弁言
航空史上曾有位名人說過：“所有的一切都不足道，讓一架飛機飛起來才是最重要的事。”此言雖有其道理，但是對於直升機而言，光飛起來還不夠，它還必須要“飛得穩”。
眾所周知，上世紀初，萊特兄弟的固定翼飛機就已經試飛成功，轟動天下。此後研製完成並進行試飛的直升機數量可觀，但鮮有成功，究其原因，就是直升機的操縱複雜度遠高於固定翼飛機，那些試飛的直升機大多數離地數秒就失去控制，毀於一旦。直到30年代末，40年代初，西科斯基才打造出世界上第一型實用直升機VS-300，亦即西科斯基S-46，隨後在該機的基礎上，西科斯基打造了S-47，也就是美軍定型R-4的世界第一型軍用直升機。
圖——西科斯基和他的成名直升機VS-300
從現代化的眼光來看，西科斯基的R-4直升機總體佈局實在有點“平平無奇”，畢竟如今絕大部分直升機都是此類單旋翼帶尾槳的佈局方案。但是如果考慮到當時的直升機大都都是多旋翼佈局（共軸、橫列式、交叉式、縱列式等等），西科斯基能在這種大環境下發明實用性優異的單旋翼帶尾槳佈局就是了不起的成就了，這也是他被稱為世界直升機之父的一大原因。
當時的多旋翼直升機旋翼直徑一般都比較小，R-4的旋翼相對來說就比較大了——其直徑足有38英尺（約11.6米；1英尺≈0.3048米）——且是由三片帶有“尖削”外形的槳葉構成的。所謂尖削，就是指，槳葉的弦長（寬度）從槳根到槳尖逐漸減小。該機的尾槳也是由三片尖削槳葉組成，直徑大約有8英尺。
R-4的主旋翼和控制系統中涉及了39項出現在自轉旋翼機上的發明專利，為此，西科斯基最終為其每一臺生產型R-4直升機向美國自轉旋翼飛行器公司（Autogiro company of America；原本叫做皮特凱恩·謝爾瓦公司）支付了專利使用費。
圖——R-4直升機總體佈局三視圖
本文將介紹世界第一型實用型軍用直升機S-47/R-4/HNS-1的佈局特點和部件設計，察古以鑑今，期有可資未來者，與諸君共賞。
發動機
R-4直升機的發動機是一臺200馬力的華納超級聖甲蟲R550-3 氣冷七缸星型發動機。該發動機與傳動軸平行安裝，但是其出軸方向是指向直升機尾部的，發動機軸通過一根短的傳動杆連接到主減速器，主減速器通過傳動軸分別為主旋翼系統和尾槳系統提供動力。
冷卻風扇和空轉輪
該發動機配備了冷卻風扇和空轉輪，它們為發動機提供了冷空氣和手動離合功能。所謂的手動離合器實則是安裝在座艙座位中央的一根操縱桿，這根杆能夠推拉到三個位置，分別對應：齧合離合器、鬆開離合器和旋翼制動。冷卻風扇的輸出側安裝了一副空轉輪，藉此，在發動機失效的情況下，駕駛員通過操縱手動離合器就能使得主旋翼系統和發動機斷開，使其進入自轉狀態。
圖——XR-4C R-550-3 發動機安裝圖
起落架
R-4直升機的起落架是常規的尾輪式起落架，研製團隊在機頭下方安裝了滑橇，以防止降落的時候直升機機頭撞地的可能性。不過該起落滑橇一般也只在訓練任務的時候安裝，如果執行的是其他任務，維護人員都會將其拆卸來減輕全機空重。當該機被用於訓練任務的時候，其尾輪還會被向後移動，以保證尾槳的安全性。
圖——從目前陳列在博物館中的R-4可以明顯觀察到其機頭下方的滑橇
座艙
該機的橫列式雙座座艙位於機頭處，緊挨著發動機前方，座艙左右兩側都開了門，由此，飛行員和實習生能夠一左一右坐進駕駛艙。值得一提的是，按照飛機的普遍標準，主駕駛員坐左側，而副駕駛員坐右側，但是在R-4直升機中，飛行員坐右側，實習生坐左側。不過在進行飛行訓練指導的時候，直升機教員一般還是會坐在左側，讓學員坐在右側，這樣學員就能夠用右手來操縱週期變距杆（也就是駕駛杆）。
圖——S-47（YR-4）型直升機座艙的剖面草圖
座艙佈置了大量的有機玻璃，其包括：擋風玻璃、兩側門上的可以搖下的玻璃窗、頭頂上的玻璃窗以及儀表盤下方的玻璃窗。座艙的地板是由一種名為”“Haskelite”的材質製成的（它是通過將樺木板材浸漬酚醛樹脂，並在高壓和高熱下製成的輕質結構材料）。
機身
R-4的機身實則是由兩部分構成的，兩者的聯接位置在發動機艙的後部，通過螺栓固連。後部機身全由柱形鋼管構成，前部機身除了柱形鋼管之外，還由方形截面鋼管和木製桁條構成。後部機身框架上包裹了塗油蒙布來減小飛行阻力，研製團隊在油布多處設計了合金拉鍊，通過拉開拉鍊就能進行各部件的檢視和維護工作。前部機身結構表面（也就是包含了發動機和座艙的部分）則覆蓋了可移動的板材蒙皮，這些板材的材質為硬膜（硬質鋁合金）或鎂合金薄片。整體機身框架則幾乎全部由4130鉻鉬鋼薄壁管制成。
圖——美國海岸警衛隊的HNS-1直升機側視圖，其機身連接部位還是能觀察出來的
旋翼槳轂
對於任何航空器而言，重量始終是一個至關重要的因素，對直升機而言亦是如此，所以在當時的設計中，所有能用上輕質航空鋁材和鎂合金材料的地方都用上了這些材料。主旋翼槳轂是由鋼材製成的，但是自動傾斜器控制總成是通過鎂合金輪轂和鋁合金板材鉚接而成的。
圖——S-47（R-4B）直升機主旋翼頭正等軸測投影圖
飛行控制（操縱系統）
此處的飛行控制（操縱系統）是針對S-47(R-4B)這一型號的直升機來講的，在R-4系列中，該機的操縱系統已經比較成熟，可以說是形成了現代直升機的操縱系統的雛形。
總的來說，該機的操縱系統由兩套週期變距杆（控制飛行方向）、一套總距杆（控制垂直升降）和兩套腳蹬組成。其中週期變距杆和腳蹬正副駕駛各一套，總距杆位於座艙中央，兩位飛行員共用一套。其中總距杆的頂部有一個嵌入式調節手柄，它實際上是一種“發動機轉速控制器”，隨著總距杆的推拉，它能夠同步調節發動機的轉速——提總距、增轉速，放總距、降轉速。
圖——典型直升機操縱系統示意圖
橫向操縱：橫向操縱也就是滾轉操縱，是通過週期變距杆的側向移動實現的。週期變距杆的側向移動會增大或者降低連接到自動傾斜器穩定環上的一個操縱桿，以此來實現旋轉環的傾斜，從而使得槳盤平面傾斜。
縱向操縱：縱向操縱也就是前後操縱，是通過週期變距杆的前後推拉來實現的。前後推拉總距杆會提升或降低連接到自動傾斜器穩定環上的另一個操縱桿，以此來使得旋轉環產生傾角。通過橫向操縱和縱向操縱的組合，可以讓R-4直升機實現朝向任意角度的飛行。
垂向操縱：通過推拉總距杆，可以實現R-4直升機三片旋翼槳葉槳距的同時增大或者減小，以此來實現直升機的垂直向上/向下運動。槳葉槳距的同時增大/減小是通過槳轂部分的滑動部件來實現的。
主減速器
R-4直升機的主減速器的殼體是由鑄造鎂合金製造的，其中所有的齒輪和軸都是合金鋼打造。發動機傳動軸驅動一臺17齒的螺旋星型齒輪，該齒輪與一臺52齒的螺旋齒輪齧合。52齒齒輪與一臺18齒的螺旋錐齒輪安裝在一根共用軸上，兩者通過螺栓固連。18齒行星齒輪與一臺55齒螺旋錐齒輪齧合，該齒輪連接到主旋翼驅動軸的底部。總的來說，從發動機到主旋翼軸，其傳動比為1：0.107（也就是說2000 RPM的發動機轉速對應215 RPM的主旋翼轉速）。主減速器也通過尾槳傳動軸為尾槳提供動力。
圖——R-4直升機的主減速器系統
主旋翼槳葉
主旋翼槳葉平面形狀為尖削狀，也就是說從槳根到槳尖寬度逐漸減小，其翼梁為管狀鉻鉬鋼。翼樑上焊接了不鏽鋼圈，雲杉膠合板肋條則用螺栓固定。槳葉的前緣部分由雲杉、巴沙杉木和桃花心木組成，後緣部分是通過軟性纜索經由黃銅夾片連接到肋條上形成。槳尖和槳根部分的整流罩都是由巴沙杉木製成。槳葉表面則覆蓋了縫到肋條上的織物蒙皮。槳葉前緣1/3的部位被黃銅薄板覆蓋，這些薄板通過焊接貼合到槳葉弧形表面，並通過埋頭黃銅螺釘固定。槳葉所採用的翼型為NACA 0012翼型。
圖——VS-300直升機最終版槳葉細節圖，基本與R-4的槳葉一致
早期的R-4一度面臨嚴重的振動問題，導致該機無法正常交付，為了解決這一問題，工程師在三片槳葉的變距鉸上分別加裝了測力單元。這些測力單元能夠記錄槳轂力隨轉速和槳距的變化。由此通過調節連接後緣軟性纜索和肋條之間的黃銅夾片，就能降低旋翼的整體振動水平，其原理和如今的槳葉調節片類似。不過這種方法調整出來的槳葉必須三片成套配備，所以一副旋翼的各片槳葉之間是不通用的，通用性的槳葉直到全金屬槳葉出現後才誕生。
圖——現代直升機阿帕奇的槳葉截面圖
槳距儀（Pitch Gage）
R-4直升機裝備了一臺“槳距儀”，飛行員能夠從槳距儀上直觀地讀取主旋翼的槳距角。這臺槳距儀安裝在儀表盤上方，恰好位於座艙中部，它實際上是一根金屬管，管上有刻度，並且有一道朝向後方的槽。一個發光的“標誌”從槽中伸出，它的下方連著彈簧活塞組件，通過彈簧活塞組件，它能夠在金屬管中上下移動。活塞通過拉線直接連接到總距杆的底部，因此總距杆的操縱變化就能引起槳距儀上標誌的移動，從而能夠讀取總距的實時數值。槳距儀的量程為2.5°到14°。一般來說，R-4直升機起飛總距為10°，自轉下滑的總距為2.5°。
圖——R-4直升機的“槳距儀”
尾槳槳葉
R-4直升機的尾槳槳葉是全木質的。槳葉的翼梁由雲杉木製成，翼型填充由楓木和桃花心木交替層壓而成。整個尾槳槳葉都由蒙皮包裹，槳葉的前緣也固定了一層很薄的黃銅板材以此來保護槳葉。
西科斯基總計生產了131架S-47（R-4）直升機。所有的R-4直升機都是在與美國陸軍航空部簽署的合同下生產製造的，並被授予了美國陸軍編號。其中有一些最後轉到美國海軍和海岸警衛隊使用，這些型號被稱為HNS-1，並被授予了美國海軍的編號。還有一些R-4型直升機被出口到英國，在英國皇家空軍和海軍中服役，這些直升機被英國軍方取名為“Hoverfly”（食蚜蠅）。
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