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飞机螺旋桨旋转产生拉力能让飞机上天为什么电风扇却只能吹风?

发布时间:2022-09-08 来源:爱游戏app官方登录 作者:爱游戏app网页版


  电风扇可是夏天省不了的电器,仲夏夜,空调加上电风扇,再来一部《决战中途岛》,那绝对是一种享受,美军飞行员驾驶着“无畏”式俯冲轰炸机冒着密集的高射炮火,将炸弹了投向了赤城号航母甲板后方,炸弹穿过甲板在机库中爆炸,赤城号弹药殉爆,不就就沉入波光粼粼的太平洋。

  但问题来了,这电风扇吹出的是丝丝凉风,而二战的战斗机前面也是个大风扇,却能将飞机拉到天上,两者之间的差距怎么会那么大呢?

  早期的飞机都是螺旋桨作为动力的,现代飞机则大都是喷气式动力,所以两者起飞的时候有些许差别,因为螺旋桨飞机发动机在前方,重心也在前方,所以是后三点式起落架,起飞时先抬起尾翼。喷气式发动机重心比较靠后,起飞时先抬起机头,其余的飞行原理就差别不大了!

  说起飞机飞行的原理,即使上网查询告诉你的也是伯努利原理,道理很简单,机翼上方气流速度大于下方,所以上方气压低,下方气压高,所以产生了升力!而且书本上夹张纸条吹口气就知道原理了一目了然,简直好有道理!

  但其实飞机如果真的只靠伯努利原理的话,那估计机翼要增加数倍,因为飞机的升力,我们不排除有一部分来自伯努利原理,但更多的是迎角以及涡流和襟翼,还有附面层下洗气流,90%以上的升力都来自这些区域!

  飞机的迎角非常关键,它是飞行器升力的主要来源,它必须在一定的迎角内飞行,比如起飞时推力最大,尾翼向下偏转,给一个抬头力矩,迎角比较大,然后襟翼放下,增加升力,起飞爬升后,襟翼渐渐收起,等爬到一定高度后飞机改平,其实此时仍然有一定的迎角,这个是机翼设计时就有一定的迎角,巡航时保持飞行器的升力!

  以前的飞机都是液压或者线控式,都是静安定设计,没有所谓的飞控系统,所以人力都必须要随时控制飞机,不能离开驾驶舱,但现代飞机为了节省油料以及获得更好的飞行性能,大都采用静不安定设计,连客机都开始放宽静稳定设计,因为可以带来更高的升阻比,降低油耗等!

  但却有一个缺点,放宽静稳定设计后,所有的操纵面大大小小几十个,用人力来控制显然不人道,所以就会有一套飞控系统来控制,但飞控一旦故障,事情就严重了,去年波音737的事故就是迎角传感器故障,导致飞控认为飞机迎角过大而开始自动调整飞机飞行姿态!

  然后就反复调整飞机进入俯冲,以增加速度,获得升力,但结果此时飞机并没有迎角偏大,结果飞机在飞行员控制下强行拉起,然后飞控又进入俯冲,最后飞机失去高度坠毁!

  其实飞机采用什么动力根本就没啥关系,足够的推重比即可,一般喷气式战斗机至少也得0.6左右,大部分三代机都是0.8到1.0,而现代高性能战斗机则是1.1-1.2!

  客机和早期的螺旋桨飞机,推重比就很低了,只需要0.1-0.2即可,当然两者机翼形状不一样,早起螺旋桨飞机都是矩形翼,或者椭圆翼,升力比较大,但阻力也大,而且不适合高速飞行!现代飞机的梯形翼或者三角翼,或者两者结合,甚至前掠翼等,都是高性能机翼!

  只要有合适的发动机,连板砖都飞起来,英雄不问出处,螺旋桨也能提供动力,它转动把空气向后推,反作用力飞机取得飞行的动力,这个向后推出的空气量产生的拉力和飞机重量相比,就是推重比了,但有几个非常关键的参数就是,螺旋桨形状、桨距和转速。

  桨型很关键,如果装个电风扇那样宽大的螺旋桨上去,尽管它排出的空气量确实不小,但还有一个螺旋桨的面积产生的阻力,绝对得不偿失!

  还有一个则是桨距,这个很好理解,桨距就是螺旋桨偏转的角度,当然角度越大,风量也越大,但它总有个极限,比如变成90度就没戏了,所以它和转速以及桨型之间有一个关系,最大化利用动力当然是极好的!

  最后则是转速,螺旋桨尖很容易在高速下突破音速,所以此时螺旋桨尖就气流就分离了,失去了螺旋桨的作用,因此避免超音速气流分离也是高速空气桨的可以课题,这个其实简单,控制转速不就好了么?但同样存在一个效率问题。

  准确的说电风扇没有上天是因为它的功率太低了,比如直升机全都是螺旋桨产生的升力来来悬停,当然还有部分地效作用,所以直升机悬停分有地效悬停和无地效悬停,相对有地效悬停海拔可以高一些,无地效悬停海拔就比较低了!

  道理很简单,螺旋桨产生的拉力和飞行器重量相等时,即可悬停,有地效悬停就是螺旋桨和地面之间产生类似一个气垫效应托住飞机(当直升机距离地面比较近时,其旋翼下洗气流会受到地面的影响,地面阻碍造成的流场变化使旋翼消耗的诱导功率(用于加速流经旋翼的空气)减小),而无地效悬停就是没有这个气垫效应!所以两者是有比较大差异的!

  当电风扇吹风面朝下时,它也产生了气垫效应和推力,但这个力不足以和它自身的重力抗衡,因此它无法起飞,但此时你如果将其放在弹簧秤上称一下,那么就可以明白,此时它的重量降低了,而减少的重量就是电风扇转动时产生的升力,当然电风扇的质量是不会变的。

  如果你使用一个大功率的无刷高速电机,装上螺旋桨,然后调节转速,它是会飞起来的,但有一个作用你不可忽视,就是反向扭矩导致的扭转,这就是直升机要尾桨来平衡的原因或者用俄罗斯卡-52类似的串列正反转螺旋桨!

  或者用麦道著名的MD600N无尾桨直升机,其实在那粗大的尾梁内,有一个从主旋翼下方导入气流经过一个风扇到尾部的开孔,它的好处时候没有尾桨不会不小心打到障碍物!

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