二戰時戰機頭上那麼小的螺旋槳怎麼能讓飛機飛的呢?也沒看到飛機後邊有噴氣式的口?

娃娃愛天下


歷史小挖客說:螺旋槳可能是當時飛機上技術含量最高的一個部件。前面有答主答得很好,稍做一點補充和延伸。



飛機的升阻比

飛機能在天上飛,靠的是機翼產升的升力。螺旋槳產生的推力。推力只是讓飛機加速到一定的速度,並不直接產生升力。在一定速度下,機翼會產生足夠的升力。一戰時期飛機特別是戰鬥機,要爬升得比對手更快,就要靠更大的機翼面積,大王牌里希特霍芬的座機福克式,為此採用了非常罕見的三層機翼,如下圖。


如果飛機是保持高度勻速飛行,這時候飛機的推力等於阻力,升力等於重力,升力和阻力之比就稱為升阻比。但升阻比不是個恆定不變的值,因為飛機速度範圍很大,同一架飛機,只要是高度不變,這時候可以認為升力就是重力,但速度不同,要克服的阻力卻差別巨大,推力自然也差別巨大。通常說一架飛機的升阻比,是指它的最大升阻比。

通俗的說,一架8噸重的飛機升阻比為8,那麼它在保持穩定飛行所需要最小推力是1噸。如果要爬升、加速,這個推力就不夠了。

題外話,升阻比還可以倒過來說。由於在穩定勻速飛行時,升力往往等於重量,推力常常等於阻力,因此我們把“升阻比”前後顛倒一下,就成了好多軍迷津津樂道的“推重比”啦,現在一般100噸的客機,有20噸推力,推重比大約0.2。



以F-15戰鬥機為代表,推重比超過了1,因此可以實現不依賴機翼的垂直爬升,也被稱為“垂直動力爬升”,意思是這時候機翼幾乎沒啥用,推力夠了板磚都能上天!

螺旋槳的特點

突然發現這些東西好枯燥,看到這裡的都是飛機的鐵粉啊😄後面儘量簡單有趣點,既然推力這麼重要,講講螺旋槳和推力的關係。話說如果螺旋槳產生推力如果超過飛機重量,是否也能不用翼了?當然可以,我們玩航模時俗稱為“吊機”,很帥吧?可惜從來沒靠這個撩到過妹紙。

說到螺旋槳,推力效率當然是最重要的,就是說給它多大的功率,它能產生多大的推力。這方面首先和螺旋槳葉片數量有關,而且是負相關!也就是說,1片葉片的螺旋槳葉片效率最高!可它轉起來不平衡啊,所以實用螺旋槳2葉效率最高。



但功率大了以後,螺旋槳要保持2葉就不容易了,要充分發揮功率,2葉槳會很長或者槳葉很寬,這樣會增加阻力,太長還會打到地面,所以只好增加槳葉的數量,2葉、3葉、4葉……雖然犧牲了一些推力效率,但卻是真正實用的。



螺旋槳的推力,還跟飛機速度、槳的轉速、槳葉螺距、弦長、傾角、相對厚度、來流方向……等等很多參數有關,這裡就不一一展開了。飛機速度進一步提高接近音速時,螺旋槳的槳尖會率先突破音速,面臨音障、氣流分離等一系列問題,因此通常認為螺旋槳不適合高亞音速以上的高速飛機,這也是為什麼現代戰鬥機上再也看不到它的原因。



不過一直有一些愛(蛋)好(疼)者,正在嘗試製造超音速的螺旋槳飛機,採用高強度合金或者複合材料,製造大後掠刀狀葉片,共軸反轉,這樣的葉片在超音速時仍能產生很強的推力!如上圖。讓我們試拭目以待吧😄


歷史小挖客


螺旋槳能夠產生負壓力把前面的空氣吸走,螺旋槳的原理跟日常生活中的電風扇是類似的,只不過電風扇是對著人吹,而螺旋槳戰機是對著機身吹。

關於螺旋槳的推力問題你的認知有誤,螺旋槳在現在仍然用於大中型戰機,所以你認為的螺旋槳推力小完全是錯誤的。

螺旋槳的推力第一個決定於螺旋槳轉速,第二個決定於螺旋槳跟空氣接觸面積,但是二者還要相互匹配否則會造成動力下降,長葉螺旋槳或者多葉(五葉或者以上)螺旋槳使用於低速飛機,二葉或者三葉螺旋槳常用於要求速度的飛機。

因為五葉螺旋槳或者長葉(直升機)雖然與空氣接觸面積大了,但是使用長葉螺旋槳轉速就要慢,而使用多葉則是螺旋槳重量增加要增加功耗,所以此類飛機通常飛的慢(同功率同質量)。

你看見以前的戰鬥機用的小螺旋槳它轉速高所以推力也大,再者由於螺旋槳向機翼方向吹有助於提升升力,最後一點就是螺旋槳向後吹起能夠給飛機前進的動力。


李曉偉


“二戰時戰機頭上那麼小的螺旋槳怎麼能讓飛機飛的呢?也沒看到飛機後邊有噴氣式的口?”簡單來說就是螺旋槳使飛機前進,而飛機飛起來還需要機翼來提供升力。

伯努利定理

在日常生活中,我們都有等地鐵的經歷,當高速駛來的地鐵從身邊經過時,我們總能感受到一股力來將我們推向地鐵,其實這股力和把飛機升到天上的力是一樣的,它們都和伯努利定理有關。伯努利定理表明,在一個流體系統中,氣體或者液體的流速越快,則壓力越小。當地鐵快速從我們面前經過時,我們面前的空氣由於地鐵的帶動,其流速要大於我們身後的空氣,由伯努利定理可知,我們身後的空氣壓力會高於身前,因此身後的空氣會產生一個朝向地鐵的推力,所以為了安全起見,我們等地鐵時一定要站在警戒線之外。

伯努利定理由瑞典數學家丹尼爾·伯努利於1738年提出,伯努利認為不可壓縮的理想流體沿著流管作定常流動時,隨著流體流動速度的增加,其靜壓將逐漸減小動壓逐漸增大,而流體的流動速度減慢時,則靜壓將逐漸增大動壓逐漸減少,在流體流速變化過程中,流體的靜壓和動壓之和保持不變,因此,伯努利定理其實也體現了理想流體定常流動中的能量守恆原理。

飛機升力來源

對於一個在空中飛行的螺旋槳飛機,其主要受到四個方向的力,既向後的空氣阻力、螺旋槳提供的向前的推力/拉力、以及向下的重力和飛機自身產生的向上的升力,我們知道飛機之所以可以飛在天上,就是因為其自身產生的升力抵消了重力 ,那麼飛機的升力是如何產生的呢?

由伯努利定理可知,在流體系統中流體的流速越快則壓力越小,而飛機正是利用了這個原理來為飛行提供升力。我們沿垂直方向將飛機機翼剖開會看到下圖所示的截面圖。

如圖所示,當前方的空氣吹過機翼表面時被切割成上下兩部分,雖然空氣都是從機翼的前端流向後端,但是由於機翼上表面是弧形結構,這就造成空氣從上表面流過時走過的實際路程要長一些,由此可知機翼上表面的空氣流速要大於下表面,由伯努利定理可知,機翼上表面由於空氣流速快會形成低壓區,從而使機翼上下面受到的空氣壓力不同,而飛機機翼的升力正是來自於這種壓力差。

知道了飛機升力的來源,再簡單介紹下飛機螺旋槳拉力的來源,當飛機啟動後,飛機前部的拉力式螺旋槳快速旋轉,從而使飛機產生向前的力,值得注意的是這個力的產生原因也和伯努利定理有關,如果你仔細觀察會發現,飛機的螺旋槳截面圖和飛機機翼是非常相似的,旋轉的螺旋槳其實就相當於在空氣中快速飛行的機翼,因此螺旋槳產生的拉力也是來自於槳葉表面的壓力差;

但是對於可變距螺旋槳來說,螺旋槳旋轉產生的力一方面來自於伯努利定理造成的氣壓差,另一方面則來自於螺旋槳葉片產生扭角後具有了向後“推”空氣的分量,根據力的相互作用原理,螺旋槳葉片也會受到向前的力,因此可變距螺旋槳產生的拉力來自於“壓力差”和“空氣反作用力”兩個方面。



二戰老飛機如何飛起來

通過上文可知,對於二戰時期的螺旋槳飛機來說,當飛機螺旋槳啟動後,由螺旋槳產生的拉力使飛機快速的向前滑行,同理,飛機的機翼也在空氣中快速的前進,由於機翼上表面的弧形結構,造成機翼上表面受到的氣壓小於下表面,從而使飛機獲得升力。隨著飛機滑行的速度越來越快,機翼上下表面的氣壓差也會越來越大,當這種壓力差大於飛機自身的重力時,飛機就會飛起。

因此,聯繫題目可知,二戰時期的飛機,其螺旋槳雖然不直接通過飛機的升力,但是其通過拉動飛機快速前進,使機翼在空氣中快速滑行,從而在飛機機翼表面產生氣壓差,進而產生升力。同樣,對於飛機後面有噴氣口的現代噴氣式飛機來說,這種“噴氣口”所起到的作用和“推力式螺旋槳”相同,都是對飛機產生向前的推力,但是飛機飛起來的升力還是主要作用在飛機的機翼上。

當然,僅通過螺旋槳也是可以使飛機起飛的,比如我們常見的直升飛機,直升飛機螺旋槳產生升力的原因其實和固定翼式飛機螺旋槳產生拉力的原因相同,參考中間部分內容以及下圖。

總結

綜上所述,在理解“二戰時戰機頭上那麼小的螺旋槳怎麼能讓飛機飛的呢?也沒看到飛機後邊有噴氣式的口?”這個問題時,我們需要了解飛機升力的來源,通過分析飛機機翼結構與理解伯努利定理可知,飛機的升力來自於機翼上下面的壓力差,因此螺旋槳式飛機是依靠飛機螺旋槳拉動飛機前進,從而使飛機機翼表面產生壓力差,進而使飛機獲得向上的升力,隨著飛機速度逐漸增加,當升力大於飛機自身的重力時飛機就飛起來了。

感謝瀏覽,我是漫步的小豆子,謝謝。


漫步的小豆子


你說螺旋槳小,真不知道你是怎麼看的,多大的才叫大呢?



仔細看看螺旋槳,一片槳葉比人都長。

再看看人體的心臟,只有拳頭大小。全身的血液流動都靠它驅動。如果心臟有人的腦袋那麼大才夠用嗎?

機械部件的大小,首先要考慮強度,不能一運轉就壞了。強度基本上就是與壽命同步。二要考慮效率。螺旋槳是越小越好,重量越輕,效率越高。三就是製造方便。越方便越便宜。二戰時期德國的虎式坦克什麼都好,就是製造麻煩。費時費力。雖然作戰效果好,但是數量太少,不能改變戰局。

飛機螺旋槳作為有動力飛機的推進部件,本身並不小,比人大很多。也許相當於飛機小,但那是效率高的體現。


一葉楓流


這個問題涉及到飛機總體氣動性能和渦槳/活塞動力兩個方面的專業背景知識,老鷹航空為了回到好這個問題,就從下面三個方面來解釋一下吧:

1、飛機的升力產生機理;

飛機的升力本質上並不是來自於發動機產生的推力,而是由飛機機翼上下表面的壓力差所產生的,這就是伯努利原理在起作用。飛機升力公式就是L=1/2ρV²SCL,L是升力,ρ是空氣密度,V是速度(相對於空氣的速度),S是機翼面積,CL是機翼升力係數。因此,要想讓流經飛機機翼產生的升力超過重力,除了加大飛機機翼面積和提高機翼空氣動力學性能之外,提高飛機的速度就是非常關鍵的。而發動機,無論是噴氣式還是活塞式+螺旋槳這樣的佈局,其本質都是不斷推動飛機向前加速,從而產生足夠的速度,這樣才可以保障飛機機翼產生足夠的升力,使飛機離開重力束縛飛向天空。

2、飛機的推力需求量;

在航空工程界一般會使用一個專業參數來核算推力的需求,這就是所謂的“升阻比”,通俗的說就是升力和阻力的比值,對於二戰時期大多數飛機而言,一般在8倍左右,以B-29這樣的四發轟炸機為例,其最大起飛重量在60噸左右,那麼起飛昇力應該是在60噸,那麼飛行阻力實際上只有7.5噸;再加上由四臺發動機來均攤,也就是說每臺發動機配合螺旋槳只需要輸出1.875噸的推力就可以把60噸滿載的B-29轟炸機推向天空了。

3、渦槳/活塞發動機+螺旋槳推力輸出量;

二戰時期飛機使用的動力裝置基本上都是大功率活塞發動機+螺旋槳形式,極少數是早期的噴氣式動力裝置。但凡是採用螺旋槳形式的動力系統,發動機只是負責輸出足夠旋轉力矩以便於讓螺旋槳進行高速旋轉,真正產生推力的其實還是螺旋槳。而螺旋槳產生推力的機理,本質上和機翼是一樣的。影響螺旋槳產生推力大小的因素主要有:槳葉翼型、幾何形狀、槳葉扭轉角、槳葉數量等。以上面提高的B29轟炸機為例,每個發動機需要輸出1.875噸的推力,其螺旋槳採用的是四葉全金屬大直徑槳葉,平均到一個槳葉上只需要輸出470kg的推力即可,這樣的輸出要求就很小了。

所以,通過上面三個方面的解釋就可以看出,相比於升力要求,螺旋槳發動機動力配置模式其實需要承擔的推力要求並不是很高。


——問題就回答到這裡了——

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(圖片來自互聯網公開圖片,如侵則刪。)


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