简介

自转旋翼机

自转旋翼机，英文称作Autogyro（来自希腊语αυτό + γύρος，自行旋转），也常被称作旋翼飞机Gyroplane、旋翼机Rotorplane或者是旋翼飞行器（Gyrocopter），它是一种由旋翼自转而非动力驱动来获得升力的旋翼类飞行器，一般带有一个推进螺旋桨来提供前进动力，在这方面和固定翼飞行器类似。自转旋翼机的外形和直升机类似，但是必须有气流通过它的桨盘才能带动它的旋翼旋转。自转旋翼机由西班牙工程师Juan de la Cierva发明，当初的目的是为了制造一种能够低速飞行的安全飞行器，该自转旋翼飞行器于1923年1月9日在马里德的Cuatro Vientos飞机场进行了首次试飞。De la Cierva的飞行器类似于今天的固定翼飞行器，装配有一个前悬挂式的引擎和前拉式螺旋桨来带动整个飞行器飞行。在二十世纪二十年代和三十年代，在得到Cierva的许可之后，Pitcairn和Kellett公司在Cierva的基础上进行了更大的创新。新型自转旋翼机仿照Igor Bensen的设计将发动机后置，并将螺旋桨后置，形成了后推式自转旋翼机。Autogiro这个词便是由Cierva Autogiro 公司的商标而来。Gyrocopter这个词是由E. Burke Wilford而来，他在二十世纪上半世纪发明了装配有Reiseler Kreiser顺桨旋翼的旋翼机。Gyroplane一词则是因被Bensen飞行器公司用作商标而来。

工作原理

自转旋翼机

同直升机一样，自转旋翼机以旋翼作为主要的升力装置，但驱动旋翼转动的动力来源不同。自转旋翼机在起飞时需要在地面上滑跑，所需拉力或推力来自机身前部或后部的螺旋桨，由迎面吹来的风驱使旋翼转动，但不像风车那样顺转，而是逆转。前飞时，自转旋翼机的桨盘向后倾，而不像直升机那样向前倾。

由于自转旋翼机的旋翼工作原理与直升机的类似，所以可将分析直升机旋翼气动特性的方法，根据自转旋翼机的特点进行修改后用来分析自转旋翼。

大多数现代自转旋翼机装有为旋翼达到足够速度提供动力的装置，以便在开始起飞之前获得初始升力。一旦实现起飞，旋翼传动轴就会断开，这样，所有的发动机功率都直接提供向前的拉力。

由于正常飞行时旋翼没有动力，所以，自转旋翼机不能悬停；然而，近似的垂直着陆是可能的，一架设计良好的自转旋翼机能够以远远低于固定翼飞机的最小速度持续飞行，通常低到10节-15节。既然旋翼机是在不变的自转状态下持续飞行，发动机失效就很少需要飞行员采取应急措施了，并且飞行器自身是天然稳定的，能够短时间内“松开驾驶杆”飞行。

有些自转旋翼机能够垂直起飞(VTOL)，其过程恰好与直升机的自转着陆相反。自转旋翼机采用加重的旋翼，并采用强有力的飞行前旋转器，使桨叶以大大超过飞行所需的转速旋转，而桨距保持在中间位置。当达到该转速时，断开飞行前旋转器，使用最大功率以得到最大拉力，并增大旋翼桨距，以便飞行。自转旋翼机随后利用储存在旋翼桨叶动量中的动能升到空中，并开始向前飞行加速。只要旋翼桨叶在减速之前达到最小飞行速度，旋翼机就能停留在空中，并能爬升离开。皮特卡恩，一位著名的白转旋翼机设计师，在20世纪30年代通过从办公大楼的楼顶进行起飞和着陆，演示了这种特殊设计的自转旋翼机的飞行过程。现代企业家企图重现这种能力，并取得了一些成功，显示出巨大的商业市场潜力。

区别于直升机

虽然自转旋翼机在外形方面与直升机非常相似，但在原理和结构方面，旋翼机和直升机却有着本质的不同，而其中最大的不同就在于两种飞机看似相同的旋翼身上。

直升机的旋翼是直升机的唯一动力源，它既要提供升力，又要提供飞行时所需的动力，并且还要控制飞行的方向。因此，集诸多重任于一身的直升机旋翼以及相应的传动系统异常复杂，技术要求极高。

反观旋翼机，它头顶上大大的旋翼在飞行时是不和发动机传动系统相连的，旋翼的旋转完全依靠飞机前飞时相对气流的吹动和自身惯性的作用，就好像一个大大的风车，而且这个“风车”只为飞机提供飞行时所需的升力。由于自行旋转，旋翼机的旋翼传递给机身的扭矩很小，这样旋翼机也就无需直升机那样的尾桨来进行扭矩平衡。

另外，大多数旋翼机不能像直升机那样进行垂直起降，而必须像固定翼飞机一样经过滑跑才能起飞。但是，旋翼机的旋翼可以在起飞时通过离合器与发动机进行短暂的连接，虽然这不足以产生足够的升力来垂直起飞，但旋翼的主动旋转却可以有效地减少飞机起飞时的滑跑距离，甚至从一座房子的屋顶就可以完成起飞。

在飞行过程中，旋翼机只可以向前飞行，而且旋翼总是向后倾斜的；直升机则可以向任意方向飞行甚至空中悬停，旋翼的倾斜角度也随着飞行方向的变化而变化，这也是在飞行中区分两种飞机最直观的方式。

优点

自转旋翼机

旋翼机前飞时的动力来自于飞机后部的螺旋桨，它与旋翼机的发动机相连，旋转起来向后吹动空气，从而实现飞机的向前飞行。而且，自转旋翼机有尾翼，并且需要通过它控制飞行的方向。正因为此，旋翼机的操作十分简单。据报道，在国外一些旋翼机飞行培训中心，对没有飞过任何机种的新手，一般通过两天的训练和带飞即可放单飞，而对经过训练的人一天就足够了。

由于“旋翼+螺旋桨”的良好分工，旋翼机的动力系统十分简单，而且要求不高，一台较大排量的摩托车发动机就足以驱动一架小型旋翼机。也正是由于这个原因，旋翼机的制造成本十分低廉，价格约为同级别直升机的五分之一到十分之一。有媒体报道，在美国一辆中级轿车的钱就可以买一架轻型旋翼机。

最为重要的是，由于旋翼机的旋翼在飞行时只依靠自身惯性旋转，所以在遭遇发动机空中突然停车时，旋翼机飞行高度下降造成的上升气流会加速旋翼的旋转，从而补偿飞机损失的升力，旋翼机于是可以在没有动力的情况下平稳着陆，更高的安全性也是旋翼机的设计初衷。

目前，由于飞行速度、飞行高度有限，旋翼机主要用于搜索、旅游以及测量等。但在国外，凭借简单的构造、较短的滑跑距离、较高的安全性等，旋翼机备受人们的青睐，甚至经常会成为一些飞行爱好者DIY的对象。

发展概况

自转旋翼机

旋翼机这一概念的提出最早可以追溯到20世纪初期。当时，由失速引起的空难事故的比重越来越大，愈发引起人们的重视。1919年，西班牙工程师谢尔瓦提出了自转旋翼机的概念，试图解决飞机失速的问题。他设计的飞机和直升机十分相似，但由于旋翼没有动力，在失速的情况下，飞机下坠过程中所产生的相对气流又会从下往上吹动旋翼旋转，就好像风车一样，从而重新产生升力，使飞机可以比较平稳地着陆。当时的新闻界将谢尔瓦的这个发明称为“风车飞机”。

国外

1922年，谢尔瓦制造了C-3型自转旋翼机；1923年， C-4型旋翼机也成功地进行了飞行试验；1925年，谢尔瓦建立了自己的自转旋翼机公司。在接下来的10年中，该公司及其授权公司生产了近500架自转旋翼机，这一飞机也在欧美得到了很大的发展。

此后，皮特凯恩和奇力公司对旋翼机技术进行了更深入的研究。从20世纪30年代开始，美国邮政系统开始采用旋翼机投递信件，这种飞机可以“从一个邮政局的屋顶飞到另一个邮政局的屋顶”。但这一做法只持续了大约10年的时间，由于直升机技术的飞速发展，旋翼机也逐步被直升机所取代。直到越南战争期间，由于直升机高昂的制造和维护费用，人们才又把目光重新投到了“物美价廉”的旋翼机身上，也正是从那时开始，旋翼机技术又开始受到重视并一直发展至今。

在美国，目前FAA接受ASTMDesignationF2352-05、F2449-05、F2415-06针对乘员不超过两人，最大起飞重量不超过725kg的自转旋翼机的适航审定规范，只作为许可飞行。而对于中大型的自转旋翼机没有专门适航审定规范，还是以FAR-27为适航审定基础。但现今的FAR-27规范对自转旋翼机进行适航认证，其操作性很难。美国GBA公司所设计生产的Hawk-4自转旋翼机，于1998年开始以FAR-27部为审定基础进行适航认证，但由于FAR-27部的部分苛刻条件，加上条例本身对自转旋翼机适用性不强，例如，座椅和地板要抗30g的垂直冲击载荷，机身结构能承受12g的前向载荷并能保证变形最小，作为此种重量级别飞行器不能满足其要求，所以Hawk-4自转旋翼机未能成功取得适航认证。

在英国，BCAR-T分部是关于自转旋翼机适航的规范。但其主要针对不超过两座，最大起飞重量不超过600kg，限制在可视条件下，轻小型的自转旋翼机作了相关要求。而且也只是作为许可飞行，不取得适航认证。如要适航认证，还必须遵照JAR-27部进行审定。不过BCAR-T分部提供了一个适航剪裁思路，以FAR/JAR-27为审定基础，补充FAR/JAR-23部专项条款。以及根据自转旋翼机特点，补充相关要求。

国内

在国外一些工业比较发达的国家，旋翼机技术已经发展得相当成熟，而在我国民用航空领域，旋翼机还没有广为人知。虽然偶有飞行爱好者自制旋翼机飞天的报道，但我国至今还未有一家旋翼机制造企业。

近几年，随着中国低空空域改革的进一步推进，越来越多的飞机制造商开始瞄准中国私人飞机市场。今年年初，世界顶级旋翼机制造企业美国格莱恩兄弟航空工业公司宣布，其全资子公司格莱恩兄弟国际公司已经与广州三川航空科技有限公司达成协议，将在中国建立一家合资企业生产轻型旋翼机。

根据双方签署的协议，三川格莱恩公司将基于Sparrow Hawk系列旋翼机在中国生产轻型旋翼机并面向全球市场销售。格莱恩兄弟航空工业公司表示，三川格莱恩将重新在美国和全球市场推出其Sparrow Hawk III Kit旋翼机，并在未来几年内推出完全由三川格莱恩自主设计的轻型旋翼机。

有业内人士认为，旋翼机构造简单、价格便宜、容易操控等特点使它非常利于在中国发展，并且极有可能成为我国未来小型通用航空器的发展方向。格莱恩兄弟公司商业开发部副总经理奥尔·瓦达尔认为，随着中国低空空域的一步步开放，高效、灵活的旋翼机将在中国通用航空市场中占有明显优势。“Sparrow Hawk旋翼机的飞行操作简单安全，飞机性能优越，起落仅需很短的一段跑道，随着中国政府当局对私人飞机、飞行员的限制逐渐放开，这种飞机肯定会在中国大受欢迎。”

目前国内尚未有自转旋翼机投入生产营运，也没有相应的适航法规制定和颁布。而且对于特殊轻型运动类以及组装或业余制造的航空器，我国都没有相关的政策，对销售和使用都是严格限制。所以在国内迫切需要找一条对自转旋翼机适航认证的途径，为此类航空器的发展提供一个更好的平台。

在南京航空航天大学，正在进行自转旋翼机的设计研究工作。所设计的是标准类的中型自转旋翼机，而且也正在积极对该机进行适航审定的研究工作，目前已与适航部门取得了初步的意见交换，适航部门已正式受理该机的适航工作。但目前面临的问题还比较多，首先，没有相关的适航审定规范，适航审定有难度。其次，在国内还是一种新机种，适航审定途径没有经验可循。再则，适航部门在对于新机种的适航审定也缺乏经验，如何更有效进行适航审定，采取怎样的技术途径都是一个探索过程。

2022年，由高碑店市天启通宇公司自主研发的自转旋翼机“J-RO C-100”成功获得中国民用航空局华北地区管理局颁发的辖区首张型号合格证(TC)，编号TC0063A-HB。这标志着中国轻型运动类飞机家族又添一款新机型。