control）。這兩者就像是直升機飛行員的兩隻手，缺一不可！

集體變距：控制升降的「油門」

想像一下，你想要直升機往上升，或是下降，是不是需要增加或減少整體升力呢？這就是集體變距在做的事情。

• 原理：透過操縱桿（通常是飛行員左手邊的控制桿），集體變距系統會同時、均勻地改變所有旋翼葉片的攻角。
• 效果：當飛行員拉起集體變距桿時，所有葉片的攻角同時增大，總升力隨之增加，直升機就會往上爬升；反之，推下桿子，攻角減小，總升力減少，直升機就會下降。

這個控制有點像汽車的油門，決定了直升機整體飛行的「力道」大小。它可不是簡單地拉上放下喔，飛行員還得同步調整發動機的輸出功率，確保旋翼轉速維持穩定，不然轉速不穩可是會影響升力，甚至造成危險的。這可是一個非常精細的協調過程！

循環變距：控制方向的「方向盤」

那直升機怎麼做到往前飛、往後飛、左右側飛的呢？這就是循環變距的功勞了。這可是直升機飛行最奧妙的地方之一！

• 原理：透過操縱桿（通常是飛行員右手邊的控制桿），循環變距系統能夠讓旋翼葉片在旋轉一圈的過程中，改變每個葉片在不同位置的攻角。舉例來說，當葉片飛到機頭方向時攻角變小，飛到機尾方向時攻角變大。
• 效果：當葉片在旋轉平面上，某個區域的攻角增加，就會在那個區域產生更大的升力；而另一個區域攻角減小，升力就變小。這樣一來，旋翼的升力就不再是均勻向上的，而是朝著某一特定方向傾斜。
• 推力與方向：當升力不再是純粹垂直向上時，它就會產生一個水平分力，這個水平分力就是推動直升機向某個方向移動的力量。例如，如果飛行員想要往前飛，就會將循環變距桿往前推，讓旋翼的升力往前方傾斜，直升機自然就往前飛了。想要往左側飛，就把桿子往左推，道理也是一樣喔。

在我看來，循環變距真的是直升機最精妙的設計之一了，它把原本單純向上的升力，巧妙地「掰彎」成不同方向的推力，這也是為什麼直升機能如此靈活地在空中移動的關鍵。這可比固定翼飛機靠舵面來改變方向要複雜多了呢！

挑戰扭矩：尾槳與反作用力的平衡藝術

好了，我們知道了主旋翼怎麼產生升力，怎麼控制方向。但光有這些還不夠喔！當主旋翼高速旋轉的時候，會產生一個非常惱人的問題，那就是「扭矩」（Torque）。如果你玩過遙控飛機或遙控直升機，你可能會發現如果沒有尾槳，飛機就會一直打轉，這就是扭矩在作祟！

為何需要尾槳？作用力與反作用力的物理呈現

還記得牛頓第三運動定律嗎？「作用力與反作用力」！當直升機的發動機驅動主旋翼以順時針方向（假設是順時針）旋轉，將大量空氣往下推的同時，根據這個定律，旋翼也會對機身產生一個同等大小、但方向相反的「反扭矩」，試圖讓機身逆時針方向旋轉。

如果沒有任何制衡措施，那直升機一升空就會像個陀螺一樣，在空中不停地原地打轉，根本沒辦法穩定飛行。這可不行啊！

尾槳的作用：精準抵消扭矩，穩住機身

這時候，直升機尾部的那個小小的旋翼——「尾槳」（Tail Rotor）就派上用場了！它的主要任務就是產生一個水平方向的推力，來精準地抵消主旋翼產生的反扭矩，讓機身能夠穩定地維持在想要的航向。

• 推力方向：尾槳的葉片也會產生升力，只不過它的升力方向是水平的，而不是垂直的。這個水平推力的大小和方向，就是要用來平衡主旋翼的扭矩。
• 腳踏板的控制：飛行員透過腳下的「腳踏板」（Anti-torque Pedals）來控制尾槳葉片的攻角。當踩下左腳踏板時，尾槳葉片的攻角會增加，產生更大的推力，讓機頭向右轉（抵消更多扭矩）；踩下右腳踏板時則反之，機頭會向左轉。這就好比是汽車的方向盤，用來控制直升機的「航向」或「偏航」（Yaw）動作。

所以啊，直升機的飛行員可不是光用手在操作，腳下的功夫也得非常到位！在起降或任何需要改變航向的時候，手腳的協調性可說是直升機飛行員最考驗的技能之一了。

其他扭矩抵消方式：多樣的工程巧思

雖然尾槳是最常見的扭矩抵消方式，但工程師們也發展出其他聰明的設計，來解決這個惱人的扭矩問題喔！

• 共軸反向旋翼（Coaxial Rotors）：這種設計是將兩組旋翼上下疊放，以相反方向旋轉。這樣兩組旋翼產生的扭矩就能互相抵消，就不需要尾槳了。常見於俄羅斯的卡莫夫（Kamov）系列直升機。
• 縱列雙旋翼（Tandem Rotors）：直升機前後各有一組主旋翼，也以相反方向旋轉。這樣一來，扭矩同樣會互相抵消。著名的CH-47契努克（Chinook）運輸直升機就是這種設計，看起來特別壯觀！
• 涵道風扇（Fenestron / NOTAR）：有些直升機的尾部不是開放式的尾槳，而是一個被罩起來的涵道風扇（Fenestron），它在管道內產生推力。而NOTAR（NO TAil Rotor，無尾槳）系統則更獨特，它利用主旋翼產生的氣流，透過機身尾部的氣流導管和噴嘴來產生反作用力，並配合尾部的可變噴嘴來控制航向，可以大幅降低噪音並提升安全性。

這些不同的設計，都充分展現了人類在解決工程問題上的無限智慧啊！無論是哪種方式，核心目的都是一樣的：確保直升機不會在空中亂轉，能夠穩穩地朝著目標飛行。

直升機的飛行模式與操控哲學

了解了直升機怎麼產生升力、怎麼解決扭矩問題後，我們再來看看直升機在不同飛行模式下，飛行員是如何運用這些控制來實現各種靈活動作的吧！這簡直是一門結合了力學、氣動力學與精密控制的藝術呢！

懸停（Hover）：精確的平衡之舞

懸停可說是直升機最經典的飛行模式了，也是最能體現其「垂直升降」優勢的地方。但你可別以為懸停很簡單喔，它其實是直升機飛行中最困難、最需要精準協調的動作之一！

• 力的平衡：在懸停狀態下，直升機的總升力必須剛好等於它的總重量，讓垂直方向的合力為零。同時，尾槳產生的推力也必須剛好抵消主旋翼產生的扭矩，讓水平方向的合力也為零。簡而言之，就是所有方向的力都必須達到完美的平衡。
• 飛行員的考驗：由於直升機本身是不穩定的，受到一點點陣風、氣流變化，甚至是燃油消耗導致的重心變化，都可能讓它偏離懸停狀態。這時候，飛行員就必須同時操作「集體變距」（控制高度）、「循環變距」（控制前後左右位置）以及「腳踏板」（控制航向），不斷地進行微調，才能讓直升機像被施了魔法一樣，穩穩地停在空中不動。這對飛行員的反應速度、手眼協調性以及對氣流的感知能力，都是極大的考驗喔！我在看一些紀錄片時，都會對直升機飛行員在懸停時，那種幾乎是反射性的微調動作感到佩服不已，簡直就像在空中跳芭蕾舞一樣精準。

前進飛行（Forward Flight）：傾斜與推力

當直升機要向前飛時，就不能再保持純粹的垂直升力了。

• 機身傾斜：飛行員會稍微將循環變距桿往前推，讓主旋翼的旋轉平面向前傾斜。這樣一來，原本垂直向上的總升力，就會產生一個向前的水平分力。
• 產生推力：這個水平分力就是推動直升機向前飛行的「推力」。同時，飛行員也要調整集體變距和腳踏板，來維持飛行高度和航向。前進飛行時，旋翼的氣流會更加複雜，產生「非對稱升力」（Translational Lift）等效應，使得飛行效率會比懸停時更高一些。

轉彎（Turns）：協調的動作

直升機轉彎可不像汽車打方向盤那麼簡單。它需要三種控制的完美協調：

• 傾斜機身：飛行員會使用循環變距桿，讓直升機向轉彎的方向傾斜，就像摩托車轉彎時要傾斜車身一樣。這個傾斜的動作會讓升力產生一個指向轉彎中心的水平分力，提供轉彎所需的向心力。
• 維持高度：由於機身傾斜會導致部分升力轉為水平分力，總垂直升力會減少，所以飛行員需要適度增加集體變距，來補償升力的損失，避免掉高度。
• 協調轉彎：最後，飛行員還要使用腳踏板，調整尾槳的推力，來抵消因轉彎產生的額外扭矩，並確保機頭與飛行方向一致，避免「滑行」或「側滑」。這整個過程真的是手腳並用，非常考驗飛行員的綜合判斷和操作能力！

自動旋轉（Autorotation）：緊急降落的救命術

這是一個非常重要，而且充滿智慧的應急降落方式！

• 應急機制：當直升機的發動機在空中突然故障、失去動力時，飛行員可不能就這樣聽天由命讓飛機直墜地面啊！這時候「自動旋轉」就是他們的救命稻草。
• 原理：飛行員會迅速將集體變距桿推到底（減少攻角），讓主旋翼的阻力減到最小。此時，直升機由於重力作用會開始下墜，這個下墜的氣流（相對氣流）會從下方往上衝擊旋翼葉片，就像風車一樣，反過來驅動旋翼開始旋轉。
• 產生升力：雖然沒有發動機的動力，但只要旋翼能保持一定的轉速，並且飛行員精確地控制攻角，旋翼葉片依然可以產生足夠的升力，來減緩直升機的下墜速度，並在接近地面時，透過拉起集體變距桿，利用旋翼的慣性動能來做一個「緩衝」，實現相對安全的著陸。這需要極高的技巧和冷靜的判斷力。我以前聽一位資深飛行員說過，自動旋轉就像是在空中「滑翔」降落，但比固定翼飛機的滑翔複雜得多，因為直升機的旋翼在沒有動力時，轉速維持是關鍵。能掌握自動旋轉的飛行員，絕對是飛行界的頂尖高手！

工程智慧與穩定系統：讓飛行更可靠

現代直升機之所以能如此穩定可靠地飛行，除了上述的氣動力學原理和控制方式外，背後更少不了各種尖端工程技術和穩定系統的支援。這些系統就像直升機的「大腦」和「神經系統」，輔助飛行員完成各種複雜的任務。

飛控系統（Flight Control Systems）：從機械到數位

早期的直升機，飛行員的每一個操作都是透過一連串的機械連桿、拉索、滑輪，直接連接到旋翼系統來改變葉片的角度。這種純機械式的飛控系統雖然可靠，但在高速或複雜機動時，飛行員需要耗費巨大的體力來對抗氣動力，操縱感也比較沉重。

隨著科技的進步，現代直升機的飛控系統已經越來越智慧化：

• 液壓助力系統：為了減輕飛行員的負擔，幾乎所有現代直升機都配備了液壓助力系統，將飛行員輸入的微小力量放大，輕鬆推動巨大的旋翼葉片。
• 電傳操縱系統（Fly-by-Wire）：最先進的直升機，例如許多軍用或大型民用機，已經採用了類似戰鬥機的電傳操縱系統。飛行員的指令會先轉換成電信號，透過電腦處理後，再由作動器精確地控制旋翼。這樣可以大幅簡化機械結構，提高控制精度和響應速度，甚至能實現部分自動駕駛功能。

穩定增強系統（Stability Augmentation Systems, SAS）：飛行員的得力助手

由於直升機天生就不是一個穩定的飛行器（比起固定翼飛機來說），它需要飛行員不斷地修正才能保持姿態。為了減輕飛行員的負擔，並提升飛行的穩定性和安全性，現代直升機大多配備了穩定增強系統（SAS）。

SAS系統通常包含各種感測器（例如陀螺儀、加速度計），它們會實時監測直升機的姿態變化、轉動率等參數。當系統偵測到有輕微的擾動或偏離預設姿態時，它會自動發送指令給飛行控制系統，進行微小的修正，幫助直升機保持穩定，而飛行員甚至可能不會察覺到這些微調。這就像給直升機加裝了一套「自動平衡儀」，讓飛行員可以更專注於任務本身，而不是疲於應付氣流的擾動。

減震系統：提升舒適度與延長壽命

直升機的旋翼在高速旋轉時，會不可避免地產生震動。這種震動不僅影響乘坐舒適性，長期下來也會對機體結構和設備造成損害。因此，直升機設計中也特別注重減震技術的應用。

• 旋翼減震器：在旋翼與旋翼頭連接處，會安裝各種橡膠、液壓或電子減震器，吸收葉片旋轉時產生的振動。
• 主傳動系統減震：發動機的震動也會透過傳動系統傳遞到機身，所以傳動系統也會設計有減震機構。

• 主動振動控制系統：更先進的直升機甚至會採用主動振動控制系統，透過感測器偵測振動頻率，然後利用反向力來抵消振動，讓直升機內部環境更加平穩舒適。

在我看來，這些看似不起眼的輔助系統，卻是現代直升機不可或缺的「隱形英雄」！它們讓直升機從最初的「空中挑戰」，逐漸演變成可靠、高效、甚至舒適的交通工具。

直升機的設計挑戰與我的觀察

儘管直升機有著獨特的垂直起降優勢，但要讓它平穩高效地飛行，背後可是充滿了各種工程挑戰呢！從我的角度來看，直升機的設計師和飛行員，簡直是把物理定律和工程美學玩到了極致。

與固定翼飛機的差異與複雜性

對比固定翼飛機，直升機的動態特性要複雜得多。固定翼飛機的升力主要來自固定的機翼，而直升機的升力卻是來自快速旋轉且不斷變化攻角的旋翼，這使得它的空氣動力學行為遠比固定翼飛機來得難以捉摸。任何一個控制輸入，都可能影響到其他方面的穩定性，需要飛行員極高的協調性來維持平衡。這也是為什麼直升機飛行員的訓練過程，通常比固定翼飛機飛行員還要漫長和艱辛的原因之一。

效率與噪音的挑戰

垂直升力雖然方便，但通常效率不如固定翼飛機的水平升力。直升機在懸停時，需要持續消耗大量能量來維持自身重量，這使得它的航程和速度普遍不如相同發動機功率的固定翼飛機。

此外，旋翼在高速旋轉時會產生巨大的噪音，這不僅是環保問題，也會影響周邊居民的生活品質。工程師們一直在努力研究更安靜的旋翼設計，例如採用更多葉片、優化葉片形狀，或應用涵道風扇技術，試圖在性能和噪音之間找到最佳平衡點。

我的觀點：對飛行藝術的敬佩

每一次看到直升機在空中展現它的靈活身段，我都會由衷地敬佩它的設計者們。他們不只是懂得物理定律，更是將這些定律轉化為實體，創造出如此不可思議的機器。而那些能夠駕馭直升機的飛行員們，更是將科學原理與人體感官完美結合的藝術家。他們在三維空間中，透過精準的控制，與看不見的氣流進行著一場永不休止的對話，這份技術和膽識，真的令人讚嘆不已。從最初簡陋的「飛行器」，到今天能夠執行各種複雜任務的空中多面手，直升機的發展史，就是一部人類不斷挑戰極限、追求卓越的縮影啊！

常見問題與深度解析

問：直升機的旋翼轉這麼快，為什麼不會散掉？

這是一個非常棒的問題，也直接關係到直升機的結構完整性和安全性！直升機的旋翼在高速旋轉時，會受到巨大的「離心力」（Centrifugal Force）作用，這個力道足以把許多材料撕裂。但工程師們在設計和製造旋翼葉片時，早就把這點考慮進去了。

首先，旋翼葉片的材料非常講究。它不是簡單的一塊金屬板，而是採用了多種高強度、輕量化的複合材料，比如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維（Kevlar）與樹脂的組合。這些材料經過特殊編織和固化處理後，具有極高的抗拉強度和疲勞壽命，能夠承受巨大的離心力和不斷變化的應力。

其次，葉片與旋翼頭的連接方式也經過精密設計。它們通常採用特殊的鉸鏈（hinge）結構或撓性樑（flexure beam）設計，讓葉片在旋轉過程中能夠在一定範圍內彎曲、擺動和扭轉，以吸收和分散部分應力，同時也便於飛行員透過變距系統來控制葉片的攻角。這些連接點都是經過嚴格計算和測試的，確保它們能夠在極端條件下依然牢固可靠。

再者，直升機的製造過程非常嚴謹，每個葉片都要經過嚴格的動平衡測試，確保旋翼在高速旋轉時不會產生過大的震動，否則震動不僅會影響飛行舒適度，更會加速結構疲勞，增加散裂的風險。所以說，旋翼能承受高速旋轉而不散，是材料科學、結構力學和精密製造工藝完美結合的結果喔！

問：直升機為什麼能原地起降，定點懸停？

這正是直升機最獨特的優勢所在，也是它與固定翼飛機最根本的區別。關鍵在於它的升力產生方式和精準的控制系統。

固定翼飛機需要足夠的向前速度，讓空氣流過固定機翼，才能產生升力。它必須在跑道上加速到一定速度才能起飛，起飛和降落都需要足夠長的距離。

而直升機則不同，它的主旋翼在原地就能高速旋轉，主動地將空氣向下壓，從而產生向上的升力。這個升力可以直接用來抵消直升機自身的重量。當升力精確地等於重力時，直升機就能在原地保持不動，這就是「懸停」。如前所述，飛行員透過「集體變距」來控制總升力的大小，使得升力與重力完美平衡。同時，飛行員還要不斷使用「循環變距」和「腳踏板」來微調機身姿態和航向，對抗氣流的擾動，才能實現長時間的定點懸停。這種即時的、精密的平衡控制，是直升機原地起降和懸停的基石。

問：直升機失速了會怎麼樣？

這個問題涉及到直升機與固定翼飛機「失速」概念的差異。

對固定翼飛機而言，「失速」通常是指機翼的攻角過大，導致氣流與翼面分離，升力急劇下降，飛機可能失去控制並急速下墜。這種失速是基於機翼相對空氣的速度不夠而產生的。

但對於直升機來說，由於旋翼是持續轉動產生升力的，其葉片即使在機身靜止懸停時，也保持著相對氣流的速度。所以，直升機不會像固定翼飛機那樣，因為「飛得太慢」而整體失速。然而，直升機的旋翼葉片也可能局部「失速」，例如在高速前進飛行時，旋翼後退側的葉片速度相對地面較慢，攻角可能過大導致部分區域升力損失；或者在進行劇烈機動時，部分葉片承受的負載過大而達到局部失速。這種情況可能會導致直升機的飛行效率降低，甚至產生劇烈震動或暫時性失去控制。

最重要的是，即使直升機發動機失去動力，它也不會像石頭一樣直接掉下來。它有一個獨特的「自動旋轉」（Autorotation）緊急降落機制。這時，飛行員會調整旋翼葉片角度，讓直升機在下墜過程中，利用向上的氣流反向驅動旋翼轉動，從而持續產生升力，讓直升機以可控的速度和姿態安全降落。這是一種非常有效的保命機制，也是直升機設計中的一大亮點喔！

問：直升機飛得比飛機慢很多嗎？為什麼？

是的，一般來說，直升機的最高飛行速度確實比大多數固定翼飛機要慢得多。這主要是由它們各自的空氣動力學原理和設計目的決定的。

固定翼飛機的機翼設計是為了在高速平飛時產生高效的升力，其推力主要用於克服水平方向的空氣阻力。速度越快，流經機翼的空氣流速越快，升力也就越充足，效率也越高。

而直升機則不同。它的旋翼在高速前進飛行時，會面臨一個複雜的「非對稱升力」問題。由於旋翼是圓周運動，當直升機向前飛行時，向前側（前行葉片）的葉片相對於空氣的速度會更快，而向後側（後退葉片）的葉片速度會相對較慢。這會導致兩側葉片產生的升力不對稱，使得直升機傾向於向一側翻滾。為了抵消這種不平衡，飛行員必須不斷調整葉片的攻角，使得後退葉片有更大的攻角以產生足夠的升力，這會增加阻力。

此外，直升機的主旋翼在高速飛行時會產生巨大的空氣阻力。它的設計主要著重於垂直升降和懸停能力，而非追求極致的速度。當速度達到一定程度時，由於旋翼尖端接近音速或超音速，以及上述的非對稱升力問題變得更為嚴重，進一步提升速度的難度會指數級增加，油耗也會急劇上升。這就是為什麼直升機在速度上無法與固定翼飛機競爭的主要原因。當然，工程師們也在探索複合式直升機（Compound Helicopter）或傾轉旋翼機（Tiltrotor）等新概念，試圖兼顧垂直起降和高速飛行的優勢。

問：直升機的旋翼為什麼有兩片、三片、四片或更多片？數量有什麼差別？

直升機旋翼葉片的數量，從兩片到多達八片甚至更多，背後是氣動力學、振動特性、製造複雜度和成本等綜合考量。不同的葉片數量會帶來不同的優缺點：

兩片式旋翼：

• 優點：結構相對簡單，製造和維護成本較低。
• 缺點：在旋轉時容易產生較大的振動，噪音也相對較大。由於只有兩片葉片，為了產生足夠的升力，每片葉片必須做得較長，或者轉速較快。在高速飛行時，尖端馬赫數（Tip Mach Number）容易接近音速，引起震波，影響效率和噪音。

三片或四片式旋翼：

• 優點：這是目前最常見的設計。相比兩片式，葉片數量增加可以分攤載荷，每片葉片可以做得短一些，這樣在相同升力需求下，旋翼直徑可以減小，或者轉速可以降低。這樣可以有效減輕振動和噪音，提高飛行平穩性。同時，在飛行控制上也更加靈活和穩定。
• 缺點：相對兩片式，結構複雜度和成本會略微增加。

多片式旋翼（五片或更多）：

• 優點：可以進一步降低旋翼的轉速，大幅減少噪音和振動，提升乘坐舒適性。在相同載荷下，葉片可以設計得更短更寬，提高升力效率。多片式旋翼通常用於重型直升機或追求極致平穩性的豪華直升機。
• 缺點：結構最為複雜，製造和維護成本也最高。旋翼頭的設計會非常精密和沉重。

總體來說，葉片數量越多，通常能帶來更平穩、更安靜的飛行體驗，但也會增加結構複雜度和成本。設計師會根據直升機的用途、載重需求、速度要求和預算等因素，來選擇最合適的旋翼葉片數量。例如，輕型偵察直升機可能採用兩片式，而大型客運或軍用運輸直升機則傾向於三片、四片或更多片旋翼，以確保飛行的穩定性和載重能力。

問：直升機怎麼做到在空中轉向的？

直升機在空中「轉向」通常是指機頭朝向的改變，這在飛行術語中叫做「偏航」（Yaw）控制。它的實現主要是透過「尾槳」與「循環變距」的協同作用。

主導作用：尾槳（腳踏板控制）

• 就像前面提到的，主旋翼在旋轉時會產生一個扭矩，試圖讓機身向反方向旋轉。尾槳的主要作用就是產生一個反向推力來抵消這個扭矩，讓機身保持穩定。
• 飛行員透過腳下的「腳踏板」來控制尾槳葉片的攻角。當需要機頭向左轉時，飛行員會踩下右腳踏板，讓尾槳產生的推力減小，主旋翼的扭矩就會佔據上風，機身在扭矩的作用下就會向左偏航。反之，踩下左腳踏板，增加尾槳推力，抵消更多扭矩，機身就會向右偏航。
• 所以，尾槳是直升機最主要的「方向舵」，負責控制機頭的指向。

輔助作用：循環變距（在轉彎時）

• 雖然尾槳是主要負責偏航的，但在進行「轉彎」（Turn）時，循環變距也會扮演一個重要的輔助角色。
• 當直升機想要進行一個「協調轉彎」（Coordinated Turn）時，飛行員會使用循環變距桿將機身向轉彎方向傾斜。這種傾斜會產生一個向心力，將直升機拉入轉彎。
• 在這個傾斜轉彎的過程中，由於氣動力和慣性的變化，會產生額外的扭矩效應。這時候，飛行員就必須精準地配合腳踏板來調整尾槳推力，抵消這些額外的扭矩，確保轉彎過程平穩，機頭與飛行路徑保持一致，避免不必要的側滑或打轉。

簡單來說，如果你只是想讓直升機「原地轉個圈」，那是尾槳的功勞；如果你是想讓直升機「在空中劃個弧線」進行轉彎，那一定是尾槳、循環變距、甚至集體變距的完美協同作業才能完成的。這充分體現了直升機飛行操作的複雜性與藝術性！

看到這裡，你是不是對直升機為什麼會飛，以及它是怎麼被精準操控的，有了更全面、更深入的理解了呢？從伯努利定律到牛頓第三定律，從精密機械到智慧電控，直升機的每一個細節都凝聚了人類無數的智慧與汗水。它不只是一種交通工具，更是一項令人嘆為觀止的工程奇蹟！下次當你再看到直升機翱翔天際時，也許就能更深切地感受到這份獨特的飛行奧秘與工程美學了吧！