寶鑑明心
航空航天專業的同學來回答這一題!
我先告訴你答案:大飛機不是把小飛機放大就行了的,這麼做出來的飛機不是飛不起來,就是飛不了幾次就壞掉了。
形狀相同但大小不同的機械在性能上差異及其巨大。
我舉個最簡單的例子。比如說下面這幅圖裡面的東西叫做“蓋玻片”,簡單說就是一小塊玻璃片,相信在初高中用過顯微鏡的朋友應該都見過。
如果我們把這塊小玻璃片立起來,輕輕推倒,那麼這塊小玻璃片極大概率是毫髮無損。但是如果我們把這一小塊玻璃片放大幾十倍,那就是一塊窗戶玻璃了,請問一塊窗戶玻璃立起來再推倒之後,這塊玻璃會怎麼樣呢?相信有生活經驗的朋友都知道,窗戶玻璃早就碎了。
之所以會這樣,是因為一個物體容不容易壞往往跟“截面”這個概念有關,比如說我們看一根繩子容易不容易拉斷,主要看繩子的截面積,截面積越大,繩子就越不容易被拉斷,而不是看整個繩子有多重(如下圖所示)。所以物體的力學性質是一個隨著物體尺寸變化而呈二次方關係上漲的量。
而物體的很多物理性質,比如說重量,則是跟“體積”這個概念有關——體積我們都知道,這是描述物體三維性質的,所以是一個會隨著物體尺寸變化而呈三次方關係上漲的量。
所以道理就很簡單了:重量上去了,抗損傷的能力也上去了,但是抗損傷的能力沒有跟得上重量上漲的速度,所以相同形狀的物體越大越容易壞。
飛機等比例放大會面對嚴重的力學問題。
我們簡單看下面兩張圖,一張是世界上最大的直升機米-26,一張是我們中國的小型直升機武直-10,大家看出來什麼不同沒有?同樣是旋翼,但是米-26的旋翼整個都“耷拉”著,好像沒精打采的樣子,而武直-10的旋翼則很平直。
這可不是因為米-26偷工減料了,而是因為這架直升機實在是太大了,僅僅是旋翼自身的重量就足以讓自己“壓彎了腰”。所以可想而知,真的飛起來的時候兩種不同大小的直升機面臨的力學問題會相差多大。
同樣的,如果你只是把一架小飛機放大十倍,那麼這麼造出來的一架大飛機僅僅是自身重量就足夠把飛機本身壓垮,更加不用說上天了。
以上的這個現象,我們一般稱之為“尺寸效應”,雖然形狀完全一樣,但是因為尺寸不同所以最終的性能完全不一樣。
舉一反三,在流體力學、燃燒學上面同樣有大量的“尺寸效應”。
同樣形狀但是尺寸不同的機翼,用同樣的速度飛行,產生的升力是完全不一樣的,甚至於會有質的區別;同樣形狀的燃燒室,但是尺寸大小不同,內部的燃燒現象也是兩碼事。
所以綜合起來看,僅僅靠放大尺寸就想把“小飛機”變成“大飛機”根本就是不可能的,你造出來的東西可能根本就飛不上天,或者沒飛幾下就散架了。
不知道這樣我說明白沒有?歡迎大家點贊、評論、關注走一波呀!
航小北的日常科普
這個問題力學老師曾經講過,先說結論,後科普原理。
如果將普通飛機做大10倍,包括髮動機等所有的細節零件同比例放大10倍,這樣製造出來的飛機很可能飛不起來,即使僥倖飛起來,在性能上也根本無法滿足實戰需要。
試想,如果等比例放大的方案可行,那麼任意一家玩具飛機廠多用點材料就可以生產運9、運20等大型運輸機了,即世界上能夠製造玩具飛機的國家就可以生產大飛機,答案顯然不是這樣的。
實際上目前能夠製造200噸以上的大型軍用運輸機的僅有美國、俄羅斯、烏克蘭和我國四個國家,這也是我國無數科研工作者努力奮戰的結果。
飛機無法等比例放大與以下的幾個方面有關:
1、根據空氣動力學原理,空氣有粘性,飛機表面不光滑,飛機就一定會受到阻力。飛機的阻力可以分為摩擦阻力、壓差阻力和誘導阻力等,阻力f=1/2XSC^2,其中C為阻力系數,和飛機的迎角、飛機形狀以及表面的光滑程度有關,C是飛機的速度,S為面積。
從以上公式就可以看出問題,阻力是與面積成正比的,也就是尺寸的二次方,而動力輸出並不是和尺寸的二次方成正比,重力和體積成正比,也就是尺度的三次方,所以力學參數變化並不是成正比的。
中期結論:等比例放大後的飛機受力很難達到平衡,無法飛行。
2、材料強度並不是和尺度成正比。
材料的尺度增加為10倍,並不代表材料的強度增加為10倍,飛機的強度,操控性,穩定性等方面必然不滿足要求。而且有些部位並不需要等比例的增加,比如機身外殼有5mm的鋁殼就可以滿足要求,換成5cm的鋁殼就沒有必要。
這樣的飛機很難起飛,我想沒有試飛員會願意飛這樣的飛機。
中期結論:飛機機械強度等不滿足要求
3、飛機發動機動力輸出不滿足要求
飛機各個部件成比例放大十倍後,重量也會變為原來的十倍,但是發動機動力輸出並不會因為發動機尺寸變大十倍,就增加十倍。燃燒室能否承受住更高的溫度,動力輸出軸和渦輪的強度能否滿足要求等都是問題。
最終結論:飛機放大十倍後不僅動力學上不能達到平衡,機械強度以及發動機性能等方面也無法達到要求。
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核先生科普
把普通飛機做大10倍,包括做大發動機,問是否可是大飛機了?
我的回答是:可以,當然可以。這個三歲小孩都知道的問題,還用問?
如你做成功,那祝賀你,我們人都應變成10倍的巨人了,飛機場要做大10倍,機場,飛機跑道也要擴大10倍,你家中的住房,傢俱,日用品不做大10行嗎?
那時候,地球也應做大10倍。人們可忙了,百廢俱興,什麼都要從頭開始,不造房子行嗎?小偷可以有五,六層樓高,剛生出來的嬰兒,你的房間還不夠他伸懶腰……世界真是變了!
哈哈,頭條真好玩,時不時有小學生提問題,又冷不防,有幼兒園的小朋友答題,真是返老還童了!
老馬190968311
為什麼鴕鳥飛不起來?因為太大了。
尺寸放大10倍,體積就會放大1000倍,重量相應放大1000倍。但是支撐其重量的是水平橫截面積,只能放大100倍。
就是說原來一條腿支撐10公斤的重量,現在腿粗了100倍,可以支撐10×100公斤的重量,但是實際上要支撐10×1000公斤的重量!
同樣的是翅膀(機翼),增加100倍截面積,單位面積支撐的重量增加10倍。
在建造材料不變的前提下,這是不可能的。
因此,用木材造飛機,不如金屬鋁合金造的飛機大。
一葉楓流O靈似舞妖
將小飛機同比放大,可成大飛機✈️?
不行✋!
我想從另外一角度做出解釋。
自然界中,小螞蟻🐜可以承擔起自重100倍以上的物體,如果將螞蟻🐜放大至與人體同級別重量100Kg,那麼其負重能力可達100Kgx100倍=10000Kg?合10T?顯然不行。
而人類或大型動物,實際上平均只能承擔起自重3倍的重量,即100Kg自重可承擔300Kg重量。 可見,隨著自重升高,其單位負重能力會成反比下降。因此,如果將小螞蟻放大至和人一樣高大的巨蟻,其單位自重的負重能力會大幅下降,充其量只能承擔300~400kg重量。
據此,單純同比放大飛機,其單位重量的負重能力會急劇下降,甚至,連空載也飛不起來。
新疆王志勇
結論是很顯然的,大飛機不僅僅是整體結構的放大,而是整體結構的重新設計(為了滿足結構剛度強度要求)也就是說,整體結構放大後,結構的強度剛度也會不一樣。我給大家簡單演算一下吧,希望大家能從數據分析的角度,而不是直觀的想像來下結論。
1、以機翼的梁為例——受力分析
機翼的主要承重結構就是機翼的主樑,氣動力通過蒙皮最終傳遞到主樑上,這跟主樑與機身連接。下圖中部就是機翼的主樑。
簡單起見,我們把梁簡化為如下模型。與機翼連接處設為固定約束,氣動力與重力都作用在質心處,梁本身也簡化為矩形橫截面。如下圖。
2、放大後的應力對比——重力的影響太大
簡化後的矩形梁,危險點位於連接處的上下兩個點(應力最大),其應力如下圖。其中,l為梁長度,h為梁的高度,Iz為矩形截面的慣性矩,等於b*h^3/12。
當結構整體放大後,假設放大一倍。長度l,高度h都變為2l和2h。那麼Iz變為16Iz。機翼的長寬都變大一倍後,面積變為4倍,氣動力也相應變為4F。忽略重力的情況下,代入上式後,結構的最大應力完全沒有發生變化。考慮重力後,矩形梁的重力也是原來的8倍。初始狀態下,升力和重力整體上是平衡的。但是,放大一倍後,升力提升4倍,重力卻提升了8倍。這樣的飛機是無論如何都飛不起來的。
3、結構受力的特徵
如上所述,結構整體放大一倍後,重力變成原來的8倍,這顯然是不允許的。因此,需要降低結構的自重。還是以機翼為例,整體結構的放大,不包括蒙皮結構的厚度。翼肋的厚度、以及主樑的腹板厚度,這些結構不需要加厚一倍。因此,實際上相當於結構的重新設計,儘管基本構型沒有發生變化。
實際上,除了主樑結構變化較大外,其他結構的尺寸變化並不大,而這就必然造成放大版結構與初始版結構的不一致。因此,結構內部的應力分佈就會完全不同,需要重新設計。
4、尺寸效應
尺寸效應,指的是結構強度隨尺寸的變化而發生變化的情況。某種意義上來講,尺寸效應是材料自身的一種屬性。特別是,當尺度跨多過大,比如納尺度與宏觀尺度,這兩種尺度下,材料強度就表現得非常巨大了。
上圖是混凝土的尺度效應,這種材料的尺度效應已經非常明顯了,在宏觀的尺度下就可以發現。不過對於金屬材料,尺度效應就弱了許多。通常情況下,結構設計不會考慮尺寸效應的影響,因為在同一種尺度下,尺寸的變化對強度影響甚微,如下圖。
從飛機的角度來講,放大後,並沒有跨尺度,所以在這裡尺寸效應可以完全忽略。
5、總結
我以機翼為例,初略對比了一下放大前後的應力,發現放大後的重力提升遠大於升力,飛機根本無法正常起飛。此外,為了減輕放大後的結構自重,某些結構必須重新設計,一些尺寸可以保持不變,這樣的話結構就與初始結構完全不同,應力分佈也就不一樣了。必須要重新設計、校核。
力學Nerd王小胖
兩大飛機制造公司都曾考慮將客機造大一點,但各國反對因現有機場不可能或不願升級,還有乘客疏散問題不能解決,能乘八百人的飛機在現有配套設施下已經是極限,再大點就需升級設施,沒有機場管理機構配合飛機制造公司不可能下注,研製大型飛機需千億美元經費,把普通飛機做大十倍是方天夜談……
TomTam
當然不行,材料力學不允許。這就和某些白痴舔狗說老外那點小把戲放大一下就能取代我國大型龍門吊一樣!放大到一定程度自重就壓垮了!螞蟻很牛批,多高扔下去摔不死,還能舉重,可你試試把它放大到人的大小,乍一看挺害怕,過一會你就發現這玩意早就死了,相同的結構支撐不住變大的身體,它根本都來不及看這個世界。相同的你把航模或者小飛機直接等比例放大,本來挺好的力學結構就越來越彆扭,本來挺準的噴點,渦流等都會變差,變亂,根本不能使用
環狀星雲
別的部件咱們不看了,就看機翼。
整個機翼重心大概在靠近機身三分之一處,那麼想機翼不掉下來就需要連接處總強度承受重量加三分之一長度的力矩。
等比增大之後,重量變為十倍,力矩增加十倍,強度也增加十倍,但是要求的是前兩項相乘小於等於強度,相乘之後增加的是一百倍,所以強度只增加十倍是不夠的。
理解了上面這個就可以想想發動機的螺旋槳了,本來的長度、圓周運動所需的向心力可以由抗撕裂強度為1的材料滿足,現在長度增加的同時末端線速度也在增加,用原來的材料螺旋槳直接會被撕碎……
後面的不用多說了吧,而且這個不是增加厚度就能提升的,想提升只能找到強度更高的材料。
用戶59633035208
飛機不是說簡單的尺寸擴大就行,簡單來說村口的小河用木橋就可以搭建,那是不是說把木橋尺寸做大點就可以做成長江大橋?同樣跨海大橋也不是僅僅比跨江大橋長一點。而是技術,材料,設計等全方面的提升。飛機更是一樣,不是說簡單的做大尺寸就行。