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1 # 夏小得
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2 # 獨孤求爛
在所有飛機中,據說最難搞的是直升飛機。你看我們國家搞的20系列的飛機中,從開始研製到研製成功,花的時間最長的就是直20。
直升飛機最難搞的就是旋翼系統,因為它的力學特性非常複雜,特別是氣動力學。飛行時,直升飛機的旋翼一直在不停地旋轉,旋翼尾端的點速度最大,沿著軸嚮往裡,點速度越來越小,相應地各點產生的升力都是不同的。直升飛機前進時,假如旋翼是順時針旋轉,那轉到左邊的旋翼就是迎風而動,而轉到右邊的時候,卻變成了順風而動,結果左邊升力大,右邊升力小,飛機就會側翻。人們用揮舞鉸來解決。就是說每個葉片可以上下揮動。
旋翼一般是裝在飛機頂上的,飛機前進時,旋翼的拉力點就和飛機的重心有一個距離,使直升機產生了一個低頭力矩,這個也要解決。
直升飛機在做前進,後退,側飛,懸停等動作時,都很複雜。但有一樣絕對離不開——旋翼旋轉。相對固定翼飛機來刷,直升機的旋翼看起來一般的很清瘦,在地面停止的時候,翼片甚至會耷拉下來,顯得軟軟的。可是旋轉起來,竟然把這麼重的直升飛機抬升起來,很神奇的樣子。原理其實很簡單,就是利用旋翼旋轉時產生的離心力,把旋翼拉直,就好像兩個人用繩子來抬一桶水,用力往兩邊拉,桶就升起來了。
直升飛機的翼片一邊旋轉一邊產生升力,會把翼片往上抬,如果翼片是硬的,當然就可以像用扁擔抬水一樣,把飛機抬起來。可是有揮舞鉸啊!翼片受了升力就會往上舉,會把這個升力給卸掉。所以說到底,是離心力拉直了旋翼,把飛機拉起來的。因此,設計直升機的旋翼時,沒有必要把旋翼設計的很難扛,而是有必要設計得很抗拉。當然扛多少拉多少,這個必須找到一個平衡點。
直升機的飛行,一直都是在找著各種平衡點,而這些點卻很難找,所以直升機的設計也是很難的。
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3 # 有李走遍天下
其實架起來,螺旋槳也完全可以承受整機重量,問題是你在哪裡架。
有基本力學知識的人都知道,直升機要懸在空中,升力應該不小於飛機的總重量,升力當然最主要的是螺旋槳旋轉過程中由空氣動力學原理產生的,這裡說的“最主要”,也許有人會問:難道還有“次要”的升力嗎?其實還真有次要的升力,這就要看直升機的飛行狀態了:
當直升機垂直起飛是,升力全部由螺旋槳提供,而向前飛行時,機體形狀確實會產生向上的升力,這時候螺旋槳的升力其實是小於飛機重力的。
當然,機體產生的升力和螺旋槳的升力相比,佔比不可能太大,所以說,最主要升力是螺旋槳提供的。
再回到主題,分析一下靜止情況下,螺旋槳到底能不能承受飛機的重量,回答是肯定的:
這裡要用到材料力學和機械原理的一些名詞。
學過這些知識的人都知道,螺旋槳槳葉的受力性質其實是一個懸臂樑模型,它的固定端在轉軸處,當槳葉旋轉時,它的下表面會產生向上的力,嚴格意義上說,應該叫向上的分力,因為槳葉並不是和地面水平的,所以它受到的力是垂直於槳葉表面的,和垂直於地面方向有一個小小的夾角,這個夾角等於葉片的螺旋角,對飛機起飛有用的力,應該是作用在葉片上的力,再乘以這個角度的cos值。
因為槳葉表面到處都有這個力,在理論力學上叫“勻布載荷”,可以理解為有無限多的“小力”的組合,把飛機“抬”了起來。
這樣就好解釋了,如果在地面,也有這麼無限多的力,分佈在槳葉片上,肯定可以把飛機“架”起來,槳葉也肯定不會損壞。
但是,我們通常說的“架”,架的位置卻有講究,如果架在槳葉的最遠端,應該是不行,這就用到理論力學、材料力學兩個“術語”,叫做“彎矩”和“彎曲應力”,因為槳葉在平衡飛機重量的時候,同時還會有一個對升力沒有用的東西,這個這個東西就是彎矩,彎矩會在升力的施力點到旋翼軸之間處處存在,但是,離旋翼軸距離越近,彎矩越大,它的大小等於每一個向上的力乘以這個力到旋翼軸距離的總和,同時我們知道,彎矩會產生彎曲應力,並且彎曲應力的大小和彎矩成正比。
現在可以舉例計算在“架”飛機時,不同的支撐點位置,這個“彎矩”的大小。
假設這個飛機重量是十噸,兩個槳葉的話,每個槳葉有5噸向上的力,就可以“架”起這架飛機。如果支點在槳葉最外端“架”,槳葉長度是10米,根據前面“彎矩”的定義,其大小為50噸. 米。而如果架在槳葉中間位置,它產生的彎矩只有25噸.米。當架在葉片和旋翼軸連結處,彎矩幾乎為零,如果像飛機起飛那樣的狀態,相當於葉片上“架”有無限多個力,或者說所有這些“架”的力的總和其實也是5噸,但是在葉片根部產生的彎矩會在零和50噸.米之間,這個計算比較複雜,就不展開敘述了。
總之,受力點不一樣,在葉片根部受到的彎矩是不一樣的。而這個彎矩直接後果是會在葉片根部產生彎曲應力,如果彎曲應力過大,會將螺旋槳葉片折斷,所以葉片設計時,必須根據彎曲應力來考慮葉片的材料和截面尺寸。如果能滿足起飛過程中的強度要求,因為架在葉片根部時,產生的彎矩一定比起飛狀態更小,所以可以肯定這種情況下,葉片不會折斷。而架在遠端,產生的彎矩要大於起飛狀態,這就有折斷葉片的可能。這裡用“可能”描述,是因為能不能折斷,還要考慮設計時葉片的安全係數,如果安全係數相當大,也可能不會折斷。
但是,因為設計師要儘量減少飛機重量,這就要求飛機零件的安全係數不是越大越好,反而在滿足規範要求的情況下,應該儘量選低的安全係數,從這一點來說,在槳葉遠端“架”飛機,大概率槳葉會折斷。
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4 # 李曉偉
那是因為槳葉在沒有旋轉的情況下很脆弱的。
直升機的旋翼一般是採用韌性高的複合材料製造,它在靜止的狀態下可以看出自然的下垂,而在飛行過程中直升機旋翼上翹。
根據伯努利原理物體受到的壓強與受力面積有關,直升機的槳葉大多數是4-6葉槳,所以翼面積是4-6片旋翼的面積,而空氣的流速就是槳葉的旋轉速度,但是由於直升機旋翼跟發動機功率的匹配問題,所以直升機的最大升限一般是很低的。
直升機旋翼越大越長它自然就要轉的慢,如果旋翼越短越細就要發動機保持高轉速才能保持足夠升力,而每一種尺寸的槳葉都有適合的轉速(該轉速下該尺寸的效率最高,反之過高的轉速導致升力下降)。
直升機的旋翼在旋轉起來後才能承受整個直升機的重量,它的在旋翼旋轉起來之後受力是分散到翼面積的,而你在地面上用旋翼去承受重量那受力是在你吊的那個點上,很明顯直升機的旋翼哪怕再好的材料也受不住,面積受力和點受力完全不是一個概念。
還有直升機的旋翼在旋轉起來之後,產生向心力和反作用力,這二者會把直升機的旋翼拉直,這種作用力舉個生活中的例子就是鐵絲割草機,一般來說那麼柔軟的鐵絲你拿在手上能割草嗎?很明顯不能,但是把它裝到電機上讓它旋轉起來就能割草,不僅僅能割草還能把小樹枝打斷。
還有高速旋轉起來的紙片可以切蘋果,這個視訊網上有有興趣的可以百度去看,所以直升機不能吊旋翼的問題,總結起來一個就是直升機質量的受力的問題,另一個是旋翼受力的問題。
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5 # 兔子的野史
首先,直升機的升力裝置叫主旋翼,不叫螺旋槳,螺旋槳的槳葉攻角會沿著槳葉軸向從中心到葉端連續變小,是一片“扭曲”的槳葉,而直升機旋翼一般來說不是這樣的。
飛機維修手冊對於主旋翼是這樣描述的:
四個主旋翼葉片與主旋翼頭相連,提供飛行所需的升力。主旋翼葉片的主要結構構件是焊接的鈦樑,具有大部分的平面、扭轉和離心承載能力(上圖)。採用熱成形工藝,使鈦樑圓管進入翼型輪廓。帶貫穿螺栓襯套的孔位於葉柄端,用於將葉片與主軸連線。
機翼蒙皮是由交叉編織玻璃纖維與石墨後緣加強條組成。金屬絲網浸漬在外殼上,提供防雷保護。旋翼前緣由鈦合金防磨條保護,防止腐蝕。葉片半徑的外部部分由鈦前緣上方的鎳防侵蝕帶保護。
機翼結構裡除了大梁之外還有Nomex蜂窩結構支援。加強阻尼器連線耳是葉片根部後緣的重要組成部分。
下面講下旋翼承力方式:
旋翼本身的承力結構主要是鈦樑,還有機翼裡蜂窩結構的複合材料,還有就是旋翼蒙皮。
如果旋翼在發動機大車狀態(大約314轉每分鐘),因為離心力發揮作用,拉伸旋翼結構裡的鈦樑,鈦樑受到離心力拉伸變成剛性樑,類似於一根繩子被拉直。鈦樑是空心薄壁結構,可以承受極大的拉力,但是薄壁結構不抗壓,一旦有壓力容易失穩性崩潰。
旋翼在空中會受到氣動力,旋翼自身重力(忽略),還有旋翼旋轉的離心力,還有翼根連線處的作用力。
從上圖鈦樑橫截面的受力圖來看,旋翼在空中時,以鈦薄壁樑的上下表面取兩個點來做解釋。
旋翼轉起來以後會有離心力而離心力可以抵消掉上鈦樑薄壁結構上表麵點的壓力(壓力是由於靠翼尖方向向上氣動力的扭矩產生的),這樣鈦樑薄壁就不會承受很大壓力。而下表麵點都是拉力也就無所謂了,不會對大梁構成威脅。
如果旋翼停轉,沒有離心力的抵消,用手去掰旋翼就會在旋翼某個薄壁點上長沙巨大壓力從而破壞旋翼結構。
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6 # 開心果52105317
直升機百分之九十的技術全在槳葉上,剩下百分之十在穩定性和安全性上。
直升飛機是天下最簡單的飛行器,但內行不會告訴你原理關鏈點。而是顧意把你弄暈頭轉向,像魔術師一樣神密,讓你知難而退,一看太難了,高不可攀,就放棄專研了,有人越難越專研,太笨了,被他騙了!萬行枝術高手,都是簡單易行作事情。不會這樣瞎費力,永遠成不了職業高手,只能是業餘愛好者!還要在那浪費寶貴時間。(學技術要偷藝)
如果直升機的葉片是硬的,(不會變形的)。你一看就明自了,回家自己都會做飛機。(玩具飛機與真飛機一樣原理)。
不論誰來造直升機,都明白一個道理。儘量增加葉片的升力,才能帶動機身飛起來。
忽略一個更重要的問題!升力大是對的。但氣流決不能往機身上吹!要往機身周圍吹,這樣就對了。否則就變成拔河比賽了!力氣大,只能把繩子撥斷,飛機穩絲不動。
明白了,非常簡單,七,八歲小孩都會製造。
外國牧民自制腳踏直升機放羊。
科學枝術要向外中國人學習,真想教你,一看就會,馬上超越老師。不想教你,古人技術學不會。
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7 # jianchi
看了幾個回答,雲山霧罩的,把一個簡單的問題弄的太複雜了。
直升機的原理類似於抽水機,抽水機機體內的葉片飛速旋轉,將抽水機內的水向上甩,大氣壓強作用,被抽水體內的水源源不斷的補充入抽水機內,抽水機機體內葉片不停旋轉,水便由低處抽到了高處。
直升機也是同理,直升機槳葉的作用只是將直升機上方的空氣排空,大氣壓強就把直升機託了起來,這就叫升力,槳葉旋轉越快,直升機就飛的越高,槳葉向上排出去的空氣與自身相等,直升機就懸停,槳葉向前方傾斜,槳葉便在提供向上升力的同時,也提供了向前運動的力,飛機就向前飛行。
所以直升機就不是靠槳葉拉上天空,而是大氣壓強產生的升力把飛機託上天空。
你想靠槳葉把直升機架起來,那槳葉還不折了?
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8 # 我愛達州
謝邀。這個問題的道理其實很簡單,直升機螺旋槳葉片靜態情況下,承受不起機身重量,這是肯定的。但在動態情況下,也就是在螺旋槳旋轉起來的情況下,承載機身重量的並非是螺旋槳,而是螺旋槳通過把空氣向下吹散的方式把機身重量分解成了無數被吹走空氣的重量,也就是相當於把機身重量進行了分解,分解的空氣越多,那麼直升機向上提升的速度就越快。
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9 # 小菲菲不是我
我臥推槓鈴可以推300斤 你把300斤的槓鈴壓我身上我也吃不消啊 做功的方式 受力的方式不一樣 扁擔能挑百斤 斧子幾十斤的力就能劈了扁擔 玻璃硬度很大但一摔就碎
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10 # 巴巴麗阿
問題就是錯的。工程中強度的概念不僅僅是實際承受重量,還要考慮衝擊力量,承載力至少要大於實際重量的十個G才能滿足執行使用功能。
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簡單來說就是:槳葉在旋轉的時候是一個怎樣的角度以及是如何受力的,那麼靜態時的槳葉也需要以同樣的角度去受力,這樣的話,槳葉就能把機身給架起來。大家不要想當然的覺得直升機的槳葉在旋轉的時候是水平的啊,然後覺得槳葉對機身的作用力就是簡單的垂直向上,這樣去理解就錯了,為什麼?因為槳葉並不是直接跟槳軸連線在一起的,而是通過一個叫做“揮舞鉸”的部件後才和槳軸連線在一起,這個揮舞鉸的作用就是使槳葉能夠上下襬動,保證飛行器在飛行時的穩定(揮舞鉸的具體作用這裡不作詳細討論),所以,在揮舞鉸的作用下,直升機的槳葉在旋轉的時候其實是這樣的:
▲直升機槳葉受力分析圖
槳葉在旋轉時會稍微向上抬,形成一個 類似“倒錐形”的結構,如上圖所示,從圖中的受力分析我們可以看到,槳葉在高速旋轉過程中,除了會受到升力的影響外,同時還會受到自身離心力(一種虛擬的慣性力)的影響,其中力F1是離心力沿槳葉方向的分力,F2則是與升力相反方向的分力,F2可以抵消掉一部分升力,使槳葉不能在升力的作用下無限度的往上抬,而是保持在一個特定的角度,而且根據槳葉不同位置距離槳軸的距離不同,受到的升力和離心力的大小也是不同的,即槳葉受到的升力也並不是簡單的直接槳葉的某一點上,而是需要分配到槳葉的任何一個位置,同時,離心力的分力F1同時會對槳葉產生一個“拔”的力,這個力沿著槳葉方向,簡單來說就是:槳葉不僅僅受到往上“抬”的力,同時還會受到一個“拔”的力。“拔”力的受力分析大概如下圖所示:
圖中F合為F1和F2的合力,這個合力同樣起到把直升機拉起來的作用,所以,對於直升機的槳葉來說,首先是升力並不是作用在某一個點的,而是需要分配到整個槳葉上,同時離心力分力F1的作用會進一步減輕槳葉的負擔,關於這個對槳葉的“拔”力,我們可以這樣理解,舉一個例子:用三條長的薄鐵片看做是直升機的槳葉,一個重物看做是直升機,鐵片固定在重物上,此時如果你直接用鐵片抬,那麼肯定不能把重物給抬起來,鐵片會彎掉,但是如果從一定的角度(倒錐形)同時拉這三條長鐵片的話,那麼就能很輕鬆的把重物給抬起來了。因此,直升機的槳葉就有點類似這個原理,在不考慮流體對槳葉升力的話,我們可以直接理解成是通過“拉”或者“拔”槳葉把直升機帶起來的。
▲“倒錐形”轉動的槳葉
因此,如果想要在靜態的時候通過槳葉把直升機“抬起來”,那麼就應該把槳葉稍稍往上抬一定的角度,然後沿著槳葉的方向施加拉力,即通過“拔”、“拉”槳葉把直升機給架起來,而不會直接往上抬槳葉,直接往上抬的話,力的作用就集中在槳葉的某一個點,肯定是行不通的,而通過拉槳葉的話,其實力作用點就是在槳軸上,而不是直接在槳葉上,這種情況下,是有可能在靜態時通過槳葉把直升機“拉”起來的!