为什么直升机不设计两个尾桨？
好的，我们来聊聊为什么直升机不常见设计两个尾桨，这个问题其实挺有意思的，背后涉及到不少航空工程的道理。
首先，我们要明白，直升机之所以需要尾桨，核心是为了解决一个基本问题：反扭矩。
直升机的主旋翼在旋转以提供升力的时候，它会以一个方向旋转，根据物理学中的牛顿第三定律——作用力与反作用力是大小相等、方向相反的，这个旋转的力就会作用在机身上，试图让机身以相反的方向旋转。这就像你拿一个高速旋转的呼啦圈，如果你不抓住呼啦圈，你的身体也会跟着一起转。如果不加以制衡，直升机在空中就会像陀螺一样不停地打转，根本没法控制方向，更别说起降和飞行了。
所以，尾桨的作用就是产生一个与主旋翼旋转方向相反的侧向推力，来抵消掉机身的这个反扭矩，让直升机保持稳定，并允许飞行员控制直升机的航向。
那么，为什么不设计两个尾桨呢？这看似是个挺自然的联想，两个总比一个更稳定、更安全吧？但实际上，这样做会带来几个巨大的问题，而且在实际应用中，其他设计方案更能有效地解决这些挑战。
1. 复杂性与重量的急剧增加：
想象一下，要增加一个尾桨，你就需要为它单独设计一套传动系统。这意味着你需要额外的齿轮箱、传动轴、以及与主旋翼动力连接的装置。同时，第二个尾桨本身也需要有自己的桨叶、桨毂、变距机构，甚至可能还需要独立的液压或电动助力系统。
这不仅会让直升机的结构变得无比复杂，而且会显著增加飞机的总重量。在航空工程里，“轻”是至关重要的一个指标。每增加一公斤重量，就需要更多的动力去克服它，这会直接影响到直升机的升力、航程、续航能力以及载重能力。对于直升机这种本来就需要克服重力本身以及反扭矩的飞行器来说，任何不必要的重量增加都是一个巨大的劣势。
2. 效率的降低与能量的浪费：
如果设计两个尾桨，它们的方向是会相互抵消扭矩的，那么就需要精妙的控制才能让它们协同工作，或者以不同的角度产生作用来抵消反扭矩。假设这两个尾桨是并排或者前后并列的，并且以相同的速度反向旋转以抵消主旋翼的扭矩。这时，它们产生的总推力是为了抵消反扭矩，但它们各自旋转时会产生阻力。两个尾桨产生的总阻力会比一个尾桨更大，这意味着需要更多的发动机功率来驱动它们。
而且，即使是两个尾桨，如果它们的设计目标是相互抵消反扭矩，那么它们产生的侧向推力叠加起来，在抵消反扭矩时，也需要精确控制它们的角度。如果控制不好，它们可能会相互干扰，甚至产生不需要的侧向力，让直升机难以控制。
3. 互不相干但影响巨大的相互干扰：
更关键的是，如果直升机有两个尾桨，它们必然会产生气流的相互干扰。尾桨的旋转会产生一个向外的侧向气流，如果有两个尾桨，它们产生的气流就会相互作用。这种气流的干扰可能会导致：
效率降低： 它们产生的推力可能无法简单地叠加，因为它们在对方产生的气流中工作，效率会打折扣。
控制困难： 它们产生的气流变化会更加复杂和难以预测，使得飞行员通过操纵尾桨角度来控制航向变得更加困难。想象一下，你踩一边的油门，它会影响到另一边的性能，这种联动效应会非常棘手。
结构性问题： 相互干扰的气流还可能导致尾桨桨叶承受不均匀的载荷，增加疲劳损坏的风险。
4. 现有的更优解决方案：
实际上，航空工程师们已经发展出了很多比“两个尾桨”更有效、更成熟的解决方案来解决反扭矩问题，并且避免了上述的复杂性。我们最常见的几种方式是：
单尾桨（最常见）： 这是最简洁、最经济的方式。通过调整尾桨的迎角，飞行员可以精确控制尾桨产生的侧向推力，从而抵消反扭矩并控制航向。
尾部涵道风扇（Fenestron 或 Ducted Fan）： 这是将尾桨包裹在一个圆筒（涵道）里。这样做有几个好处：
安全性提高： 桨叶被保护起来，大大降低了在地面操作或低空飞行时被桨叶击中造成伤害的风险，尤其是在人员密集的区域。
噪音降低： 涵道可以吸收一部分噪音，减少对周围环境的影响。
效率提升： 涵道可以引导气流，使得尾桨在低速和地面效应时有更好的效率。
控制精确： 虽然也有其复杂性，但通过改变涵道风扇的推力方向，仍然可以有效控制航向。
共轴反转旋翼 (Coaxial Rotors): 这是最常见也最成功的解决反扭矩的另一种方式，比如俄罗斯的卡莫夫系列直升机。它不是用尾桨，而是用两副主旋翼，而且是同心轴上反向旋转。上面的旋翼顺时针旋转，下面的旋翼就逆时针旋转。这样，两副旋翼产生的反扭矩就互相抵消了，而且它们也提供升力，所以不需要单独的尾桨来抵消扭矩。
优点： 没有尾桨，避免了尾桨带来的大部分复杂性、重量和噪音，特别适合在狭窄空间起降，因为没有尾桨暴露在外。
缺点： 传动系统非常复杂，两副旋翼之间的协调控制要求很高，而且在某些飞行状态下，由于旋翼间的气流干扰，效率可能不如单旋翼带尾桨的设计。
串列旋翼 (Tandem Rotors): 这种设计通常用于大型运输直升机，比如美国的波音“支奴克”。它有两副大的主旋翼，一副在前面，一副在后面，而且是反向旋转。同样，它们互相抵消反扭矩，不需要尾桨。
优点： 提供了极大的升力，适合运输重型货物，结构相对简单稳定。
缺点： 机身比较长，机动性相对较差。
横列双旋翼 (Sidebyside Rotors): 这种设计不太常见，有两副主旋翼位于机身两侧，同样是反向旋转，互相抵消反扭矩。
优点： 提供了巨大的升力和稳定性。
缺点： 机身也比较宽，并且在低速飞行时旋翼可能相互干扰，影响效率。
总结一下：
设计直升机时，工程师们总是需要在性能、效率、复杂性、重量和成本之间找到一个最佳平衡点。而“两个尾桨”这种方案，在带来复杂性和重量的同时，并没有提供比现有解决方案（如共轴反转、涵道风扇）更显著的优势，反而可能引入新的问题，比如气流干扰和控制困难。
所以，虽然理论上可以设计出两个尾桨的直升机，但从工程实践和效率角度来看，这并不是一个具有吸引力的选项。我们看到的直升机，大多选择了最简洁高效的方式来解决反扭矩这个核心问题。
首先，我们要明白，直升机之所以需要尾桨，核心是为了解决一个基本问题：反扭矩。
直升机的主旋翼在旋转以提供升力的时候，它会以一个方向旋转，根据物理学中的牛顿第三定律——作用力与反作用力是大小相等、方向相反的，这个旋转的力就会作用在机身上，试图让机身以相反的方向旋转。这就像你拿一个高速旋转的呼啦圈，如果你不抓住呼啦圈，你的身体也会跟着一起转。如果不加以制衡，直升机在空中就会像陀螺一样不停地打转，根本没法控制方向，更别说起降和飞行了。
所以，尾桨的作用就是产生一个与主旋翼旋转方向相反的侧向推力，来抵消掉机身的这个反扭矩，让直升机保持稳定，并允许飞行员控制直升机的航向。
那么，为什么不设计两个尾桨呢？这看似是个挺自然的联想，两个总比一个更稳定、更安全吧？但实际上，这样做会带来几个巨大的问题，而且在实际应用中，其他设计方案更能有效地解决这些挑战。
1. 复杂性与重量的急剧增加：
想象一下，要增加一个尾桨，你就需要为它单独设计一套传动系统。这意味着你需要额外的齿轮箱、传动轴、以及与主旋翼动力连接的装置。同时，第二个尾桨本身也需要有自己的桨叶、桨毂、变距机构，甚至可能还需要独立的液压或电动助力系统。
这不仅会让直升机的结构变得无比复杂，而且会显著增加飞机的总重量。在航空工程里，“轻”是至关重要的一个指标。每增加一公斤重量，就需要更多的动力去克服它，这会直接影响到直升机的升力、航程、续航能力以及载重能力。对于直升机这种本来就需要克服重力本身以及反扭矩的飞行器来说，任何不必要的重量增加都是一个巨大的劣势。
2. 效率的降低与能量的浪费：
如果设计两个尾桨，它们的方向是会相互抵消扭矩的，那么就需要精妙的控制才能让它们协同工作，或者以不同的角度产生作用来抵消反扭矩。假设这两个尾桨是并排或者前后并列的，并且以相同的速度反向旋转以抵消主旋翼的扭矩。这时，它们产生的总推力是为了抵消反扭矩，但它们各自旋转时会产生阻力。两个尾桨产生的总阻力会比一个尾桨更大，这意味着需要更多的发动机功率来驱动它们。
而且，即使是两个尾桨，如果它们的设计目标是相互抵消反扭矩，那么它们产生的侧向推力叠加起来，在抵消反扭矩时，也需要精确控制它们的角度。如果控制不好，它们可能会相互干扰，甚至产生不需要的侧向力，让直升机难以控制。
3. 互不相干但影响巨大的相互干扰：
更关键的是，如果直升机有两个尾桨，它们必然会产生气流的相互干扰。尾桨的旋转会产生一个向外的侧向气流，如果有两个尾桨，它们产生的气流就会相互作用。这种气流的干扰可能会导致：
效率降低： 它们产生的推力可能无法简单地叠加，因为它们在对方产生的气流中工作，效率会打折扣。
控制困难： 它们产生的气流变化会更加复杂和难以预测，使得飞行员通过操纵尾桨角度来控制航向变得更加困难。想象一下，你踩一边的油门，它会影响到另一边的性能，这种联动效应会非常棘手。
结构性问题： 相互干扰的气流还可能导致尾桨桨叶承受不均匀的载荷，增加疲劳损坏的风险。
4. 现有的更优解决方案：
实际上，航空工程师们已经发展出了很多比“两个尾桨”更有效、更成熟的解决方案来解决反扭矩问题，并且避免了上述的复杂性。我们最常见的几种方式是：
单尾桨（最常见）： 这是最简洁、最经济的方式。通过调整尾桨的迎角，飞行员可以精确控制尾桨产生的侧向推力，从而抵消反扭矩并控制航向。
尾部涵道风扇（Fenestron 或 Ducted Fan）： 这是将尾桨包裹在一个圆筒（涵道）里。这样做有几个好处：
安全性提高： 桨叶被保护起来，大大降低了在地面操作或低空飞行时被桨叶击中造成伤害的风险，尤其是在人员密集的区域。
噪音降低： 涵道可以吸收一部分噪音，减少对周围环境的影响。
效率提升： 涵道可以引导气流，使得尾桨在低速和地面效应时有更好的效率。
控制精确： 虽然也有其复杂性，但通过改变涵道风扇的推力方向，仍然可以有效控制航向。
共轴反转旋翼 (Coaxial Rotors): 这是最常见也最成功的解决反扭矩的另一种方式，比如俄罗斯的卡莫夫系列直升机。它不是用尾桨，而是用两副主旋翼，而且是同心轴上反向旋转。上面的旋翼顺时针旋转，下面的旋翼就逆时针旋转。这样，两副旋翼产生的反扭矩就互相抵消了，而且它们也提供升力，所以不需要单独的尾桨来抵消扭矩。
优点： 没有尾桨，避免了尾桨带来的大部分复杂性、重量和噪音，特别适合在狭窄空间起降，因为没有尾桨暴露在外。
缺点： 传动系统非常复杂，两副旋翼之间的协调控制要求很高，而且在某些飞行状态下，由于旋翼间的气流干扰，效率可能不如单旋翼带尾桨的设计。
串列旋翼 (Tandem Rotors): 这种设计通常用于大型运输直升机，比如美国的波音“支奴克”。它有两副大的主旋翼，一副在前面，一副在后面，而且是反向旋转。同样，它们互相抵消反扭矩，不需要尾桨。
优点： 提供了极大的升力，适合运输重型货物，结构相对简单稳定。
缺点： 机身比较长，机动性相对较差。
横列双旋翼 (Sidebyside Rotors): 这种设计不太常见，有两副主旋翼位于机身两侧，同样是反向旋转，互相抵消反扭矩。
优点： 提供了巨大的升力和稳定性。
缺点： 机身也比较宽，并且在低速飞行时旋翼可能相互干扰，影响效率。
总结一下：
设计直升机时，工程师们总是需要在性能、效率、复杂性、重量和成本之间找到一个最佳平衡点。而“两个尾桨”这种方案，在带来复杂性和重量的同时，并没有提供比现有解决方案（如共轴反转、涵道风扇）更显著的优势，反而可能引入新的问题，比如气流干扰和控制困难。
所以，虽然理论上可以设计出两个尾桨的直升机，但从工程实践和效率角度来看，这并不是一个具有吸引力的选项。我们看到的直升机，大多选择了最简洁高效的方式来解决反扭矩这个核心问题。
网友意见
你先说为什么直升机要设计两个尾桨？
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