大家好,今天小编关注到一个比较有意思的话题,就是关于口动力机械的问题,于是小编就整理了1个相关介绍口动力机械的解答,让我们一起看看吧。
二战时战机头上那么小的螺旋桨怎么能让飞机飞的呢?也没看到飞机后边有喷气式的口?
这个问题涉及到飞机总体气动性能和涡桨/活塞动力两个方面的专业背景知识,老鹰航空为了回到好这个问题,就从下面三个方面来解释一下吧:
1、飞机的升力产生机理;
飞机的升力本质上并不是来自于发动机产生的推力,而是由飞机机翼上下表面的压力差所产生的,这就是伯努利原理在起作用。飞机升力公式就是L=1/2ρV²SCL,L是升力,ρ是空气密度,V是速度(相对于空气的速度),S是机翼面积,CL是机翼升力系数。因此,要想让流经飞机机翼产生的升力超过重力,除了加大飞机机翼面积和提高机翼空气动力学性能之外,提高飞机的速度就是非常关键的。而发动机,无论是喷气式还是活塞式+螺旋桨这样的布局,其本质都是不断推动飞机向前加速,从而产生足够的速度,这样才可以保障飞机机翼产生足够的升力,使飞机离开重力束缚飞向天空。
2、飞机的推力需求量;
在航空工程界一般会使用一个专业参数来核算推力的需求,这就是所谓的“升阻比”,通俗的说就是升力和阻力的比值,对于二战时期大多数飞机而言,一般在8倍左右,以B-29这样的四发轰炸机为例,其最大起飞重量在60吨左右,那么起飞升力应该是在60吨,那么飞行阻力实际上只有7.5吨;再加上由四台发动机来均摊,也就是说每台发动机配合螺旋桨只需要输出1.875吨的推力就可以把60吨满载的B-29轰炸机推向天空了。
3、涡桨/活塞发动机+螺旋桨推力输出量;
二战时期飞机使用的动力装置基本上都是大功率活塞发动机+螺旋桨形式,极少数是早期的喷气式动力装置。但凡是采用螺旋桨形式的动力系统,发动机只是负责输出足够旋转力矩以便于让螺旋桨进行高速旋转,真正产生推力的其实还是螺旋桨。而螺旋桨产生推力的机理,本质上和机翼是一样的。影响螺旋桨产生推力大小的因素主要有:桨叶翼型、几何形状、桨叶扭转角、桨叶数量等。以上面提高的B29轰炸机为例,每个发动机需要输出1.875吨的推力,其螺旋桨采用的是四叶全金属大直径桨叶,平均到一个桨叶上只需要输出470kg的推力即可,这样的输出要求就很小了。这就是空气动力学的魅力所在。
所以,通过上面三个方面的解释就可以看出,相比于升力要求,螺旋桨发动机动力配置模式其实需要承担的推力要求并不是很高。
——问题就回答到这里了——
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(图片来自互联网公开图片,如侵则删。)
历史小挖客说:螺旋桨可能是当时飞机上技术含量最高的一个部件。前面有答主答得很好,稍做一点补充和延伸。
飞机的升阻比
飞机能在天上飞,靠的是机翼产升的升力。螺旋桨产生的推力。推力只是让飞机加速到一定的速度,并不直接产生升力。在一定速度下,机翼会产生足够的升力。一战时期飞机特别是战斗机,要爬升得比对手更快,就要靠更大的机翼面积,大王牌里希特霍芬的座机福克式,为此采用了非常罕见的三层机翼,如下图。
如果飞机是保持高度匀速飞行,这时候飞机的推力等于阻力,升力等于重力,升力和阻力之比就称为升阻比。但升阻比不是个恒定不变的值,因为飞机速度范围很大,同一架飞机,只要是高度不变,这时候可以认为升力就是重力,但速度不同,要克服的阻力却差别巨大,推力自然也差别巨大。通常说一架飞机的升阻比,是指它的最大升阻比。
通俗的说,一架8吨重的飞机升阻比为8,那么它在保持稳定飞行所需要最小推力是1吨。如果要爬升、加速,这个推力就不够了。
题外话,升阻比还可以倒过来说。由于在稳定匀速飞行时,升力往往等于重量,推力常常等于阻力,因此我们把“升阻比”前后颠倒一下,就成了好多军迷津津乐道的“推重比”啦,现在一般100吨的客机,有20吨推力,推重比大约0.2。
以F-15战斗机为代表,推重比超过了1,因此可以实现不依赖机翼的垂直爬升,也被称为“垂直动力爬升”,意思是这时候机翼几乎没啥用,推力够了板砖都能上天!
螺旋桨的特点
突然发现这些东西好枯燥,看到这里的都是飞机的铁粉啊😄后面尽量简单有趣点,既然推力这么重要,讲讲螺旋桨和推力的关系。话说如果螺旋桨产生推力如果超过飞机重量,是否也能不用翼了?当然可以,我们玩航模时俗称为“吊机”,很帅吧?可惜从来没靠这个撩到过妹纸。
说到螺旋桨,推力效率当然是最重要的,就是说给它多大的功率,它能产生多大的推力。这方面首先和螺旋桨叶片数量有关,而且是负相关!也就是说,1片叶片的螺旋桨叶片效率最高!可它转起来不平衡啊,所以实用螺旋桨2叶效率最高。
但功率大了以后,螺旋桨要保持2叶就不容易了,要充分发挥功率,2叶桨会很长或者桨叶很宽,这样会增加阻力,太长还会打到地面,所以只好增加桨叶的数量,2叶、3叶、4叶……虽然牺牲了一些推力效率,但却是真正实用的。
螺旋桨的推力,还跟飞机速度、桨的转速、桨叶螺距、弦长、倾角、相对厚度、来流方向……等等很多参数有关,这里就不一一展开了。飞机速度进一步提高接近音速时,螺旋桨的桨尖会率先突破音速,面临音障、气流分离等一系列问题,因此通常认为螺旋桨不适合高亚音速以上的高速飞机,这也是为什么现代战斗机上再也看不到它的原因。
不过一直有一些爱(蛋)好(疼)者,正在尝试制造超音速的螺旋桨飞机,采用高强度合金或者复合材料,制造大后掠刀状叶片,共轴反转,这样的叶片在超音速时仍能产生很强的推力!如上图。让我们试拭目以待吧😄
螺旋桨能够产生负压力把前面的空气吸走,螺旋桨的原理跟日常生活中的电风扇是类似的,只不过电风扇是对着人吹,而螺旋桨战机是对着机身吹。
关于螺旋桨的推力问题你的认知有误,螺旋桨在现在仍然用于大中型战机,所以你认为的螺旋桨推力小完全是错误的。
螺旋桨的推力第一个决定于螺旋桨转速,第二个决定于螺旋桨跟空气接触面积,但是二者还要相互匹配否则会造成动力下降,长叶螺旋桨或者多叶(五叶或者以上)螺旋桨使用于低速飞机,二叶或者三叶螺旋桨常用于要求速度的飞机。
因为五叶螺旋桨或者长叶(直升机)虽然与空气接触面积大了,但是使用长叶螺旋桨转速就要慢,而使用多叶则是螺旋桨重量增加要增加功耗,所以此类飞机通常飞的慢(同功率同质量)。
你看见以前的战斗机用的小螺旋桨它转速高所以推力也大,再者由于螺旋桨向机翼方向吹有助于提升升力,最后一点就是螺旋桨向后吹起能够给飞机前进的动力。
到此,以上就是小编对于口动力机械的问题就介绍到这了,希望介绍关于口动力机械的1点解答对大家有用。