Re: [問題] 螺旋槳與噴射引擎裝在機翼的方式

作者: ewings (火星人當研究生)   2014-09-11 00:37:40
※ 引述《cgy (北台灣東部丘陵線籌備處)》之銘言:
: ※ 引述《volup (科抖科)》之銘言:
: : 有個問題小弟心中一直不解
: : 就是為何同樣是裝在機翼上的引擎
: : 噴射引擎通常會連在一個像派龍一樣的掛架向前向下延伸,
: : 螺旋槳引擎就會直接像被機翼貫穿一樣,裝在機翼中央呢?
: 螺旋槳的飛機定型的原因不外乎幾個問題
: 螺旋槳獎葉旋轉所需要淨空較高,拉一個派龍架下來,會跟地面太接近,
: 另一、二戰年間的大型運輸機,的發動機是需要有人在旁邊顧者(基本上
: 大型機機翼不是一片的,而是像BOX一樣的東西,是有空間的),發動機
: 調一個派龍架下來,機械人員無法監控發動機的狀況(尤其一、二戰之間
: ,機械式很多設備還沒有成熟,多發動機的狀況無法顯示在前艙上,現場
: 機械人員就近看管(風起了容克斯G.38可見一般)。
: 時代過去了,飛機要求更大的航程,活塞發動機也較穩定,那些空間轉換成為
: 燃油存放空間。
: (P.S. 剛開始機翼是帆布加木頭的多翼機,所以發動機會注意到是放在兩個機翼
: 中間,也可以說是掛起來的,飛機飛得慢又不高,機械人員可以隨時走到機翼上
: 去看發動機狀況)
: 噴射機剛投入於世界中,發動機的位置大概只有一個地方可以放,另外一個就是機翼裡面
: ,因為噴射發動機管路比起活塞來得多,如果塞在機身裡面,便無法武裝,另如轟炸機
: ,英國流星式轟炸機,就是嵌在機翼裡面,倒也沒什麼不好,倒是德國Me262發動機位置是在
: 機翼下面,嚴格來說他是跟主翼共用結構,還不是現在的派龍架下來。
: (噴射機剛出來挾者是速度很快,螺旋槳追不上,但是機動性不好,很少會拿來跟纏鬥
: Me262 出來就是專打盟軍轟炸機)
: 二戰打完了,迎來世界空運發展高峰,歐洲人在航太市場上又拔得頭籌,英國推出
: 彗星式客機,首次使用在民用噴射機,也是將四具發動機都嵌在機翼裡,但是只能說
: 當年噴射發動機技術不是這麼好,金屬碎片常常會危害旁邊的發動機和機翼,而且嵌在
: 機翼發動機不是這麼好維修。1947年美國在玩B-47戰略轟炸機,B-47的噴射發動機
: 位置就是用派龍架裝噴射發動機,彗星式並沒有使用B-47吊掛設計,英國人認為美國B-4
: 7轟炸機,發動機外掛是最醜的外型設計,不過事實證明發動機外掛,是比較好維修,
: 也比較安全。
: 雖然彗星式客機退場並不是因為主要發動機設計位置,但是後來客機就很少採用內嵌
: 是噴射發動機,就算是turbojet,當然現有渦扇發動機更不可能放到機翼裡面。
: 不過英國人很執著於發動機內嵌的設計,後續英國3v (勝利者、火神、勇氣)轟炸機全部
: 採用發動機內嵌機翼方式,發動機內嵌會讓機翼外型空氣阻力較為乾淨,
: 當然turbo fan與turbo jet 產生出來的動力與外型阻力一定有相互評估之後,使用
: turbofan。
大型客機使用掛架式設計的其他次要理由cgy已經講完了,這邊我再講講主要理由吧
最主要的理由在於減少阻力,或者更精確的講是高次音速阻力....
雖然使用掛架設計會大幅增加機體表面積,使摩擦阻力提高,但是掛架式設計有個
最大的優點,能夠使高次音速阻力大幅降低,這個優點就是引擎能裝在機翼的前面
引擎能裝在機翼前面和減少阻力有啥關係?? 這個就要回到二戰時期的德國,
在Albert Betz博士進行大量的實驗,證實前/後略翼在穿音速領域可以大幅減少
阻力提高性能,德國便開始設計各種前/後略翼的新型戰機
在實驗中它們發現要評估新型後略翼在高次音速的阻力非常的困難,只能靠實驗
方式進行設計。而這時容克公司的研究員發現一個簡單的方法,可以粗略的預估
是否會產生過大的阻力,而這個方法現在就稱為"面積法則"
依照流體力學的理論,要計算超音速阻力需要把整架飛機的所有蒙皮上的阻力配
合震波全部積分起來才算得出來,困難度不亞於今天計算隱形戰機。而容克公司
的研究員發現,如果讓飛機的截面積隨著軸線的變化較平緩時,阻力便會較低,
利用這個法則在設計時就可以比較簡單估算阻力,不需要大量計算
這個定理在1952年被美國工程師重新發現,結果便是可樂瓶設計的機身,為了順
應機翼帶來的截面積,反過來減少機翼附近的機身面積來維持截面積變化平緩
而當年的容克飛機公司則是採用另一種思路..........
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/28/Patent_932410_Seite_5.gif
直接用額外的莢艙增加截面積,使截面積變化更加平順
看到這邊我想比較聰明的人已經明白了,現在的客機引擎正是扮演前方莢艙的角色
也因為使用了掛架設計,所以引擎能擺在機翼的前方,使截面積變化能更平緩,也
大幅的減少了高亞音速阻力,如果引擎裝在機翼裡就享受不到這個優點,而且因為
機翼部分的截面積變化更劇烈,帶來大量的阻力
至於有沒有其他設計能到達與掛架設計一樣效果的方法? 俄國的Tu-124將引擎裝在
翼根處,並且將進氣道延伸到機翼前緣之前,利用進氣道增加的截面積來滿足面積
法則,但是這種方法不適合兩顆發動機以上,也就只有俄國採用,其他同樣將引擎
裝在翼根的國家,在面積法則重新發現後,就多半放棄在客機上使用翼根設計
另外機翼後方的大型尾桁也是具有同樣延緩截面積變化的效用
螺旋槳客機Tu-114其實也有相同的考量,將引擎艙大幅的向前後延伸,也是利用引擎
艙來滿足面積法則。 至於其他螺旋槳客機多半飛不到那麼快,所以隨便裝也沒差
作者: kerbi (Begin Again)   2014-09-11 01:23:00
作者: gort (123)   2014-09-11 05:35:00
push!
作者: sigsig (我愛楓葉國..........)   2014-09-11 12:13:00
E大出現了........大推啊!!!!
作者: prussian (prussian)   2014-09-11 12:54:00
必須推
作者: summerleaves (內湖全聯先生)   2014-09-11 13:26:00
Area rule 主要是用在 突破音速上吧
作者: ewings (火星人當研究生)   2014-09-11 13:40:00
只要速度超過0.6馬赫,壓縮效應就開始顯著,震波阻力就開始出現
作者: summerleaves (內湖全聯先生)   2014-09-11 14:08:00
wave drag 起碼要到 transonic 0.8 吧, 0.6 早了點
作者: ewings (火星人當研究生)   2014-09-11 15:14:00
0.8是幾乎都會出現,但是0.6以後就有機會出現,要看飛機的臨界馬赫數是多少。像P-38就是0.69開始
作者: hclee524 (=沒命的彼特貓=)   2014-09-11 15:21:00
請正名後"掠"翼 謝謝 後"略"翼中文看起來感覺怪怪的
作者: Chiardy (精實‧強悍‧七三八)   2014-09-11 22:41:00
在那個噴射機起步的年代,工程師和試飛員都很了不起!
作者: QuentinHu (囧興)   2014-09-11 23:14:00
推 看完cgy這篇馬上想推不是主因 XDDDD現代噴射客機巡航速率大概都0.8~0.85m 不用掛艙不行

Links booklink

Contact Us: admin [ a t ] ucptt.com