共轴式直升机与传统单旋翼带尾桨直升机的主要区别之一是航向操纵的形式和响应不同，其改变上下旋翼的扭矩的方式又分为：全差动、半差动、桨尖制动、磁粉制动。全差动方式是同时反向改变上下旋翼的桨叶角来实现直升机航向的操纵和稳定，俄罗斯卡莫夫系列共轴式直升机均采用此种控制方式。桨尖制动方式是在旋翼桨尖设置阻力板，通过改变阻力板的迎风阻力面积改变旋翼的扭矩以实现直升机的航向操纵和稳定，德国研制的无人驾驶直升机SEAMOS采用了此种控制方式。磁粉制动是通过传统系统内部的磁粉离合器对上下旋翼轴进行扭矩分配，加拿大研制的无人直升机CLL227采用了此种形式。半差动方式一般是通过改变下旋翼桨叶角改变上下旋翼的功率分配，使其相等或不等来控制直升机的航向。

根据直升机的飞行原理可知，直升机的飞行控制是通过周期变距改变旋翼的桨盘锥体从而改变旋翼的总升力矢量来实现的，由于旋翼的气动输入（即周期变距）与旋翼的最大响应（即挥舞），其方位角相差90°，当旋翼在静止气流中旋转时，以纵向周期变距为例，上旋翼在90°时即前行桨叶处得到纵向周期变距输入，此时上旋翼为逆时针旋转，对上旋翼来说将在180°时得到最大响应，即挥舞最大。而对下旋翼而言，上旋翼的前行桨叶方位处是下旋翼的后行桨叶方位，此时下旋翼为顺时针旋转，其桨叶前缘正好与上旋翼相反，对上旋翼的最大输入恰好是对下旋翼的最小输入，下旋翼将在0°处达到最小挥舞响应。而在下旋翼的前行桨叶处（上旋翼的后行桨叶）达到最大输入，在180°处达到最大挥舞。因此，上下旋翼在纵向周期变距的操纵下的挥舞平面是基本平行的。类似的在给出横向周期变距操纵后，在上下旋翼的方位角0°、180°处对上下旋翼均给出同样的操纵输入，但由于两旋翼的转向相反，翼剖面的前后缘反向，因而，一个是最大输入对另一个是最小输入，两旋翼的最大响应和最小响应相差180°，其挥舞平面也是平行的。因此，共轴式直升机的上下旋翼的自动倾斜器是通过若干拉杆组成连杆机构，该机构使得上下旋翼的自动倾斜器始终保持平行。

直升机的两种典型的航向操纵结构形式即半差动和全差动形式。

1半差动航向操纵系统

目前国内研制的共轴式直升机采用的是半差动航向操纵形式，总距、航向舵机固联在主减速器壳体上，纵横向舵机固联在总距套筒扳手上，随其上下运动。舵机输出量通过拉杆摇臂、上下倾斜器和过渡摇臂变距拉杆传到旋翼上，使其转过相应的桨距角，以实现操纵的目的。

上下桨叶通过桨毂分别与内外转轴固联。在外轴的外面轴套上套总距套筒，其上又套航向操纵滑环、滑套式环岛和下倾斜器内环，它们之间可沿轴向相对上下滑动，但不能转动。上倾斜器内环通过滑键与内轴相联，它不仅可沿轴向上下相对运动，还随内轴一起转动。上下倾斜器外环通过扭力臂与上下桨叶同步转动，并有根等长撑杆将它们相联以实现使上下桨叶同步地偏转相同的桨距角。上倾斜器与上旋翼间摇臂支座直接夹固在内轴上，随内轴转动。而下倾斜器与下旋翼间摇臂支座套在轴套上，半差动航向操纵时可上下滑动，其外环随下旋翼一起转动。

半差动航向操纵的过程为：航向舵机的输出量通过航向杠杆带动航向操纵滑环，使滑环沿总距套筒扳手上下滑动，滑环经两个撑杆带动过渡摇臂的支座。接在支座上的过渡摇臂借助两组推拉杆分别连接下倾斜器和下桨叶的变距摇臂。使下桨叶迎角变化，导致由下旋翼气动力对机体所产生的反扭矩变化，此值就是航向操纵力矩。再根据该力矩的大小和符号，决定航向速率和转弯方向，实现航向操纵的目的。

上述的半差动航向操纵方案的总距操纵是通过上下移动自动倾斜器来实现的，即总距操纵除了克服上下旋翼的铰链力矩外，还要克服上下倾斜器、上下倾斜器连杆以及相关的套筒扳手和零件的重量。因此，该半差动操纵系统机构比较适于小型共轴式直升机，因为，对于小型直升机来说，旋翼轴径相对较小。各种操纵线系只能从轴外走，上下旋翼的自动倾斜器以及相关零件的重量也相对较轻，采用该方案相对较易实现。而对于大型共轴式直升机如卡-50武装直升机直升机，其连接上下旋翼的传动系统、桨毂、操纵机构比人还高，要操纵如此巨大的机构上下移动是难以想象的。半差动方案只改变下旋翼总距，由此引起的垂向运动耦合较大。然而，通过总距补偿完全可以解决问题。

2全差动航向操纵方案

共轴式直升机全差动航向操纵方案是指在航向操纵时大小相等方向相反地改变上下旋翼的总距从而使得直升机的合扭矩不平衡，机体产生航向操纵的力矩。由于在操纵时上下旋翼的总距总是一增一减，因此航向操纵与总升力变化的耦合小，即用于由于差动操纵引起的升力变化所需的总距补偿较小。显然，该方案可减轻驾驶员的操纵负担。苏联卡莫夫设计局研制的卡莫夫系列共轴式直升机均采用了此种方案。

该操纵机构分别在上旋翼轴内和下旋翼轴内设有可上下移动的套筒扳手，该套筒随旋翼轴同步转动且可沿旋翼轴做上下相对运动。上下旋翼套筒在上下旋翼桨毂附近，套筒连接上下旋翼变距摇臂，变距摇臂在不同距离处与旋翼变距拉杆和自动倾斜器外环支杆铰接形成杠杆摇臂，通过上下移动套筒实现变距运动。两套筒的内部设有变距装置，该装置与设在主减速器底部的总距手柄和航向手柄相连，总距手柄通过垂直拉动变距装置实现上下旋翼总距的同步增减，达到改变直升机升力的目的。航向手柄通过正反转动变距装置实现上下旋翼总距一增一减的运动，进而实现航向操纵。

由于操纵拉杆装置设在轴内，使得整个外部操纵机构简单、干净，上下自动倾斜器在轴向没有运动。这种结构方案比较适合于大型直升机，因为轴的内径相对较大，为安装操纵装置提供了较大的空间。而对于轻小型直升机，由于尺寸的限制，采用这样的方案会有些困难。

共轴式直升机的传动系统是将发动机的动力通过离合器、减速机传递给上旋翼轴和下旋翼轴，本文主要介绍比较典型的等转速方案。

所谓等转速方案是指上下旋翼通过齿轮换向并通过齿轮保持相同的减速比。

一般来说，共轴式直升机的上旋翼轴和下旋翼轴都是通过内外轴以实现共轴反转。上下旋翼的内外轴又是通过主减速器内的圆锥齿轮实现换向运动的。因此，主减速器既是动力传递减速装置又是上下旋翼的换向装置。

对于轴系，一般至少应有上下旋翼轴和套筒扳手三部分组成。上旋翼通过桨毂与内轴相连，内轴穿过与下旋翼连接的外轴，在与外轴的交汇处通过轴承隔开，在此，轴承一方面将内外轴的运动隔开，一方面使外轴对内轴在该点进行支撑。内轴在下端与下锥齿轮连接并通过轴承由减速机壳体支撑。套筒与减速器壳体固连并在下自动倾斜器处通过轴承对外轴支撑。外轴在下端与上锥齿轮通过平键或花键相连并通过轴承与减速器壳体连接。

由气动分析可知，上旋翼在相同功率下的升力大于下旋翼，尤其是在悬停和低速飞行状态，而上旋翼轴相对下旋翼轴又细又长，因此，存在上旋翼轴危险截面的弯扭组合应力远大于下旋翼轴的严重情况。设计时应予以注意。

直升机的垂直起降、空中悬停、自转下滑的能力是在所有飞行器中效率最高、并无法代替的。但是，由于采用旋翼作为升力和推进系统，使得直升机的前飞速度受到限制。直升机的前飞速度的限制主要不是来自于发动机功率和机体的废阻力。其最主要的原因是所谓的前行桨叶激波和后行桨叶失速。而首先限制直升机前飞速度的是后行桨叶失速。所谓前行桨叶指的是直升机在前飞中，旋翼旋转的一侧是顺航向，其桨尖处相对桨叶前缘的速度是旋翼切向速度与直升机前飞速度的叠加。如该速度超过音速则产生激波，增加需用功率。后行桨叶失速则是指旋翼向后旋转一侧的桨叶前缘处是旋翼切向速度之差，在旋翼转速一定时，前飞速度越大，该差越大，其桨叶前缘处的速度会越小。

近些年为提高直升机的飞行速度和航程，人们在寻找其他的方法，比较典型的是美国的X2复合式直升机和俄罗斯的卡-92复合式直升机。

这两种飞行器的一个最明显的特点都是采用了共轴双旋翼的布局。X2复合式直升机采用了共轴双旋翼加短机翼和螺旋桨的形式。俄罗斯卡-92复合式直升机则是共轴双旋翼加共轴式螺旋桨形式。

这两种飞行器的特点是，采用共轴双旋翼作为垂直飞行时的升力系统，采用推力螺旋桨作为前飞时的推进系统，充分发挥了各自优势，保持了共轴双旋翼的高的悬停效率和自转下滑下滑能力，以及螺旋桨的高效推进能力。

这种复合式直升机在前飞时螺旋桨和机翼所产生的升力为旋翼卸载，减小了旋翼拉力的前飞分量，从而缓解了前行桨叶激波和后行桨叶失速对飞行器的恶劣影响。由于采用了共轴双旋翼，高速前飞所带来的后行桨叶失速问题可由上下旋翼转速相反，其后行桨叶所处位置相对机体对称的特性而解决：一副旋翼产生的侧倾力矩被另一副旋翼的侧倾力矩平衡。因此，共轴双旋翼反转的对称性，与倾转旋翼的左右布置且反转的对称性相比，具有悬停效率高、保持自转下滑能力、不需倾转机构、安全性高的优势。所需研究和解决的问题是在高速前飞中共轴双旋翼的质量特性和气动特性对机体的影响。