【 以下文字轉載自 Weapon 討論區 】
【 原文由 cobrachen.bbs@cis.nctu 所發表 】
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發信人: dasha@Palmarama (大俠), 信區: Military
標 題: 飛機動力系統設計--引擎位置篇
發信站: 台大計中椰林風情站 (Tue Feb 13 11:11:58 1996)
轉信站: Palmarama (local)
上個月vert....(忘了後面怎麼打)兄問的問題,由於忙加上對這東西
比較不熟,隔了這麼久才打,抱歉!今天先提一部份,其它的等後續吧!
飛機動力系統千奇百怪,今天先說說引擎擺在飛機的哪兒會對飛機有
甚影響的東西.
機身內:這種擺法可完全避免引擎艙造成的額外阻力問題,加上滾轉慣性
力矩集中而可使滾轉靈活,因此對追求極限性能的戰鬥機可說是最佳
選擇,匿蹤機為避免引擎艙處理上的麻煩,也傾向用這種方法.這方法
一般的共同缺點是機身內裝不了東西,轟炸機或運輸機因此不常用這
方法設計.而且進氣或冷卻道的設計也很麻煩.這方法其中又可分三類:
引擎放機首:螺旋槳時代常用方法,噴射機只有少數如"裏海怪物"翼地效
應載具或西斑牙Ha200才用.這放法氣流不受機身干擾,且可將加速後
的氣流吹到機翼增加升力(裏海怪物因此採用),對前拉式的螺旋槳尚
可幫助引擎散熱.缺點是機首截面積很可能過大而增大震波及摩擦阻
力,而且所有重東西都集中在前機身,重心附近擠滿東西而沒地方裝油
,飛機作戰半徑會非~~常~~短!!因此WW2末期開始慢慢拋棄這種引擎裝
法.不過重心在前機身可使尾翼力矩拉大,減短造成不穩定的前機身,
因此早期飛機的尾翼都小小的.
機身中段:這主要是螺旋槳飛機的裝法,目的是把重心拉後以多裝些東西,
或減低機首截面積以減小阻力,甚或把引擎保護好.因傳動軸太長,這
搞法出來的螺旋槳飛機好像沒一架好的.連崛越二郎的雷電都有可靠
性嚴重不佳的毛病(雖然性能很棒).倒是一些用這作法的垂直起降機,
如Harrier,及早期用活塞引擎的直升機,都搞得不壞.不過,垂直起降
機要把推力集中在重心上,好像也只能這麼做,很難有別的選擇.英國
也有像海鷹這種怪玩意用這搞法,倒成了很好的打擊機種(引擎很安全
,很難被砲彈打中).還有些擺在中段下方的傢伙如MeP1101 SAAB29等,
可空出一個上機身裝東西,但效果不如引擎放機身外好,且不符面積率
,又因引擎偏前方而略有上述前機身放引擎的缺點,所以並不熱門,但
一度因推進效率好而受歡迎.
機尾處:噴射機要向後噴氣,放這位置是最自然了,波阻也可減小,但進氣
道佔的空間就挺浪費了.螺旋槳機這樣放在WW1初期是為了瞄準方便,
不致打壞前方的螺旋槳,但因推進效率及冷卻不佳,一下就沒了;WW2末
期是為了減少阻力(機首大馬力大直徑引擎阻力非常可怕,空冷星形引
擎當時阻力可數倍於液冷引擎),並放多一點油及彈藥在機身內,如日
本震電及德國Do335即是代表.不過這玩法前機身大,尾翼配平力要很
強(也就是要加大面積)才行,因此Do335搞了雙垂直尾翼,而震電的穩
定性我很懷疑夠不夠好?或許雙垂直尾可以吧!?
機身外:這放法就多了,共同特性是機身內空間大可載物,且動力系統不影
響機身設計而好換好處理,缺點是滾轉慣性力矩通常較大且很影響到
震波阻力而難以高速(也有例外啦!),大概又有以下幾種:
機翼"內":包括3V轟炸機的包在機翼內,或流星的翼樑穿過引擎的方法.這
方式在大型機可使飛機上沒累贅的玩意,達成氣動力設計師的理想;小
型機則是可把引擎趕離機身,加大內載空間.但缺點是厚主翼或引擎艙
會有相當麻煩的震波阻力問題,因此在高速機中好像只有SR-71/YF-12
用這方法.現在噴射機中已很少見這方法了,只剩一些螺旋槳機還用得
很高興.倒是WW2雙引擎戰機幾乎都是用這裝法,因為這些飛機都沒波阻
的問題.另外,雙翼機時代有些大飛機引擎裝在上下兩翼間的結構上,這
就純粹是結構強度問題了.
機翼下方:B-47啟用的方式,因近音速後引擎艙如果還在機翼中會有討厭
的波阻問題,因此要把引擎搬離機翼,結果風洞中發現吊離在下方最好
,因為不會和較早生成的上主翼震波干涉,以後就被大量採用在大型民
航機上.除遷音速區效率高外,還可抵消升力對主翼產生的上向力矩,減
輕機翼結構重量,最近C-17還用氣流吹下方襟翼以大幅增加升力,也很
不錯.缺點除超音速外,還有可能吸入地面雜物(好像吸塵器).另外還有
一種做法是像Me-262直接掛在翼下,這是動力系統不定或隨時要換時的
最佳裝法,省得等引擎,但缺點和裝機翼內相同.
機翼上方:只有一些水上飛機用,尤其是噴射機或大型機,目的及唯一優點
就是吸不到水吧!但維修不易及破壞升力都是缺點.另外像YC-14 An-72
也用此方式做上吹式主翼以增加升力,但上機翼要昂貴材料且增加的總
升力因影響的機翼面積不大而嫌小.
機翼頂端:好像都只有些失敗飛機才這樣搞......但這方式可減輕翼端渦
流衍生阻力,震波問題也比較小,只可惜機翼結構及運油管路的麻煩,沒
一架存活下來.
機身旁莢艙法:這又是一個大族.基本上可空出機身且又不妨礙主翼設計,
引擎尺寸的更換也較容易,雖然還有迎面面積和波阻的問題,但像XB-70
或P-38 MiG-29這種處理法,也使它可用在戰鬥機上.一般好處還有可在
迫降時用引擎保護機身,只是若沒安排好,如Su-25的狀況就反而易使引
擎被地面砲火解決,不如放機身內安全--不過前蘇聯比較怕空中的攔截
者而非地面砲火就是了.民用機採這方式當然是著眼在好擺好修上,比
放機翼下更易做設計上的安排,而且引擎一定不會擺在接近油箱或客艙
處,失事時也安全.不過因難敵放機翼下減輕機翼結構的優勢,現在是漸
少了.
發信人: cobrachen@Palmarama (mustang), 信區: Military
標 題: Re: 飛機動力系統設計--引擎位置篇
發信站: 台大計中椰林風情站 (Wed Feb 14 01:12:04 1996)
轉信站: Palmarama (local)
[本文章經 cobrachen 於 Wed Feb 14 01:14:06 1996 編輯]
==> dasha@Palmarama (大俠) 提到:
老覺得自己蠻「賤」的，每次都要大俠兄先打出一堆，然後自己再來撿輕鬆
的！！:>
先看下面在說吧！
> 機身中段:這主要是螺旋槳飛機的裝法,目的是把重心拉後以多裝些東西,
> 或減低機首截面積以減小阻力,甚或把引擎保護好.因傳動軸太長,這
> 搞法出來的螺旋槳飛機好像沒一架好的.連崛越二郎的雷電都有可靠
> 性嚴重不佳的毛病(雖然性能很棒).倒是一些用這作法的垂直起降機,
> 如Harrier,及早期用活塞引擎的直升機,都搞得不壞.不過,垂直起降
> 機要把推力集中在重心上,好像也只能這麼做,很難有別的選擇.英國
> 也有像海鷹這種怪玩意用這搞法,倒成了很好的打擊機種(引擎很安全
> ,很難被砲彈打中).還有些擺在中段下方的傢伙如MeP1101 SAAB29等,
> 可空出一個上機身裝東西,但效果不如引擎放機身外好,且不符面積率
> ,又因引擎偏前方而略有上述前機身放引擎的缺點,所以並不熱門,但
> 一度因推進效率好而受歡迎.
發動機擺在機身中段比較有名的飛機要算是貝爾的P-36和P-39系列，
發動機擺在機身中段比較可以減輕對重心的影響。但是P-39系列較長
的傳動軸加上很容易漏油的結構，比較不討喜，雖然一般評價不高，
但是在俄國戰場很受歡迎，因為低空性能好，同時機上的35機砲威
力大，還可以兼作反戰車任務。葉格曾經拿這一型飛機去獵羊加菜，
還去替鄰居砍樹，可見機翼真的蠻強的。
MiG-9應該也算是放在機身中段的設計代表，但是這種設計主要是遷就到
進器和排氣的問題，因為早期在進器和排氣的氣流穩定上不是很清楚，
控制上剛碰到這樣的狀況，尤其是排氣，高溫又高速，想要穩定實在穩難，
所以為求氣流的穩定，所以選在機身中段，兩邊兜可以遷就。不過美國
比較沒有這樣的困擾，所以可以將機身放在近尾端的地方。
> 機身外:這放法就多了,共同特性是機身內空間大可載物,且動力系統不影
> 響機身設計而好換好處理,缺點是滾轉慣性力矩通常較大且很影響到
> 震波阻力而難以高速(也有例外啦!),大概又有以下幾種:
> 機翼"內":包括3V轟炸機的包在機翼內,或流星的翼樑穿過引擎的方法.這
> 方式在大型機可使飛機上沒累贅的玩意,達成氣動力設計師的理想;小
> 型機則是可把引擎趕離機身,加大內載空間.但缺點是厚主翼或引擎艙
> 會有相當麻煩的震波阻力問題,因此在高速機中好像只有SR-71/YF-12
> 用這方法.現在噴射機中已很少見這方法了,只剩一些螺旋槳機還用得
> 很高興.倒是WW2雙引擎戰機幾乎都是用這裝法,因為這些飛機都沒波阻
> 的問題.另外,雙翼機時代有些大飛機引擎裝在上下兩翼間的結構上,這
> 就純粹是結構強度問題了.
有關機翼內這個部份，因為一時之間找不到Air International去年10月
和11月號講到M-4這一架飛機時有關的機翼資料（你不知道這一本雜誌？
嗚！我帶回去沒人理:>開個玩笑），先憑記憶說明一下。早期在高速
飛行時發動機如果像以前裝置在機翼前端，會產生很大的阻力，並且影響
機翼上方的氣流穩定，而且當時的試驗結果是機翼厚度要薄，在結構和
氣流的考量下，機翼和機身接合處不僅可以擺脫調機翼無法負重的問題，
氣流的問題也可以不考慮，好像在控制上也有助益（不記得了）。但是
因為機翼結構要發動機部份妥協，實際上會造成結構設計上的複雜，不過
因為那個部份容許較厚的設計，多出來的空間可以放燃料，算是早期
比較好的設計方式。
但是SR-71是要將高倍音速時的震波和震動和機身隔絕，當我回身過去
看我房間內的SR-71的正面素描圖時，我想到一點，這兩片方開的方向舵
是當初設計上的需要還是因為發動機分開之後的副產品？我想多半是
事後者，因為光是方向舵要分開就要動到發動機的設計好像不太合理。
不過重點是SR-71的設計和以前飛機的設計是來自」不同的需求，而且
SR-71的發動機和機身之間還是有一段機翼的。
> 機翼下方:B-47啟用的方式,因近音速後引擎艙如果還在機翼中會有討厭
> 的波阻問題,因此要把引擎搬離機翼,結果風洞中發現吊離在下方最好
> ,因為不會和較早生成的上主翼震波干涉,以後就被大量採用在大型民
> 航機上.除遷音速區效率高外,還可抵消升力對主翼產生的上向力矩,減
> 輕機翼結構重量,最近C-17還用氣流吹下方襟翼以大幅增加升力,也很
這個設計據說是由美國擄獲自德國人的設計資料中發現，經過波音公司
在風洞中試驗後證明的確如資料中所述，同時符合要求而在B-47上首次
採用。這也影響到後來大型飛機的發動機設計方式。另外，除了減輕
機翼上翹的現象，也可以減輕副翼反效的問題。同時對維修和更換
發動機也比較方便。
發信人: kcfan@Palmarama (kc), 信區: Military
標 題: Re: 飛機動力系統設計--引擎位置篇
發信站: 台大計中椰林風情站 (Wed Feb 14 08:36:36 1996)
轉信站: Palmarama (local)
==> cobrachen@Palmarama (mustang) 提到:
> 發動機擺在機身中段比較有名的飛機要算是貝爾的P-36和P-39系列，
^^^^^^
This should be P-63 King
Cobra. P-36 used radial engines, and changed in-line engines to be P-40.
發信人: cobrachen@Palmarama (mustang), 信區: Military
標 題: Re: 飛機動力系統設計--引擎位置篇
發信站: 台大計中椰林風情站 (Wed Feb 14 08:42:32 1996)
轉信站: Palmarama (local)
==> kcfan (kc) wrote:
> ==> cobrachen@Palmarama (mustang) 提到:
> > 發動機擺在機身中段比較有名的飛機要算是貝爾的P-36和P-39系列，
> ^^^^^^
> This should be P-63 King
> Cobra. P-36 used radial engines, and changed in-line engines to be P-40.
抱歉！抱歉，一時手快，打錯了！多謝指證。
另外，有關Ta 154和蚊式間的關係，說實在，書上並沒有指出
其中的關連性，不過從名稱發音和機身設計上的類似，以及計畫提出
的年代，或許多少有一點關係。而且德國直到大戰末期還在發展
雙發動機的戰鬥機，和英國以及日本一樣，方向上有一點失調。
我去查一下有關蚊式的書看有沒有提到。
發信人: dasha@Palmarama (大俠), 信區: Military
標 題: Re: 飛機動力系統設計--引擎位置篇
發信站: 台大計中椰林風情站 (Wed Feb 14 10:39:12 1996)
轉信站: Palmarama (local)
==> cobrachen@Palmarama (mustang) 提到:
> [本文章經 cobrachen 於 Wed Feb 14 01:14:06 1996 編輯]
> ==> dasha@Palmarama (大俠) 提到:
> 老覺得自己蠻「賤」的，每次都要大俠兄先打出一堆，然後自己再來撿輕鬆
> 的！！:>
不會啊!我不是正規訓練出身,有不少東西都帶有"想當然爾"的色彩,才需
要有學過的人幫忙呢!叫您打到時出一堆公式,那還有幾人看得下去?
> 但是在俄國戰場很受歡迎，因為低空性能好，同時機上的35機砲威
> 力大，還可以兼作反戰車任務。葉格曾經拿這一型飛機去獵羊加菜，
> 還去替鄰居砍樹，可見機翼真的蠻強的。
它的引擎位置很好,不易被打中,也是適當攻擊機的原因吧!
> > 機翼"內":包括3V轟炸機的包在機翼內,或流星的翼樑穿過引擎的方法.這
> 嗚！我帶回去沒人理:>開個玩笑），先憑記憶說明一下。早期在高速
> 飛行時發動機如果像以前裝置在機翼前端，會產生很大的阻力，並且影響
> 機翼上方的氣流穩定，而且當時的試驗結果是機翼厚度要薄，在結構和
> 氣流的考量下，機翼和機身接合處不僅可以擺脫調機翼無法負重的問題，
> 氣流的問題也可以不考慮，好像在控制上也有助益（不記得了）。但是
> 因為機翼結構要發動機部份妥協，實際上會造成結構設計上的複雜，不過
> 因為那個部份容許較厚的設計，多出來的空間可以放燃料，算是早期
> 比較好的設計方式。
多謝補充!其實螺旋槳時代還不用高速就已有不少阻力,只是螺旋槳機沒辦法把
引擎亂放......控制上的助益和重心位置及翼後襟副翼可連成一片有關吧!過去襟
翼都被引擎艙切開,我小時做的Do-217及B-26模型都是這裡搞不好,現在噴射機就多
了一些有效翼面了.結構的複雜嘛,螺旋槳時代也和噴射時代一樣啊!只是比放在機身
內要麻煩.這裡看些過去飛機的剖圖(線圖?)也蠻有趣的,像英國流星式翼樑居然穿過
引擎艙!在渦輪前翼樑變成一個整流板一樣的玩意......這東西進氣一定很順......
> 但是SR-71是要將高倍音速時的震波和震動和機身隔絕，當我回身過去
> 看我房間內的SR-71的正面素描圖時，我想到一點，這兩片方開的方向舵
> 是當初設計上的需要還是因為發動機分開之後的副產品？我想多半是
> 事後者，因為光是方向舵要分開就要動到發動機的設計好像不太合理。
> 不過重點是SR-71的設計和以前飛機的設計是來自」不同的需求，而且
> SR-71的發動機和機身之間還是有一段機翼的。
喔!我這段是綜論引擎艙在翼根及在翼中如坎培拉,因此SR-71這種也算在內,
流星引擎和機身間不也有一段機翼?SR-71的做法我看和J-58的衝壓進氣方式也有
關,在那個還用計算尺的時代,只有把引擎獨立開來,才能搞那麼複雜的進/排氣系
設計,否則一但牽扯到邊界層流對進氣的影響......完了!SR-71的性能可不是勉強
撐到3Mach的MiG-25這種爛玩意可比的.XB-70把引擎搞離機身而獨立,也是這個原
因,只是它大飛機有它的好處在,可以不用拉離機身到這程度,搞成莢艙狀就好了.
兩片方向舵應該是一開始就有的吧!這樣穩定才搞得好啊!而且還有匿蹤需求......
只是引擎的分開和發動機分開應該是無關的.
> > 機翼下方:B-47啟用的方式,因近音速後引擎艙如果還在機翼中會有討厭
> 這個設計據說是由美國擄獲自德國人的設計資料中發現，經過波音公司
> 在風洞中試驗後證明的確如資料中所述，同時符合要求而在B-47上首次
> 採用。這也影響到後來大型飛機的發動機設計方式。另外，除了減輕
> 機翼上翹的現象，也可以減輕副翼反效的問題。同時對維修和更換
> 發動機也比較方便。
好幾個地方都說同樣的話.聽說還是在井裏拿到的.其他的也多謝補充了!我
很懶得說明副翼反效現像......反正現在也沒飛機有這種"向右轉變成向左轉"的
事了.
發信人: Wildcat@Palmarama (機械貓), 信區: Military
標 題: Re: 飛機動力系統設計--引擎位置篇
發信站: 台大計中椰林風情站 (Wed Feb 14 14:15:01 1996)
轉信站: Palmarama (local)
==> cobrachen@Palmarama (mustang) 提到:
> 發動機擺在機身中段比較可以減輕對重心的影響。但是P-39系列較長
> 的傳動軸加上很容易漏油的結構，比較不討喜，雖然一般評價不高，
> 但是在俄國戰場很受歡迎，因為低空性能好，同時機上的35機砲威
> 力大，還可以兼作反戰車任務。葉格曾經拿這一型飛機去獵羊加菜，
我記得P-39是裝37mm砲吧﹖
> MiG-9應該也算是放在機身中段的設計代表，但是這種設計主要是遷就到
> 進器和排氣的問題，因為早期在進器和排氣的氣流穩定上不是很清楚，
> 控制上剛碰到這樣的狀況，尤其是排氣，高溫又高速，想要穩定實在穩難，
> 所以為求氣流的穩定，所以選在機身中段，兩邊兜可以遷就。不過美國
> 比較沒有這樣的困擾，所以可以將機身放在近尾端的地方。
Mig-9的代表性似乎還不夠高.與Mig-9同期的Yak-17/23才是標準型的代表作,
為了趕進度生產,把Yak-3系列的機身下貼上一具引擎就成,原來活塞引擎的位置改
為進氣道,從後上方看根本看不出是一架噴射機.
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我愛玩Game，又愛搞飛機，我叫Cobra Chen
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