飞机发动机的新思路
标准手业2013/10/26极客DIY IP:广东
本帖最后由 标准手业 于 2013-10-26 12:25 编辑

根据飞机飞行的原理,其升力来自机翼上下表面不同流速空气的压力差,也有说是机翼前进方向空气阻力在机翼上分力效果的。(有个小实验:在桌面上水平放置硬币上方吹气,可导致硬币飞起。考虑到这个实验,前者的解释更有说服力)发动机的主要功能是向飞机后方高速排气,提供飞机前进的动力。但是我们能不能让发动机提供部分飞机的升力呢?这样的话,飞机的外形可以有更多的选择,甚至可以用来制造飞行汽车什么的。
我设想: 现在的发动机提供的气流可以理解为圆柱体结构的一个空气柱,如果我们的发动机能改成提供扁平状气流层,让该气流层高速通过机翼上表面,就可以在飞机低速甚至静止状态下获得保持悬浮的升力;又或者,迫使该气流通过内截面为上表面平,而下表面有坡度(像飞机机翼上表面那样)的管道,利用管道内上下表面不同流速气流,从而产生相对于管道外低速气体的上下不同的压力差,达到产生管道升力的效果.
这样的想法,我暂时没有实验可以证明。但大家看看,我在分析上是否有问题呢?
来自:综合交流区 / 极客DIY
29
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~~空空如也
metellan
10年6个月前 IP:未同步
650751
你的想法中至少有两处硬伤

第一,“让该气流层高速通过机翼上表面,就可以在飞机低速甚至静止状态下获得保持悬浮的升力”——既然发动机在高速水平向后喷射气体,不管喷出的气流是圆柱还是扁平,飞机怎么可能处于低速甚至静止状态呢?

第二,“迫使该气流通过内截面为上表面平,而下表面有坡度(像飞机机翼上表面那样)的管道,利用管道内上下表面不同流速气流”——一个管道内,无论该管道内截面形状如何,能得到“上下表面不同流速气流”吗?
请想想风洞。

垂直升降、高速固定翼的飞机早已经有了。老的比如“鹞”,新的比如F-35B。
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标准手业作者
10年6个月前 IP:未同步
650757
关于第一点,飞机在起飞时速度不快,否则航母上就用不着弹射器了;另外,如果将高速喷射气体再通过管道引流,反向喷射出,则可以使飞机处于水平方向停止状态,而机翼上方高速气流层则可以提供需要的压力差。
第二点,风洞中的风速是均匀的,那是因为其表面是没有类似机翼上表面那样的坡度,我说的情况就像附图那样子(画得比较丑,但应该能看清楚)。 1.jpg
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标准手业作者
10年6个月前 IP:未同步
650758
“鹞”式的向下喷射的发动机,F35的悬停风扇,悬停方式太耗费燃料,而且其下方风力太大,无法像直升机那样悬停。
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metellan
10年6个月前 IP:未同步
650763
本帖最后由 metellan 于 2013-10-26 18:01 编辑

请你再想想,发动机气流如果不转折(转为向下),飞行器有可能悬停吗?

莫非你要用钢缆系留?


如果转折(所谓转向前方实在有点狗血,就不提了),那和“鹞”有什么区别?你又如何能定性地证明你的想法省油?
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浴血前锋
10年6个月前 IP:未同步
650765
本帖最后由 浴血前锋 于 2013-10-26 18:05 编辑

那只是专家糊弄人的说法,本质是脱离不开力与反作用力的,说白了就是飞机给空气施加多大的向下的力,飞机就会获得多大的升力,也就是反作用力。为获得同样的反作用力,你可以低速推动大量空气,也可以高速推动少量空气。但问题是功率等于单位时间内力X距离,很显然,后者所耗费的功率要比前者大的多,这也是为什么火箭背包注定是个玩意儿而无法实用的根本原因(除非动力能源多到不在乎,且携带十分方便)。
+1
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metellan
2013-10-26
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量子隧道
2014-06-20
回答精彩
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metellan
10年6个月前 IP:未同步
650766
再说,发动机喷流增升也不是什么新东西

有兴趣的话  建议你看看《驭水凌空_“里海怪物”家族史》这个文档

01.jpg

02.jpg
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metellan
10年6个月前 IP:未同步
650768
标准手业 发表于 2013-10-26 17:29
关于第一点,飞机在起飞时速度不快,否则航母上就用不着弹射器了;另外,如果将高速喷射气体再通过管道引流 ...


你再想想,在流体力学中,像你那样的管道中如果出现流速不均匀,到底应该是哪里快,哪里慢?
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hsieh
10年6个月前 IP:未同步
650927
本帖最后由 hsieh 于 2013-10-27 17:01 编辑

這種設計已經有了,稱為channel wing aircraft

轉自維基

Channel_wing_aircraft.png
640px-Custer_CCW-5_N5855V_(rear)_MAAM_Reading_PA_27.04.04R_edited-2.jpg
640px-Antonov_Izdeliye_181.jpg


Channel wing
From Wikipedia, the free encyclopedia


The channel wing is an aircraft wing principle developed by Willard Ray Custer in the 1920s. The most important part of the wing consists of a half-tube with an engine placed in the middle, driving a propeller placed at the rear end of the channel formed by the half-tube.

In 1925, Willard Custer had himself observed how very strong winds had managed to lift the roof of a barn. Custer realized it was the high velocity of the wind that created this suction, even when the barn itself was obviously not moving. He started studies into this phenomenon, and by 1928 he had made the first models of a wing with a half-tube-formed section instead of the usual wing profile. This was patented in 1929. Development of the half-tube channel wing was then refined further, and on November 12, 1942, the CCW-1 (Custer Channel Wing 1) airplane was flying for the first time. Custer built additional experimental aircraft; the last one was CCW-5, of which a few were manufactured in 1964.
Functional principle[edit]



Sketch of channel wing (seen from front)
Custer's summary of his invention was that the key to the lift created by a wing is the velocity of the stream of air passing over the wing, not the velocity of the airplane itself: It's the speed of air, not the airspeed!
A wing functions because the air over the wing has a lower pressure than the air under it. The conventional aircraft must reach a significant minimum speed before this pressure differential become large enough that it generates sufficient lift to become airborne.
In Custer's channel wing the rotating propeller will direct a stable stream of air backwards through the channel. A propeller will at the low pressure side normally be supplied by air from all directions. Since the half-tube prevents air from being drawn from below, the air will be sucked through the channel instead. This creates a strong low pressure area in the channel, which again generates a lift.
Applications and limitations[edit]

The layout was for a long time not successfully proven in an aircraft, even though Custer showed theoretically and experimentally that the principle was capable of vertical flight. Since they were built with conventional rudders needing some minimum airspeed to be functional, none of the aircraft designed by Custer were capable of full vertical takeoff, but instead were characterized as STOL (short takeoff and landing). The required runway for takeoff was very short, however, 200 feet (61 m) for the CCW-1, 66 feet (20 m) for the CCW-2, with a take off speed of as low as 20 miles per hour (32 km/h). Full vertical takeoff is theoretically feasible, but would require additional modifications and means of control.
Custer investigated both aircraft with pure channel wings as well as aircraft with additional conventional wings located outside of the channels. The construction functions very well at relatively low speeds. At higher speeds, at high propeller RPM, oscillations would occur in the areas around the propeller, causing increased noise as well as creating long term destructive vibrations in the structure.
The twin engine layout featuring two channel wing features, was the most tested configuration. The twin layout had a higher risk of loss of control during a single engine failure situation, and required very high nose up attitude for STOL flight compared to conventional twin engine aircraft.[1]
Two of Custer's CCW aircraft survive. The CCW-1 is located at the Smithsonian′s National Air & Space Museum in Suitland, Maryland. The CCW-5, which was based on the Baumann Brigadier executive aircraft, is exhibited at the Mid-Atlantic Air Museum in Pennsylvania.
Later, research performed by NASA concluded that the advantage in lift and field length performance achieved did not offset the layout's many deficiencies in climb and high speed ability, and problems meeting certification requirements for general aviation.[2] The main issue is that the semi-circular beam wing configuration incurs increased profile drag and weight penalties over a conventional wing of the same lifting planform, and a common straight wing could provide almost the equivalent lift enhancement when exposed to the same slipstream induced increased dynamic pressure.
Hybrid Channel Wing[edit]
From 1999-2004 A joint research project led by Georgia Institute of the Technology Research Institute in Atlanta was funded by Langley Research Center. Aircraft were tested using channel wing principle layouts with circulation control devices that leveraged the Coandă effect. Performance of the wing was increased, and angle of attack was lowered, reducing some of the drawbacks of the design. The resultant design has been patented.[3] Channel_wing_aircraft.png
640px-Custer_CCW-5_N5855V_(rear)_MAAM_Reading_PA_27.04.04R_edited-2.jpg
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标准手业作者
10年6个月前 IP:未同步
651034
[s:4]不博览是要不得滴!
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标准手业作者
10年6个月前 IP:未同步
651035
为什么这样的设计在其他飞机上很少见呢?是否是因为缺陷?
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daxus
10年6个月前 IP:未同步
651052
效率问题,其实直升机就已经是很完美的方案了[s:12]
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标准手业作者
10年6个月前 IP:未同步
651161
如果是这个理由完全就没有辩驳的可能了
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标准手业作者
10年6个月前 IP:未同步
651602
hsieh 发表于 2013-10-27 16:43
這種設計已經有了,稱為channel wing aircraft

轉自維基


维基百科如何查询效率更高?
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kknd
10年6个月前 IP:未同步
651624
metellan 发表于 2013-10-26 17:00
你的想法中至少有两处硬伤

第一,“让该气流层高速通过机翼上表面,就可以在飞机低速甚至静止状态下获得 ...


这个想法一点都不可笑,
其实利用这个原理的飞行器早就有了。。。
毛子的各种大爷们在很早以前就做了各种巨大的地效飞行器,
其中大多数都利用了这个原理,
让发动机对着机翼上表面喷射高速气流而增加升力。。。

01706740.jpg

01706741.jpg

1158867541.1271649292.jpg

1355972207900.jpg

200741292458208.jpg

U125P4T8D1441479F107DT20081107145744.bmp

050608milplane.jpg

00309072.jpg

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metellan
10年6个月前 IP:未同步
651631
本帖最后由 metellan 于 2013-11-1 14:47 编辑

楼上,你那个东东是静止的?

请你看看我在7楼引用的文字内容的图片是啥?
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标准手业作者
10年6个月前 IP:未同步
651794
本帖最后由 标准手业 于 2013-11-2 15:45 编辑

kknd 发表于 2013-11-1 13:29
这个想法一点都不可笑,
其实利用这个原理的飞行器早就有了。。。
毛子的各种大爷们在很早以前就做了各 ...


额,我的想法不是地效飞行器。谢谢你的支持。我的想法是通过造成上下内表面风速差异,使腔体产生升力。也就是说,希望飞机在达到起飞速度前,在其进出管道(这个管道应该是扁平的,且上下内表面积足够大)内,利用高速流动的气流产生足以抬起飞机的升力。这样飞机起飞距离可以极短。因为发动机产生的风速数倍于飞机飞行的速度。
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感情时候心意
10年1个月前 IP:未同步
681251
楼主心痛了吧
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标准手业作者
10年1个月前 IP:未同步
682110
感情时候心意 发表于 2014-4-10 19:06
楼主心痛了吧


不是心痛,一个想法被证明没有出路而已。典型的排除法。
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slngen
10年1个月前 IP:未同步
682140
你的意思是增大空气流面来减小每份空气对飞机的压强从而更省力?
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标准手业作者
10年1个月前 IP:未同步
682269
slngen 发表于 2014-4-13 18:58
你的意思是增大空气流面来减小每份空气对飞机的压强从而更省力?


不是的,增加其流面,没有意义,那和增大机翼面积一样。我的意思是这样的:推进飞机前行的气流,能否通过一个存在上下路径距离差异的管道时,产生对管道上下壁压力差,从而得到升力。
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jiang248660720
9年10个月前 IP:未同步
696527
本帖最后由 jiang248660720 于 2014-6-20 20:11 编辑

kknd 发表于 2013-11-1 13:29
这个想法一点都不可笑,
其实利用这个原理的飞行器早就有了。。。
毛子的各种大爷们在很早以前就做了各 ...


地效飞行器 是靠机翼下方的气垫升力吧,因为距离地面较近时,机翼下方气流会减速、
所以把气流吹向下方,能增加这种气垫,就像气垫船。
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hnxcxhl
9年10个月前 IP:未同步
696566
楼主,这个现在已经有了,和你说的原理一样一样的。叫做附壁效应飞行器。

下面是资料,你可以扩展一下:

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/link?url=2-VExROyPZFtZoN0_QPWVUz836oAbsS5dYiFL1fdmLkR3xJZ5uxEqwrUxONdshOy
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hnxcxhl
9年10个月前 IP:未同步
696567
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千斤拨四两
9年10个月前 IP:未同步
696577
毛子的东西太霸道了,傻大笨粗~
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samhrc
9年10个月前 IP:未同步
696649
jiang248660720 发表于 2014-6-20 20:08
地效飞行器 是靠机翼下方的气垫升力吧,因为距离地面较近时,机翼下方气流会减速、
所以把气流吹向下 ...


不是~ 发动机尾流喷向机翼表面也提供升力。仔细看照片,发动机喷口都在机翼平面上。
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jiang248660720
9年10个月前 IP:未同步
696650
samhrc 发表于 2014-6-21 14:57
不是~ 发动机尾流喷向机翼表面也提供升力。仔细看照片,发动机喷口都在机翼平面上。


我只是反驳这飞机的原理 跟地效飞行器不一样,还有发动机的气流才多大面积?要加大面积只能增加铉长,所以这个想法不实用
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samhrc
9年10个月前 IP:未同步
696654
地效飞行器只靠尾流附壁提供部分升力而不是全部升力。

机翼面积过大或者气动翼弦太长的话,更容易发生气流分离导致失速。
基本不可行将一片机翼做的非常大。你看早期飞机速度低升力不足,怎么只有有双翼的,而没有超大单机翼的。

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拔刀斋
9年10个月前 IP:未同步
696658
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/aircraft/lockheed-f104-starfighter_XXXXml

其机翼设计尤为特殊。为了抑制飞机在俯仰轴和航向轴产生耦合动作(即荷兰滚)的趋势,机翼采用了高达 10 度的下反角。机翼平面形状为小后掠角的平直翼系列。翼展极小,仅有 6.68 米!以至于试飞员第一次见到 XF-104 时竟然问到:“机翼在哪儿?”翼根和翼尖的相对厚度均只有 3.36%。由于机翼弦长小,翼根绝对厚度也很小,只有 0.105 米!机翼前缘半径更是小到令人瞠目的地步——只有 0.41 毫米!有人开玩笑说,这已经可以拿去切牛排了。这样特殊的机翼根本无法以常规方法制造,而且常规结构也无法保证其强度,所以 F-104 的机翼实际上就是用实心钢板铣出来的。为了减阻,其机翼面积也相当小,仅有 18.22 平方米。

  为了降低起降速度,F-104 还采用了附面层控制技术(也就是现在的“吹气襟翼”),从而成为世界上第一架采用这种技术的战斗机。常规襟翼放下后,在其上表面会产生紊流,从而导致襟翼效率下降。F-104 则从发动机第 17 级压气机处引气至襟翼、机翼结合部,当襟翼放下至 15 度时,引气系统开始工作,当襟翼达到 45 度最大偏度时,引气系统也处于全开状态。高压气流从襟翼铰链线处的狭缝沿襟翼上表面喷出,给当地附面层补充能量,减小了由于附面层分离而导致的紊流,从而提高了襟翼效率,F-104 的失速速度因此减小了 15 节!全展向前缘襟翼和后缘襟翼联动,用于飞机起降和低速机动。副翼比较特别,只能单向偏转,并且受后缘襟翼影响,当后缘襟翼处于全放下位置时,副翼只能达到最大偏角的 65%。
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MayDay11neo73
4年1个月前 IP:河北
873722

无标题.png

把发动机设计成升力体,也能像机翼一样产生升力,在放下襟翼,升力肯定大大提升

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