靈感源自橡皮筋模型—直升機旋翼槳葉揮舞和變距概談 一
圖——前飛的直升機
# 前言
相比於直升機的懸停狀態，對前飛狀態下的旋翼槳葉而言，兩者最顯著的差異就是——前飛狀態下，隨著旋翼一圈圈地旋轉，槳葉微段地相對來流速度由旋轉速度和來流速度疊加而成，因而槳葉在不同徑向及不同方位角站位上，其速度都不相同，且隨著旋翼的周期性旋轉往複循環變化。下圖顯示的是一副逆時針旋轉的旋翼來流示意圖，圖中，Forward Speed 為直升機前飛來流速度，Tip Speed為旋翼槳尖速度，前行側 Advancing Side 位於右側，後行側 Retreating Side 位於左側，圖中間的小圓圈內，由於前飛來流速度從槳葉幾何後緣吹向前緣，而由於旋轉導致的空氣流動從前緣吹向後緣，兩者疊加之後，前飛來流速度佔優，導致槳葉經過該圓圈時，總氣流從槳葉幾何後緣吹向前緣，因而這個小圓圈所佔的區域被稱為反流區 Reverse Flow Region，顯然，由於直升機旋翼轉速是不變的，隨著前飛速度的增加，反流區將逐漸增大，假如前飛速度達到槳尖速度（前進比——來流速度於槳尖速度的比值——μ=1），幾乎整個後行側都將處於反流區內，這就是高速型旋翼機面臨的高前進比狀況，當然這暫且不在本文討論範圍之內，所以暫時略過不談。
圖——直升機前飛過程中槳盤氣流速度分布
# 速度分布
上文提到的前進比可以說是直升機前飛速度分布分析中最為重要的一個參數，其符號一般為μ（音：Miu），
前進比 = 前飛速度/旋翼槳尖速度
顯然，在懸停狀態下，前進比為零，而對於現代大多數直升機而言，其極速飛行狀態下，前進比的數值可以達到0.45。上面那張圖中，直升機前飛對應的前進比大約為0.3，這也是典型的巡航狀態前進比（參考巡航速度為200~270千米時，具體巡航前進比數值還是要取決於旋翼槳尖速度，正常情況下一般不會超過0.4）。
在前飛狀態下，旋翼」頭部「和」尾部「（對應180°和0°方位角）的槳葉速度分布與懸停狀態一致（不考慮偏流——沿著槳葉半徑方向的氣流——的情況下；對於常規直升機，偏流效應不顯著，往往不考慮），但是後行側槳尖氣流速度比懸停要低30%，前行側槳尖氣流速度則要比懸停告30%（對應方位角270°和90°）。
圖——現代CFD方法模擬反流區特性
關於反流區還有一點值得注意的是，在低速飛行情況下，反流區往往只附著在槳轂周圍，再加上槳葉根切，反流區對旋翼幾乎沒影響，但是當直升機極速飛行時——如上文所言，達到0.45前進比時——反流區直徑將擴大為旋翼半徑的45%左右，這時候，反流區對旋翼的影響就不得無視了。
# 槳葉揮舞
上一節所介紹的前飛過程中非對稱速度分布是直升機和固定翼飛行器（氣流速度對稱分布）的主要區別之一。
相對於固定翼飛行器的機翼而言，直升機旋翼的安裝連接方式相對來說，可以算是比較」鬆散「了，這種」鬆散「既奠定了旋翼類飛行器研製成功的基石，同時也給旋翼類飛行器帶來了一系列獨特的特點，尤其是在穩定性和操縱性方面。
槳葉連接到槳轂採用鉸接而非固連是一項相當重要的發明，雖然這項發明並非是在直升機的研製中出現的——而是在自轉旋翼機 Autogyro 的研製中發明出來的——但是這項發明卻實實在在促進了直升機理論和工程實際方面的長足發展。
這項發明出現的時間是20世紀20年代，當時，西班牙的自轉旋翼機設計師 Juan de la Cierva 正在為其設計的自轉旋翼機存在的一系列氣動問題而苦惱。
圖——Cierva所設計的自轉旋翼機
當時Cierva的信條是——如果失敗了就從頭再來。顯然他第一次駕駛他自製的自轉旋翼機獲得了失敗，他驅動自己的自轉旋翼機滑跑試圖起飛，然後他的自轉旋翼機在達到起飛速度之前，突然就側翻了，旋翼打到地面，徹底報廢。Cierva毫不氣餒，沒多久就又進行了第二次試飛，然而沒有對旋翼做任何改進的情況下，第二次試飛與第一次並沒有什麼差別，他的自轉旋翼機又一次側翻了。
在那個年代，Cierva沒有任何關於旋翼技術的知識，這位聰明的西班牙發明家最多就是有些關於風車的技術——這方面的知識至少比同國的堂吉訶德要好些。
這種側翻（滾轉力矩）的成因對於他來說簡直就像當時西方社會中流傳的」來自東方的神秘力量「一樣神秘，因為Cierva在試飛他的橡皮筋動力的自轉旋翼機模型過程中從來沒有發生過側翻，因為無法解決這個問題，自轉旋翼機的研製進度一度暫停。
轉機在他聽某場歌劇的時候出現了，也許是某個婉轉的音調刺激了他的神經，他腦海中靈光閃現，他突然就意識到，之所以模型不會側翻而他真正的」座駕「會側翻的原因很可能就是兩者旋翼的剛度不一致，模型的槳葉是」柔軟「的竹材，而座駕則是類似於當時的固定翼飛機一般」剛硬「支承的槳葉。
」剛硬「支承的槳葉在前進過程中，前行側的氣流速度顯然要大於後行側，由於兩側的槳葉安裝角一致，因而其氣動迎角也大致相等，因而不同的氣流速度就會導致不同的升力分布，從而導致了前行側的力大於後行側，隨著前進速度增大，兩者的力之差形成的力矩達到一個可觀的數值，一下就掀翻了自轉旋翼機。
而在模型自轉旋翼機中，由於槳葉可以自由彎曲，上下揮動，因此具有較大氣動力的前行側就會激發槳葉揮得高一點，由於陀螺的進動效應，這種激勵將會有滯後，而隨著旋翼回到槳盤前方，其氣流速度降低，槳葉氣動力恢復到正常水平，隨後槳葉轉入後行側，其氣流速度減小，槳葉氣動力減小，因而就會揮得低一些，如此循環。而前行側槳葉的揮起將會減小其氣動迎角，降低其氣動力，後行側的槳葉則相反。
當前行側和 後行側槳葉的揮舞導致的氣動力變化變化剛好能夠抵消由於速度分布不對稱導致的氣動力變化的時候，揮舞達到平衡狀態。
歌劇結束之後，Cierva立刻就決定採取行動——將他的全尺寸旋翼改為具備彈性揮舞功能的。他決定採取一種最簡單的做法，就是在旋翼和槳轂之間安裝一個機械鉸鏈，這樣他的槳葉就能夠揮舞了——就類似於他的模型旋翼機一樣。事實證明他的想法確實成功了，他的自轉旋翼機成功起飛，並且在飛行過程中，氣動力激勵槳葉揮舞，而高速旋轉的槳葉離心力又向彈簧一般把槳葉拉回水平位置。
圖——現代直升機的旋翼頭
隨著旋翼揮舞技術的突破，Cierva在自轉旋翼機上取得了成功，並且開始對揮舞鉸進行一系列的改進，這些都直接促成了如今直升機上所使用的揮舞鉸的出現。
槳葉的運動除了揮舞，還有擺振以及變距（總局操縱和周期變距操縱），本文暫時先講到揮舞——
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