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YST對航空基本面的誤解與他的面子之四
2007/01/21 12:14:10瀏覽1731|回應6|推薦3

把過去看過的一些東西翻了一下,將陳舊的記憶稍微更新補充的同時也讀到一點歷史上的例子,就順道提一下。

我在前面提到過,螺旋槳和機翼的翼剖面與氣流間的交互作用很相近,可能有人覺得這是不是我自己發明的?

其實不是,這個認知很早就有了。多早呢?首先提出的是萊特兄弟,他們在經過測試與計算之後,得到的結論是要提升螺旋槳的效率,是不能自當初他們假設,以船隻的螺旋槳經過修改而得,而是需要如同設計機翼一般的來考慮。

底下看某人的誤解,原文在這裡

一千匹馬力的發動機就可以造成螺旋槳損壞的例子也是誤導的。這是在實驗室裏故意製造出來的。即使是如此,也不能就認定螺旋槳沒有前途。事實是,P-51H有 2,218匹馬力的發動機也沒有把螺旋槳損壞,不是嗎?因為螺旋槳有四片葉子,這是如何設計的問題。


YST不了解,也不願意面對他不了解過去這些歷史與發展,只好馬上變臉極力貶低航空工程師,認為這些人完全比不上他。在上面的一段話中,有一點他算是說對了,那就是過去在試驗一些螺旋槳的現象時,的確是在實驗室中進行的。

我前面提到過P-38,有些人可能知道美國在試驗P-38的過程中發現高速俯衝時飛機會進入無法控制改出的狀態,後來研究發現P-38的水平控制面在高速俯衝時面臨接近音速的氣流所導致。不過,在當時真的要研究與找出改進方法的工程師並不是集中在飛機設計的領域,而是螺旋槳。以美國自己的經驗來說,他們在參加第一次世界大戰前,於實驗室當中已經透過螺旋槳的高速轉動,注意到空氣可壓縮性的現象以及帶來的問題。(某人可能連這個都不知道吧)

1915年,有一位退休的工程師Albert Reed想要對螺旋槳葉片尖端的速度作有系統的研究,於是他利用一個20英吋的金屬小螺旋槳,裝在一個10匹馬力(不是YST自己解釋的1000匹喔)的電動馬達上,這個馬達的轉速高達每分鐘19000轉,在這個轉速下,小螺旋槳的尖端速度達到1600英尺/秒,而海平面音速為1117英尺/秒,也就是說,他的小螺旋槳的葉片尖端和氣流間的相對速度超過音速了。

根據參觀的人表示,他們實際上可以從螺旋槳的高速旋轉中聽到巨大的聲響(其實就和音爆差不多),在Reed的一系列研究用的小螺旋槳中,最高的曾經出現馬赫1.36的尖端速率,相當的驚人。

不過,實驗室中的小螺旋槳和現實生活中飛機使用的螺旋槳,加上飛行環境加諸的影響,是有很大的差距。1923年一位工作於美國海軍航空署螺旋槳部門的工程師Fred Weick對NACA的研究主任提到必須對全尺寸的螺旋槳進行高速下的分析,好找出可壓縮性對葉片效率的影響(這就是關鍵,也是YST看不懂的地方)

1925年NACA很有名的一位工程師,Hugh Dryden(NASA的一個中心以他命名)完成高速風洞的測試和分析,得到的結論是高速旋轉下的螺旋槳葉片會因為可壓縮性導致效率開始降低,這個問題會隨著出力更高的發動機與飛行速度的飛機的出現而日趨嚴重。

不過,要請各位對空氣動力不是很熟悉的朋友留意一下,螺旋槳的葉片尖端到達音速的時候,飛機的飛行速度還差很多,差多少要看這個葉片的設計以及他的轉速。

因此,當飛機的速度持續提高的時候,新的發動機可以提供更大的扭力和轉速,但是,同樣設計的螺旋槳卻有無法超越的限制,而必須從其他方面改進螺旋槳的設計,包括直徑,材料與形狀,就像是機翼的設計在二戰之後也要這樣的改變才足以使用在接近與超過音速的飛行狀態下。當能夠使用的技術都無法繼續維持螺旋槳的效率時,活塞發動機和螺旋槳的組合終於讓很多飛機公司死心,只是,堅持太久的公司很快的也在市場上消失了。這個以後我們可以聊聊。

如果你覺得這一篇太艱澀難懂,歡迎提出指教。謝謝。

( 知識學習科學百科 )
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引用
引用網址:https://classic-blog.udn.com/article/trackback.jsp?uid=wcobrachen&aid=671972
 引用者清單(1)  
2007/01/21 19:48 【對聯網不爽的 請進來】 SCF推薦軍武專家wcobrachen的網誌

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齋貓
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Tu-95會不會是有空蝕?
2007/01/23 23:39
剛才打完文章去上廁所, 路上想到YST的文章還有人要推薦, 在在顯示出國民科學素養之不足. 我就在想, 飛機的速度太高, 600, 800, 1000 km/h的, 對大多數人來說太遙遠, 可能得用一個更貼近的比較方式.

那就是船用螺旋槳與噴射推進器(waterjet).

船隻比較不須要考慮重量的問題, 可以用最耐腐蝕, 最強韌的金屬去打造螺旋槳. 依照YST的理論, 只要有高功率的發動機(不管是往復式還是渦輪式), 船就可以卯起來跑. 可是著名的"藍帶"(Blue Riband)在1952年由"美國號"(SS United States)創下的東航紀錄35.59 kts直到1990年才被打破(西航的34.51 kts則至今未破), 為什麼呢?

螺旋槳在水中轉太快會產生空蝕(cavitation), 也就是緊貼在螺旋槳之後的水因壓力降低過快, 小於水(或其他液體)的蒸汽壓, 瞬間蒸發而產生氣泡, 會降低螺旋槳效率, 甚至對螺旋槳造成傷害. 空用螺旋槳雖然沒有蒸汽壓的問題, 但是如果螺旋槳的前進側能達到音速, 那後退側豈不是要接近真空了? 這樣的model在高速運轉時會是什麼樣子很難想像, 光用講的就很累了, 但我猜想這些真空"泡"對於空用螺旋槳的效率一定有所影響. 不知道有沒有這一類的研究, 還要是沒有學過流體力學的人能看得懂的...

mustang
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回覆SCFtw2
2007/01/23 03:36
只要轉貼的時候保留原作者和出處就可以。謝謝。

mustang
等級:6
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回覆齋貓的問題
2007/01/22 06:14

有關Tu-95機艙內的噪音,不排除是發動機本身的噪音以及隔音的設備的影響,我會找找看資料。

齋貓引用的兩個網頁,第一個看起來比較像是問的人要作計算,至於實際數字上是不是這樣我不敢講。

第二個網頁上俄國人所提到的數字可能有其根據,不過文中也有提到,這些葉片是採用超音速翼剖面的設計,特別為了適應螺旋槳尖端進入穿音速的範圍。


齋貓
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吵死人的Tu-95
2007/01/21 22:18
所以說, Tu-95之所以能用同軸反轉螺旋槳飆到500 kts(925 km/h, 高度不明), 其螺旋槳尖端的速度非常有可能已經逼近甚至超過音速, 才會吵到讓機組員聽力受損嗎? Kuznetsov NK-12的轉速是否像這篇文章講的, 引擎為9250 rpm, 螺旋槳為850 rpm? 另一篇文章說Tu-95在11000 m (36000 ft)達到最高巡航速度時(M0.83), 其螺旋槳可達到M1.05的穿音速.

SCFtw2
等級:8
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希望能轉貼,請求同意。
2007/01/21 21:16
 

SCFtw2
等級:8
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這個人後來在他自己的山寨裡開欄端出《市長的觀點》,就憑這標題裡的“市長”兩個字就讓人齒冷。
2007/01/21 21:08


內文裡的一堆不三不四不倫不類之言更不必說了。^@^

此人“格調”向來如此,非常不堪。

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