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YST對航空基礎面的誤解和他的面子之17 -回答唯心提的問題
2007/01/26 12:47:38瀏覽1242|回應0|推薦3

網友唯心有提出一些問題,在此嘗試提供一些資料。

原文可見:有些疑問

1.請問您在文章中提到的紫電改發生的意外是否有更具體的新聞或史料可查?是否有更詳盡的事發報告呢?我想,清楚的引用會讓對航空史外行的我更快進入狀況。
有關紫電改在高速俯衝下的說法是很久以前看到的,這兩天我試圖尋找網路上有沒有詳細一點的說法,不過暫時沒有找到。但是,二戰末期的飛機在高速俯衝下,因為機翼表面的氣流先達到音速,也就是YST說我的臨界馬赫數(臨界馬赫數不是我發明的),而出現震動,控制困難或者是意外,P-47也是一個例子,以下我引用International Air Power Review第一期P-47專文中的一點文字(我直接翻譯好了):

145頁:當更多P-47遞交第56戰鬥機大隊之後,新戰鬥機發生意外的比例相當驚人,到了6月底,56大隊已經損失一半的飛機,紀錄上顯示,光是在測試飛行中就損失13位飛行員與41架飛機。許多意外是發生於高速俯衝下,多架得以安全返回的飛機的垂直尾翼在俯衝後出現嚴重翹曲的現象。

同樣是145頁後面的另外一段:1942年11月13日兩位63戰鬥機中隊的飛行員對新收到的P-47C進行數項水平飛行速度測試。在第一項測試之後,這兩位飛行員進入俯衝狀態,以便在低空進行下面的測試項目。他們馬上面臨空氣可壓縮性(compressibility)的現象,很驚訝的發現儀表板上顯示的空速為725英里/時(1167公里/時) - 已經進入超音速了........當然這個速度顯示實際上是儀表的錯誤,當時飛機的速度只有500英里/時(805公里/時)或者更低,但是這兩位飛行員依舊很難將飛機恢復到水平飛行。

以上兩小段是說明二戰末期的飛機在高速俯衝下往往會面臨空氣可壓縮性變化對結構和控制面產生的影響,雖然飛機本身的空速還不到音速,可是機翼表面已經達到,這算是蠻常見的現象。P-47還被限制俯衝的速度。

不過有一點需要解釋的是,不見得高速飛行的意外一定都是受到可壓縮性的影響,因為這也要看發生時的速度範圍。零戰的第3架原型機在俯衝試驗時發生解體墜毀的意外,原因出自於水平控制面的重量平衡片的結構斷裂,失去控制所造成。


2.有關您說的進入音速以後面臨的結構強度考驗與產生後續操作問題,是針對"所有"能夠以音速推進的飛行器,還是針對"螺旋槳"飛機呢?因為YST一再強調的是螺旋槳這個裝置並沒有對飛機的飛行速度構成障礙,而您所舉證與說明的比較偏向超音速飛行時可能對"所有的飛行器或飛行員"構成的威脅,在下以為兩者似乎在談不同的專業問題。

我所提到的都有,只是我在解釋的時候不希望長篇大論,也希望維持簡單的說明,以避免閱讀上的困難。

這個部分我換個角度來解釋看看。一個飛行體在進入音速開始,因為空氣可壓縮性的現象,對於結構會發生影響。假如這個飛行體是控制面的一部分,那麼就會要成控制上的困難(請參考我上面引用的P-47和先前的P-38的例子),或者是X-1要修改水平尾翼成為全可動的背後原因。如果是發生在機翼上,那就會有劇烈震動的狀況,嚴重時如同我前面提到狄哈維蘭的兒子因為飛機解體喪生的意外。

那麼,螺旋槳也是一個飛行體,高速轉動下的與氣流的相對速度也很高,假如進入音速的範圍,也是會有劇烈的影響出現,而這些影響就會讓螺旋槳的效率開始下降,至於實際上下降多少要看螺旋槳的設計和轉速。我舉個例子,在German Jet Engine and Gas Turbine Development 1930-1945裡面提到,早年有一位對螺旋槳高速飛行相當投入的Quick教授提到在0.82馬赫速度下,螺旋槳大概可以維持71%的效率。

既然螺旋槳在設計上等於是以類似機翼的型態在考慮(這是萊特兄弟的研究結果),機翼在高速下會發生的現象,螺旋槳自然也避免不了,只是螺旋槳比較早先遇到而受到注意。



3.製作螺旋槳的材料變化演進,是否為根本性的改造螺旋槳呢?改變參數與設計造型的螺旋槳是否仍然不能滿足飛行器對於進入超音速的需求呢?打開燃料推進器進入超音速所產生的燃料耗費問題又是否只是螺旋槳飛機單獨遇到的障礙?我想這些是需要您更深入指點之處。

有關根本上改變螺旋槳設計是不是也不能滿足超音速飛行需要,這要看你所指的是什麼時候。

假如是以二戰剛結束的時候,對高速飛行都才剛剛開始了解下,許多人還對音障抱持絕對無法超越的想法之際,在技術和理論上也沒有可供運用的地方。

到了1950年代,像是美國也作過研究,可是也因為需求與效率的關係而放棄。YST提到多次的Tu-95發展的原因是航程,而不是為了超音速,同時,他的葉片的翼剖面是50年代蘇聯研究的超音速型態,這又是早期沒有的技術。同時,我先前提供的俄國網頁上也有提到,Tu-95設計上是犧牲低速時的效率來維持他的高速飛行需要。

到了1980年代因為電腦設計,計算機流體力學,複合材料等技術的協助,更複雜的構型的設計和生產逐漸成熟的時候,新一代的螺旋槳的確有一段時間又成為熱門話題,不過這個階段的著眼點變成是在穿音速飛行下的效率,想要在中小型客機上另外開闢一個設計路線和市場,這只有在民航機的領域發生,軍用機並未考慮。

不知道這樣有沒有回答你想要知道的部分。如果有什麼錯誤或者是不清楚的地方,敬請指教。謝謝。

( 知識學習科學百科 )
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引用
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