《飞机设计》
大多数飞机由五个主要部分组成:机翼、机身、尾翼、起落架和动力装置。
飞机在那里有两个问题要解决:一是提升;另一种是向前运动,依靠发动机的动力产生的向前牵引力带动螺旋桨旋转或喷气机产生的向前推力。上升是基于伯努利原理,即流体(包括空气和水)的流量越大,其压力越低;流速越低,其压力越大。此外,升力和攻角也有很大关系。
空气流动通过压差产生升力
↓↓滚转由副翼控制↓↓
↓↓俯仰运动由升降舵控制↓↓
↓↓偏航运动由升降舵控制方向舵↓↓
平衡分析(单旋翼型)
看动画视频第一:
(1) 直升机大螺旋桨的旋转产生升力来平衡重力。
直升机的桨叶长约2-3米,一般由5片桨叶组成。普通飞机依靠机翼产生升力起飞,而直升机依靠螺旋桨旋转和移动空气产生升力。直升机起飞时,螺旋桨转得越来越快,产生的升力也越来越大。当升力大于飞机的重量时,飞机起飞。飞行员在飞行中调整高度时,只需要改变大螺旋桨的转速即可。
(2) 直升机的横向稳定性。
因为如果直升机只有大螺旋桨,机身也会按照动量守恒旋转,所以直升机必须有防止机身旋转的装置。飞机尾部侧面的小螺旋桨就起到了这个作用,飞机的左转、右转或保持稳定航向都是由它来完成的。同时,为了防止尾旋翼碰到旋翼,直升机的机身必须加长。因此,直升机有着像蜻蜓一样的长尾巴。
航空发动机:为飞机提供前进动力
▲示意图星型发动机,在其他更先进的航空发动机出现之前,大型飞机发动机经常采用星型设计。
▲星型发动机是活塞发动机的一种。早在1903年,
▲涡轮喷气发动机简称涡轮喷气发动机,其历史沿革也很长。 1937年,世界第一台涡轮喷气发动机开始运转
▲从大的角度来看,有5个涡轮喷气发动机结构组成
空气从进气道进入发动机后,首先被高速压气机压缩,产生高压致密空气,提供大量氧气。驱动前面的压气机,气流从喷嘴喷出,产生推力。
▲涡扇发动机简称涡扇发动机
很容易发现涡扇发动机发动机和涡轮喷气发动机的区别。涡轮喷气发动机只有一条气道,专业意义上称为“风道”,而涡扇发动机则有两条气道。换句话说,涡轮喷气发动机是单涵道发动机,而涡扇发动机是双涵道发动机。
▲发动机运转时,外风道与内风道之间的空气流量之比称为旁通比
规则是旁通比越大,越省油,越经济。高涵道比发动机在亚音速下具有非常好的能效,因此被广泛应用于客机和运输机。
▲高涵道比发动机的主要推力不是来自向后喷射的高温气体,而是来自外管道高速向后喷射的空气
现代战斗机也大多使用涡扇发动机,但为了追求高空超音速性能,使用了低涵道比的发动机。
▲美国F22猛禽战斗机使用的涡扇发动机涵道比低,只有0.3:1
▲涡轮螺旋桨喷气发动机,简称涡轮螺旋桨发动机
涡轮螺旋桨发动机的本质类似于涡轮喷气发动机连接减速器并驱动外部螺旋桨。
▲中国自行设计研制的蛟龙600水陆两栖飞机采用国产WJ-6涡桨发动机
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目前,蛟龙600是世界上最大的两栖飞机,7月下线23, 2016。
涡轮螺旋桨发动机通常用于小型或低速亚音速飞机。但也有例外。俄罗斯涂95战略轰炸机蛟龙600所使用的NK-12MV涡轮螺旋桨发动机,使其能够达到每小时925公里的高速,接近音速。
▲俄罗斯涂95战略轰炸机
▲每台NK-12MV涡桨发动机有8片桨叶,前后桨叶采用同轴反向模式
▲同轴反转示意图
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