Re: [問題] 螺旋槳與噴射引擎裝在機翼的方式

[ewings (火星人當研究生)]

※ 引述《cgy (北台灣東部丘陵線籌備處)》之銘言：
: ※ 引述《volup (科抖科)》之銘言：
: : 有個問題小弟心中一直不解
: : 就是為何同樣是裝在機翼上的引擎
: : 噴射引擎通常會連在一個像派龍一樣的掛架向前向下延伸，
: : 螺旋槳引擎就會直接像被機翼貫穿一樣，裝在機翼中央呢?
: 螺旋槳的飛機定型的原因不外乎幾個問題
: 螺旋槳獎葉旋轉所需要淨空較高，拉一個派龍架下來，會跟地面太接近，
: 另一、二戰年間的大型運輸機，的發動機是需要有人在旁邊顧者(基本上
: 大型機機翼不是一片的，而是像BOX一樣的東西，是有空間的)，發動機
: 調一個派龍架下來，機械人員無法監控發動機的狀況(尤其一、二戰之間
: ，機械式很多設備還沒有成熟，多發動機的狀況無法顯示在前艙上，現場
: 機械人員就近看管(風起了容克斯G.38可見一般)。
: 時代過去了，飛機要求更大的航程，活塞發動機也較穩定，那些空間轉換成為
: 燃油存放空間。
: (P.S. 剛開始機翼是帆布加木頭的多翼機，所以發動機會注意到是放在兩個機翼
: 中間，也可以說是掛起來的，飛機飛得慢又不高，機械人員可以隨時走到機翼上
: 去看發動機狀況)

: 噴射機剛投入於世界中，發動機的位置大概只有一個地方可以放，另外一個就是機翼裡面
: ，因為噴射發動機管路比起活塞來得多，如果塞在機身裡面，便無法武裝，另如轟炸機
: ，英國流星式轟炸機，就是嵌在機翼裡面，倒也沒什麼不好，倒是德國Me262發動機位置是在
: 機翼下面，嚴格來說他是跟主翼共用結構，還不是現在的派龍架下來。
: (噴射機剛出來挾者是速度很快，螺旋槳追不上，但是機動性不好，很少會拿來跟纏鬥
:  Me262 出來就是專打盟軍轟炸機)
: 二戰打完了，迎來世界空運發展高峰，歐洲人在航太市場上又拔得頭籌，英國推出
: 彗星式客機，首次使用在民用噴射機，也是將四具發動機都嵌在機翼裡，但是只能說
: 當年噴射發動機技術不是這麼好，金屬碎片常常會危害旁邊的發動機和機翼，而且嵌在
: 機翼發動機不是這麼好維修。1947年美國在玩B-47戰略轟炸機，B-47的噴射發動機
: 位置就是用派龍架裝噴射發動機，彗星式並沒有使用B-47吊掛設計，英國人認為美國B-4
: 7轟炸機，發動機外掛是最醜的外型設計，不過事實證明發動機外掛，是比較好維修，
: 也比較安全。
: 雖然彗星式客機退場並不是因為主要發動機設計位置，但是後來客機就很少採用內嵌
: 是噴射發動機，就算是turbojet，當然現有渦扇發動機更不可能放到機翼裡面。
: 不過英國人很執著於發動機內嵌的設計，後續英國3v (勝利者、火神、勇氣)轟炸機全部
: 採用發動機內嵌機翼方式，發動機內嵌會讓機翼外型空氣阻力較為乾淨，
: 當然turbo fan與turbo jet 產生出來的動力與外型阻力一定有相互評估之後，使用
: turbofan。

  大型客機使用掛架式設計的其他次要理由cgy已經講完了，這邊我再講講主要理由吧

  最主要的理由在於減少阻力，或者更精確的講是高次音速阻力....


  雖然使用掛架設計會大幅增加機體表面積，使摩擦阻力提高，但是掛架式設計有個

  最大的優點，能夠使高次音速阻力大幅降低，這個優點就是引擎能裝在機翼的前面


  引擎能裝在機翼前面和減少阻力有啥關係?? 這個就要回到二戰時期的德國，

  在Albert Betz博士進行大量的實驗，證實前/後略翼在穿音速領域可以大幅減少

  阻力提高性能，德國便開始設計各種前/後略翼的新型戰機


  在實驗中它們發現要評估新型後略翼在高次音速的阻力非常的困難，只能靠實驗

  方式進行設計。而這時容克公司的研究員發現一個簡單的方法，可以粗略的預估

  是否會產生過大的阻力，而這個方法現在就稱為"面積法則"


  依照流體力學的理論，要計算超音速阻力需要把整架飛機的所有蒙皮上的阻力配

  合震波全部積分起來才算得出來，困難度不亞於今天計算隱形戰機。而容克公司

  的研究員發現，如果讓飛機的截面積隨著軸線的變化較平緩時，阻力便會較低，

  利用這個法則在設計時就可以比較簡單估算阻力，不需要大量計算


  這個定理在1952年被美國工程師重新發現，結果便是可樂瓶設計的機身，為了順

  應機翼帶來的截面積，反過來減少機翼附近的機身面積來維持截面積變化平緩


  而當年的容克飛機公司則是採用另一種思路..........

  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/28/Patent_932410_Seite_5.gif

  直接用額外的莢艙增加截面積，使截面積變化更加平順


  看到這邊我想比較聰明的人已經明白了，現在的客機引擎正是扮演前方莢艙的角色

  也因為使用了掛架設計，所以引擎能擺在機翼的前方，使截面積變化能更平緩，也

  大幅的減少了高亞音速阻力，如果引擎裝在機翼裡就享受不到這個優點，而且因為

  機翼部分的截面積變化更劇烈，帶來大量的阻力


  至於有沒有其他設計能到達與掛架設計一樣效果的方法? 俄國的Tu-124將引擎裝在

  翼根處，並且將進氣道延伸到機翼前緣之前，利用進氣道增加的截面積來滿足面積

  法則，但是這種方法不適合兩顆發動機以上，也就只有俄國採用，其他同樣將引擎

  裝在翼根的國家，在面積法則重新發現後，就多半放棄在客機上使用翼根設計

  另外機翼後方的大型尾桁也是具有同樣延緩截面積變化的效用



  螺旋槳客機Tu-114其實也有相同的考量，將引擎艙大幅的向前後延伸，也是利用引擎

  艙來滿足面積法則。 至於其他螺旋槳客機多半飛不到那麼快，所以隨便裝也沒差

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  諾貝爾和平獎的得主與航太工程師的不同之處在於...
  前者只能打打嘴砲看看能不能打動想打仗的領導人和腦殘的追隨群眾
  後者直接讓武器的價格上漲600倍

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推 kerbi: 推
推 gort: push!
推 sigsig: E大出現了........大推啊！！！！
推 prussian: 必須推
推 summerleaves: Area rule 主要是用在 突破音速上吧
→ ewings: 只要速度超過0.6馬赫，壓縮效應就開始顯著，震波阻力就開
→ ewings: 始出現
推 summerleaves: wave drag 起碼要到 transonic 0.8 吧, 0.6 早了點
→ ewings: 0.8是幾乎都會出現，但是0.6以後就有機會出現，要看飛機
→ ewings: 的臨界馬赫數是多少。像P-38就是0.69開始
推 hclee524: 請正名後"掠"翼 謝謝 後"略"翼中文看起來感覺怪怪的
推 Chiardy: 在那個噴射機起步的年代，工程師和試飛員都很了不起！
推 QuentinHu: 推  看完cgy這篇馬上想推不是主因 XDDDD
→ QuentinHu: 現代噴射客機巡航速率大概都0.8~0.85m 不用掛艙不行