01
会旋转的机翼
眼前是一架轻型直升机。顶上那几片细长的桨叶组成了主旋翼，每一片桨叶都是一只机翼。它迎着气流略微仰起，一边运动一边把空气往下压，空气也就把桨叶往上推。这股向上的推力就是升力。
飞机要在跑道上一路加速，才能让气流流过机翼。直升机则干脆让机翼转起来，这样即使机身一动不动，机翼也始终在空气中运动。正因如此，它能垂直起飞、在一处悬停，还能侧飞和倒飞。
发动机通过减速箱和一根竖直的轴带动旋翼，这根轴叫旋翼轴。真实的主旋翼每分钟要转几百圈，桨尖速度约为200米/秒，时速超过700公里。模型以慢动作运行，其中一片桨叶的桨尖涂了颜色，方便你一路跟着它看。
拖动模型可以四处查看，在模型上滚动可以缩放。继续往下读，视角会跟着文字变化。
02
桨距越大，升力越大
直升机旋翼几乎一直以相同的转速旋转。要改变升力，飞行员改变的是桨叶的角度。这个角度叫桨叶的桨距。桨距越大，桨叶迎向空气的角度越陡，往下压的空气越多，升力也就越大。
飞行员左手握着总距杆。把它往上提，就会推起倾斜盘，也就是套在旋翼轴上的一对圆环。倾斜盘上的拉杆会同时把每片桨叶扭转同样的角度，转到哪儿都一样。“总距”这个名字就是这么来的。
总距杆放得低时，旋翼产生的升力小于直升机的重量，它就会下降。杆放在中间附近时，升力正好等于重量，直升机便悬停。再往上提，它就会上升。桨距加大，桨叶受到的阻力也更大，所以发动机必须输出更多功率，才能让旋翼保持原来的转速。
拖动总距杆，看倾斜盘沿着旋翼轴滑动，桨叶随之扭转。升力增大时，桨叶还会稍稍向上弯起，这叫锥体效应。
03
为什么需要尾桨
让旋翼转起来，发动机要施加一股扭转的力，也就是扭矩。有作用力就有大小相等的反作用力，所以直升机的机身会受到方向相反的同样扭矩。从上方看，这副旋翼是逆时针转的。如果不加处理，机身就会顺时针打转。
尾桨就是来阻止这件事的。它装在长长的尾梁末端，向侧面吹气。它的推力作用在尾梁末端，就像扳手拧螺栓一样，正好抵消主旋翼带来的扭矩。尾梁越长，需要的推力就越小。
一根沿尾梁布置的传动轴从主减速箱引出动力，带动尾桨，所以两副旋翼总是同步转动。在这个模型里，主旋翼每转一圈，尾桨转五圈。
飞行员用脚蹬改变尾桨桨叶的桨距。推力加大，机头就往一边转；推力减小，扭矩就把机头往另一边带。直升机就是这样原地转向的。
也有些直升机不用尾桨，而是用两副转向相反的主旋翼，上下叠放或者前后各一副，让它们的扭矩彼此抵消。
04
前行桨叶与后行桨叶
要向前飞，飞行员就向前推周期变距杆。它让倾斜盘倾斜，于是每片桨叶的桨距在每转一圈的过程中都会升降一次。旋转的桨盘向前倾，一部分升力开始拉着直升机前进，整架飞机也微微低头飞行。
这时，旋翼两侧遇到的气流就不一样了。在一侧，桨叶向前挥动，迎着飞行带来的风，这就是前行桨叶。在另一侧，桨叶向后挥动，顺着那股风离去，这就是后行桨叶。从机尾方向开始算，标记桨叶在0°到180°之间前行，在180°到360°之间后行。
假设桨尖速度是200米/秒，直升机以50米/秒的速度飞行。前行桨叶的桨尖相对空气的速度是250米/秒，后行桨叶的桨尖却只有150米/秒。升力随空速的平方增长，如果不加处理，前行一侧的升力会大得多，把直升机掀翻。
周期变距正是用来把两边拉平的。它让前行桨叶的桨距变小，后行桨叶的桨距变大，两侧的升力就差不多了。盯着标记桨叶看：它在前行一侧桨距变小，在后行一侧桨距变大，每转一圈重复一次。
这也带来了一个上限。直升机飞得越快，流过后行桨叶的气流就越慢，它需要的桨距就越大，直到失速。这就是普通直升机时速很少能远超300公里的主要原因。
这些数字来自一个简单的模型：四片桨叶的旋翼，半径5米。桨距角做了简化，适合看形状和比例，不适合当作精确数值。