直升機是靠螺旋槳帶動的,為何把槳葉架起來卻經不住機身的重量?

2020-12-21 小虎有話說

螺旋槳轉起來,有一定的離心力支撐!螺旋槳靜止架起來和旋轉形成升力是不一樣的,看過把紙切成圓形放在角磨機上旋轉可以切個堅硬的物品否則紙的硬度很小。飛行在空氣中是絕對均勻受力,壓強較小,如果把直升飛機跟吊鍋一樣吊在螺旋槳上,那就不是一回事了。又如鯨在水裡可以活,擱淺到沙灘會壓迫內臟而死。

翼尖加起來肯定斷了。因為整個螺旋槳都在均衡受力,從靠近螺旋槳葉根部最小力到翼尖受力最大。按照比例講應該拖住螺旋槳葉中間部位就是飛行時候的平均受力點。

螺旋槳轉動向下推動空氣產生的反作用力要大於直升機總體重量,直升機才能上升。這種力是分布在漿葉底部每個位置,因而將力分解,漿葉不斷裂,但漿葉根部承受力最大。如果用螺旋槳撐住飛機重量,要看撐在什麼部位,如果撐在根部,或多點支撐也不會斷。

直升機旋翼都是輕質材料,10噸級的阿帕奇,一片槳葉兩個人就抬走。個人估計離心力的垂直分量不會是升力的數量級,因為角度太小了。我們知道繃緊的晾衣繩,其應力是遠高於衣物重量的。如果用拉力提供一份升力,可能需要材料經受一百份拉應力,這太不划算了。其實直升機的旋翼強度只需要保持自身形狀和一定的韌性就行了,靜止狀態下連直升機十分之一的重量都承擔不了,真正的竅門在於高速旋轉的葉片受離心力作用產生剛性,就像一條繩子在靜止或者低速狀態下是軟的,但在高速甩動是會變硬一樣,很多旋翼機的葉片都是鉸鏈連接,平時都是鬆散狀態,只要主軸達到一定轉速,離心力賦予葉片的剛性就足以拖拽機身升空。

當槳葉旋轉時產生升力是均韻分.部在整個槳葉下面的最後把升力轉儈槳鼓軸上的,當槳葉靜止時你想拖起飛機你是把做用力頂在一個點上面的,所以這個受力點隨槳軸距遠近能承受重力是不一樣的。

旋翼推動空氣後,是整個葉片均勻受力,當然沒問題,所謂的架起來,那是兩端,只是幾個點,幾個點和整個葉片分散承擔當然是差別巨大。但不管怎樣軸承連接都是高強度的。物理學上沒有離心力一說,有的只是向心力不足導致旋轉的時候做圓周運動的部分,它的運動軌跡發生變化,比如此例中的旋翼發生自抬。把一紙條懸空平方,紙條不僅不會承擔起一瓶墨水,還會被墨水瓶壓彎掉落。

但把這張紙條對摺後,摺痕處再掛一瓶墨水,拉起紙條的兩端,在紙條兩端夾角大於90度時也會輕易的把墨水瓶提起。此時紙條兩端的拉力,正如同旋翼旋轉產生的離心力提供的拉起直升機的力。鋼纜為什麼要用很細的鋼絲編織而成?它的抗拉力和橫截面積相同的一整根實心的材料是不是相同的?(前提是多股鋼絲繩橫截面積和實心的要一樣,材料也要一樣,單位長度內重量一樣。)如果若干股細絲承受的拉力之和,和一整條的橫截面積相同的實心體相同,那麼編織起來抗拉力是不是會更強?

如果懸吊旋漿近端或根部可輕鬆吊起直升機,如果吊遠端漿葉會損壞,因為旋轉時升力雖然外圈比內卷大,但是是向軸中央逐浙減小的,因為外圈升力也要通過根部承載,所以近軸處受力仍最大。以軸為中心,越向外圈漿葉受力會逐漸減小,最外側是受力最小的,所以最薄弱。

而吊裝時已沒漿葉升力,靠漿葉外端不能吊起也正常。把直升機直接用螺旋槳架起來屬於單點受力,而螺旋槳旋轉起來產生的升力屬於分布力,最終的受力點通過螺旋槳連接點傳遞到機身,所以連接點的受力強度大於機身重力,但是並不表示螺旋槳上每個部位的強度都能大於機身重力強度。另外大部分直升機通常都是多槳葉的,每個槳葉的承重也有極限。

直升機旋翼槳葉的離心力和拉力一起作用實現可讓直升機起飛的升力。當然這指的是傳統柔性槳葉。現在很多正在研發驗證的高速複合構型直升機採用了剛性槳葉。它們靜止時用外力把直升機抬起來應該是沒問題的。例如卡莫夫的卡92,西科斯基的X2歐洲的X3等等多以雙旋翼共軸外加螺旋槳符合構形方式。

抬風葉端部肯定會斷,如果是抬根部呢?一定不會斷,這說明飛機起升時作用力不是在絕部地方,而是風葉每個地方都受力,打個比方,用承重99斤的扁擔抬100斤的水泥,扁擔一定會斷,這個時候扁擔就好比靜止的風葉,水泥就好比機體,那怎麼抬不會斷呢?好,這需要再來兩人,分別抬扁擔兩端的四分之一處,這樣扁擔就不會斷,旅轉的螺旋槳就好比四個人抬的扁擔,一定不會斷。

有的人說槳面均勻受力能吊起直升機說法是錯誤的,螺旋槳的強度根本不夠。螺旋槳如果不轉起來,那受到全是側向應力會被直接折斷。螺旋槳旋轉產生強大的離心力,和直升機重力形成的合成力,變成了一個軸向的拉力。而拉是不容易被拉斷的。類似你把拉住一個人的手原地轉圈可以把他拉離地面,手卻沒有折斷。

力的作用是相互的,旋翼轉動時對空氣形成了下壓的力,空氣反過來對旋翼形成向上的力,才使直升機向上,旋翼承受的是整個機體的重量,你要說吊,從旋翼根部,也就是傾斜盤處吊,完全可以把直升機吊起來,你要從翼尖吊,肯定會斷,因為槓桿作用,翼尖受力,除了垂直向上的拉力,在旋翼本身還有橫向的應力,受力不均,當然會斷!

抬起靜止的螺旋槳兩端,因為中間部分沒有支撐力,所以兩端上翹,螺旋槳會折斷。 而旋轉的螺旋槳,會因為高速運動,整個頁面產生三個力,一個是離心力,一個是每段翼面都產生了升力。離心力讓螺旋槳拉直,不會上翹,均勻升力把重量受力點從某段機翼,轉移到了槓桿最中心的軸上,最關鍵的是向下產生了風力,風吹到地面反射回來的力量,就可以把直升機的機身重量抵消很多,於是直升機的重量就不會把機翼折斷。

所以關鍵是記憶要旋轉才可以,原理很簡單,就是本來只是一條線,轉快了直升機就會認為這是一個面,一條線承受不起這麼大的重量,但面是無數條線組成的,轉成面時,就會有無數條線來支撐,根據一根筷子被折斷,一把筷子不怕彎的基本原理,直升機就被抬起來了。

角速度帶起來的是離心力,加上葉面角度產生的垂直拉力,整個葉面範圍都可以產生浮力,對機身來說,著力點作用在翼軸本身並且力的方向垂直向上,要知道翼軸最能承受的就是垂直拉力。作者問的是把螺旋槳架起來託不住機身的重量,因為沒有了角速度帶來的水平離心力,力度不能平均作用在葉片的全長範圍內,只是機械作用在葉根,而且不是作用在軸上,真的就只有橫向連接的葉根,而靜止的葉根 根本沒有抵抗縱向力的強度,當然會斷。

如果在槳葉下放一張中間開孔的圓桌子,圓桌子固定在地上,槳葉的受力均勻,是可以承受得了整個飛機的重量的;受力原理和旋轉時空氣託舉一樣。 如果只支撐幾個槳葉尖,是支撐不了整個飛機的重量的,受力不均勻,槳葉靠近圓心的中部受力最大,此部分會折斷。

直升機的機身不可能產生升力,當螺旋槳驅動的氣流接觸直身機機身頂部的時候,機身頂部與氣流幾乎垂直,氣流速度一下子幾乎降到零,在機身頂部形成正壓力;當氣流通過機身側面流到機身底部的時候,氣流加速了,在底部形成負壓。因此機身在螺旋槳的氣流下受到的是向下的力,而不是升力。

或者日常生活中也可以發現,汽車行駛中,空氣相對汽車來說從車頭向車尾流動,就像氣流從直升機頂向機底流動一樣,受到的力都是與氣流方向大概是一致的,因此才需要對汽車車、直升機機身作流線型修整,減少阻力。

複雜解釋需要理解葉素理論,簡單來說,旋翼高速旋轉會產生離心力,而旋翼特殊的翼型又會有升力產生,從而旋轉的旋翼會有一個預錐角,旋翼外端會有一個很大的合力,正是這個合力保證旋翼不折斷。就像一張紙中間放個東西肯定會只撐不住,但是你把紙四邊都拉住,然後中間就可以放相對更重的東西,道理一樣。

直生機受力最大旳地方是一槳軸,槳葉根部,在飛行中,槳葉所受問上旳升力平均分布在槳葉的下迎風面,其而,當槳葉受力時,要問上彎曲,但自身產生的離心力要抵消 I一部分,而你把飛機架起來,獎葉受力在一個點上,這個點離槳軸越遠,能承受重力越小。

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