【簡(jiǎn)介:】航天飛機(jī)有逆向推進(jìn)器,但只能作為軌道修正使用不能作為倒退的主動(dòng)力
民航飛機(jī)也有逆向推進(jìn)器,但只能作為降落時(shí)減速用,當(dāng)速度降低到60海里每小時(shí)時(shí)必須關(guān)閉
一般你看到的航空器
航天飛機(jī)有逆向推進(jìn)器,但只能作為軌道修正使用不能作為倒退的主動(dòng)力
民航飛機(jī)也有逆向推進(jìn)器,但只能作為降落時(shí)減速用,當(dāng)速度降低到60海里每小時(shí)時(shí)必須關(guān)閉
一般你看到的航空器或航天器后退都是由推車推出去的
有一些軍用運(yùn)輸機(jī)也可以用自身的反推裝置做到倒車的效果,如C-5
假如從地球發(fā)射一個(gè)航天器,如果以慣性在太陽(yáng)系中飛行,那么要飛回地球,怎樣才能讓它轉(zhuǎn)向?
星球引力彈射飛行,即飛行器朝向星球飛行,在星球的引力作用下,繞星球做個(gè)半個(gè)圓周的運(yùn)動(dòng),根據(jù)所謂的”彈弓效應(yīng)”,最終與原方向成180角,反向運(yùn)動(dòng)。
關(guān)于飛機(jī)螺旋槳的詳細(xì)資料
螺旋槳飛機(jī)(propeller airplane),是指用空氣螺旋槳將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力的飛機(jī)。
從第一架飛機(jī)誕生直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束,幾乎所有的飛機(jī)都是螺旋槳飛機(jī)。在現(xiàn)代飛機(jī)中除超音速飛機(jī)和高亞音速干線客機(jī)外,螺旋槳飛機(jī)仍占有重要地位。支線客機(jī)和大部分通用航空中使用的飛機(jī)的共同特點(diǎn)是飛機(jī)重量和尺寸不大、飛行速度較小和高度較低,要求有良好的低速和起降性能。螺旋槳飛機(jī)能夠較好地適應(yīng)這些要求。
螺旋槳飛機(jī)的基本分類
螺旋槳飛機(jī)按發(fā)動(dòng)機(jī)類型不同分為活塞式螺旋槳飛機(jī)和渦輪螺旋槳飛機(jī)。人力飛機(jī)和太陽(yáng)能飛機(jī)通常都用螺旋槳推進(jìn), 也屬于螺旋槳飛機(jī)的范圍。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的功率重量比,比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)大2~3倍,在相同的重量下可提供更大的功率,燃油消耗率在速度較高時(shí)比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)小,且可使用價(jià)格較低的煤油,故在600~800千米/時(shí)速度范圍內(nèi)的旅客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等大多為螺旋槳飛機(jī)。
按螺旋槳與發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)位置的不同,又分為拉進(jìn)式螺旋槳飛機(jī)和推進(jìn)式螺旋槳飛機(jī)。前者的螺旋槳裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前面,“拉”著發(fā)動(dòng)機(jī)前進(jìn);后者螺旋槳裝在發(fā)動(dòng)機(jī)之后,“推”著發(fā)動(dòng)機(jī)前進(jìn)。早期的飛機(jī)中曾有不少是推進(jìn)式的,這種型式的缺點(diǎn)較多,螺旋槳效率不如拉進(jìn)式高,因拉進(jìn)式螺旋槳前沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的阻擋。此外在推進(jìn)式螺旋槳飛機(jī)上難于找到發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳的恰當(dāng)位置,特別是裝在機(jī)身上更困難。相反,在拉進(jìn)式螺旋槳飛機(jī)上,發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論是裝在機(jī)身頭部或是裝在機(jī)翼短艙前面都很方便。當(dāng)裝在機(jī)翼上時(shí),螺旋槳后面的高速氣流還可用來(lái)增加機(jī)翼升力,改善飛機(jī)起飛性能,因此拉進(jìn)式飛機(jī)遂占據(jù)了統(tǒng)治地位。在少數(shù)大型飛機(jī)和水上飛機(jī)上,發(fā)動(dòng)機(jī)多至8~12臺(tái)以上,將發(fā)動(dòng)機(jī)前后串置在短艙上,形成拉進(jìn)和推進(jìn)的混合型式。
螺旋槳飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
螺旋槳飛機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為了降低轉(zhuǎn)速和提高螺旋槳效率,絕大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)裝有減速器。這類飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝有滑油散熱器。液冷活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)還裝有冷卻液散熱器。槳轂和發(fā)動(dòng)機(jī)均有流線型外罩,以減小阻力。機(jī)身前部的發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳往往影響飛行員的視線,個(gè)別飛機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)安排在座艙下方,用一長(zhǎng)軸與機(jī)頭的螺旋槳相連,如美國(guó)的P-39戰(zhàn)斗機(jī)。有的飛機(jī)將座艙偏置在機(jī)翼一側(cè)來(lái)改進(jìn)前方視線,成為特殊的不對(duì)稱飛機(jī),如德國(guó)的BV-141飛機(jī)。頭部裝有機(jī)槍的拉進(jìn)式戰(zhàn)斗機(jī)需要采用協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu),以保證子彈從旋轉(zhuǎn)著的螺旋槳槳葉中間發(fā)射出去。有的飛機(jī)將機(jī)炮炮管裝在螺旋槳軸內(nèi),炮彈由槳軸內(nèi)的炮管射出。螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)反作用扭矩,大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)常用較大的垂直尾翼或偏置垂直尾翼產(chǎn)生的力矩來(lái)加以平衡,也可以采用反向旋轉(zhuǎn)的同軸螺旋槳來(lái)抵消反作用扭矩,如蘇聯(lián)的安22飛機(jī)。
現(xiàn)代的螺旋槳飛機(jī)多采用槳葉角可調(diào)的變距螺旋槳,這種螺旋槳可根據(jù)飛行需要調(diào)整槳葉角,提高螺旋槳的工作效率。由于螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時(shí),槳根和槳尖的圓周速度不同,為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動(dòng)力狀態(tài),所以把槳根的槳葉角設(shè)計(jì)成最大,依次遞減,槳尖的槳葉角最小工作狀態(tài)的槳葉是一根懸壁梁受力態(tài)勢(shì),為了增加槳根的強(qiáng)度,槳根的截面積設(shè)計(jì)為最大。
一架飛機(jī)上槳葉數(shù)目根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率而定,有2葉、3葉和4葉的,也有5葉、6葉的。裝于飛機(jī)頭部的螺旋槳為拉力式螺旋槳,裝于飛機(jī)后部的螺旋槳為推力式螺旋槳,還有既裝有拉力式螺旋槳又裝有推力式螺旋槳的飛機(jī)。
螺旋槳飛機(jī)的發(fā)展演化
早期飛機(jī)大多使用槳葉角固定不變的螺旋槳,它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但不能適應(yīng)飛行速度變化。飛行速度大于200公里/時(shí)則需要用變槳距螺旋槳,才能提高螺旋槳的效率。但這種螺旋槳構(gòu)造復(fù)雜,成本較高,只用于一些速度較高、功率較大的飛機(jī)。
第二次世界大戰(zhàn)以前的飛機(jī),基本上是使用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)螺旋槳。近代在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上研制出了渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)。用這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳使螺旋槳的工作效率大大提高,同時(shí)也提高了飛機(jī)的性能。
在第二次世界大戰(zhàn)中,為了進(jìn)一步提高飛機(jī)的高空性能,有些飛機(jī)上還裝有廢氣渦輪增壓器,利用廢氣來(lái)增加進(jìn)氣的壓力,如美國(guó)的B-24、P-47等飛機(jī)。70年代后期,一些通用航空的飛機(jī)也采用廢氣渦輪增壓器來(lái)提高飛行性能。
螺旋槳飛機(jī)的工作原理
飛機(jī)螺旋槳在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生拉力,牽拉飛機(jī)向前飛行。這是人們的常識(shí)??墒?,有人認(rèn)為螺旋槳的拉力是由于螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)槳葉把前面的空氣吸入并向后排,用氣流的反作用力拉動(dòng)飛機(jī)向前飛行的,這種認(rèn)識(shí)是不對(duì)的。
那么,飛機(jī)的螺旋槳是怎樣產(chǎn)生拉力的呢?如果大家仔細(xì)觀察,會(huì)看到飛機(jī)的螺旋槳結(jié)構(gòu)很特殊,如圖所示,單支槳葉為細(xì)長(zhǎng)而又帶有扭角的翼形葉片,槳葉的扭角(槳葉角)相當(dāng)于飛機(jī)機(jī)翼的迎角,但槳葉角為槳尖與旋轉(zhuǎn)平面呈平行逐步向槳根變化的扭角。
槳葉的剖面形狀與機(jī)翼的剖面形狀很相似,前槳面相當(dāng)于機(jī)翼的上翼面,曲率較大,后槳面則相當(dāng)于下翼面,曲率近乎平直,每支槳葉的前緣與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)方向一致,所以,飛機(jī)螺旋槳相當(dāng)于一對(duì)豎直安裝的機(jī)翼。
槳葉在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)力,一個(gè)是牽拉槳葉向前的空氣動(dòng)力,一個(gè)是由槳葉扭角向后推動(dòng)空氣產(chǎn)生的反作用力。
從槳葉剖面圖中可以看出槳葉的空氣動(dòng)力是如何產(chǎn)生的,由于前槳面與后槳面的曲率不一樣,在槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí),氣流對(duì)曲率大的前槳面壓力小,而對(duì)曲線近于平直的后槳面壓力大,因此形成了前后槳面的壓力差,從而產(chǎn)生一個(gè)向前拉槳葉的空氣動(dòng)力,這個(gè)力就是牽拉飛機(jī)向前飛行的動(dòng)力。
另一個(gè)牽拉飛機(jī)的力,是由槳葉扭角向后推空氣時(shí)產(chǎn)生的反作用力而得來(lái)的。槳葉與發(fā)動(dòng)機(jī)軸呈直角安裝,并有扭角,在槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)靠槳葉扭角把前方的空氣吸入,并給吸入的空氣加一個(gè)向后推的力。與此同時(shí),氣流也給槳葉一個(gè)反作用力,這個(gè)反作用力也是牽拉飛機(jī)向前飛行的動(dòng)力。
由槳葉異型曲面產(chǎn)生的空氣動(dòng)力與槳葉扭角向后推空氣產(chǎn)生的反作用力是同時(shí)發(fā)生的,這兩個(gè)力的合力就是牽拉飛機(jī)向前飛行的總空氣動(dòng)力。
螺旋槳飛機(jī)的三個(gè)效應(yīng)
進(jìn)動(dòng)、滑流扭轉(zhuǎn)、螺旋槳反作用。若是多發(fā)螺旋槳飛機(jī),還可能出現(xiàn)有拉力不對(duì)稱。
固定翼飛機(jī)平衡在地面主要是受螺旋槳的滑流扭轉(zhuǎn)作用,飛行中,當(dāng)螺旋槳的扭轉(zhuǎn)氣流打在飛機(jī)垂直尾翼的一側(cè)時(shí),則會(huì)引起飛機(jī)的方向偏轉(zhuǎn)。
如果螺旋槳是向右旋轉(zhuǎn)的,則扭轉(zhuǎn)氣流上層自左向右側(cè)扭轉(zhuǎn),從左方向作用于垂直尾翼,使尾翼產(chǎn)生向右的空氣動(dòng)力,對(duì)飛機(jī)重心形成左偏力矩,即機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)。螺旋槳的轉(zhuǎn)速越大,扭轉(zhuǎn)氣流對(duì)飛機(jī)的方向偏轉(zhuǎn)影響越明顯。故地面起飛時(shí)抵右舵修正方向??罩杏捎陲w機(jī)自身速度增大,滑流作用減弱,使用方向舵配平即可。
渦輪螺旋槳飛機(jī)
在速度低于700公里/時(shí)的情況下,空氣螺旋槳推進(jìn)效率較高。速度繼續(xù)增大,推進(jìn)效率急劇下降。同時(shí),飛機(jī)所需的功率隨速度的三次方成正比增加,活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)由于技術(shù)上的限制,無(wú)法提供體積小、重量輕和功率大的發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的功率重量比比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)大2~3倍,在相同的重量下可提供更大的功率,而且發(fā)動(dòng)機(jī)截面積較小,燃油消耗率在速度較高時(shí)比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)小,使用價(jià)格較低的煤油,故在 600~800公里/時(shí)速度范圍內(nèi)的旅客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、海岸巡邏機(jī)和反潛機(jī)大多為渦輪螺旋槳飛機(jī)。為了進(jìn)一步增大速度,降低燃油消耗率,美國(guó)于70年代提出一種先進(jìn)的渦輪螺旋槳系統(tǒng),采用8~10片具有后掠的薄剖面槳葉,從空氣動(dòng)力學(xué)角度對(duì)槳轂和發(fā)動(dòng)機(jī)短艙進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),使阻力和噪聲達(dá)到最小。這種推進(jìn)裝置可使飛機(jī)速度達(dá)到馬赫數(shù)為0.8,比一般裝有渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)省油30%~40%。高速螺旋槳飛機(jī)比渦輪噴氣飛機(jī)省燃料,正處在研究試驗(yàn)階段。