为什么直升机除了有一个大的螺旋桨以外,尾巴上还要装一个小的、竖着的螺旋桨?当然,用螺旋桨这样的表述不够准确,直升机的大“螺旋桨”有专门的名称叫作“旋翼”,就是会旋转的翅膀的意思。尾部的小螺旋桨叫作尾桨。
旋翼很好理解,它是用来给直升机提供升力的,很多人认为尾桨是用来控制方向的,有一定道理,但是它还有一个非常重要的作用,就是不让直升机原地打转。这里面的原理是牛顿第三定律。牛顿第三定律是指作用一个力在物体上,则必受到一个来自该物体的大小相等、方向相反的力。
直升机的旋翼转起来,提供升力,旋翼之所以可以转动,是因为发动机作用了力矩在螺旋桨上,让它往一个方向转动。但是根据牛顿第三定律,作用力必然对应一个反作用力,所以相反的旋翼也会作用一个相反方向的力矩在发动机上,发动机连着机体,如果没有一个外部力矩来平衡的话,直升机的机体就会跟着旋翼呈反方向转动。相关的电影镜头其实有不少,在战争电影或者动作电影中,如果直升机的尾部被击中,尾桨坏了的话,直升机就会开始在原地打转。
为什么尾桨那么小呢?因为它在直升机的尾部,如果以旋翼的转轴为支点的话,尾桨提供的力的力臂很长,旋翼的力臂大概只有旋翼转轴半径那么大,最多也就是10厘米,但是尾桨的力臂几乎是整个直升机的长度,因此只需要很小的尾桨,提供很小的推力就足够平衡直升机水平方向的力矩了,这就是为什么直升机要在尾巴上装一个竖着的尾桨。
当然,也有那种前后两个大旋翼的直升机,这种情况下,这两个旋翼的旋转方向必然是相反的,一个如果是顺时针转,另外一个则必然是逆时针转,这样做也是因为牛顿第三定律,前后旋翼产生的扭矩必然是相反的,这样才能使扭矩相互抵消,让直升机保持旋转的平衡。