多种升力风扇将助力飞机垂直起降

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 15:25:20
升力风扇有可能成为将来垂直起降飞行器的主要升力来源,是一种节能高效的升力部件。为什么升力风扇会成为将来垂直起降飞行器的主要升力来源,首先得了解下什么是升力和升力的来源。
一、什么是升力
百度一下,从百科上解释升力就是向上的力,使你上升的力,有很多种了,一般都是说在空气中,也就是向上的力大于向下的力,其合力可以使物体上升, 这个力就是升力。
二、升力的形式
依据百科上升力的解释,升力的来源就可以界定主要的两大类,一类是喷气反(冲)作用力升力(在这里,请不要纠结反冲力与反作用力的区别),一类是翼型升力。
    反(冲)作用力升力在现实中主要有两种,一种是不依赖空气的火箭发动机,应用主要是火箭导弹等。一种是依赖空气的喷气升力发动机,主要是早期垂直起降飞机用,如英国的鹞式垂直起降战机和前苏联的雅克垂直起降战机。这种升力有个特点,就是发动机推力方向与升力方向相反,在一条直线上,大小可以说发动机的推力F就等于向上的升力F(如左下图),飞行器的总重量是不能大于发动机的推力的,否则就无法起飞。

翼型升力就是指依靠一定形状与空气相互运动从而产生向上的升力,飞机的机翼就是个最典型的例子。在这种升力中,发动机的推力只为机翼提供平移的速度,而机翼升力的大小不仅与机翼平移速度有关,还与翼型、机翼面积和角度等有关。这时发动机的推力方向与升力方向垂直,发动机在同样推力F下,只要飞行速度、机翼面积和机翼迎角等合理增大的情况下,产生的升力会比发动机推力大得多(2倍推力F、3倍推力F或n倍推力F,如右上图),这是一种以小推力转换成大升力的过程,是一种巧妙的转换。这也就让我们明白了为什么区区两台发动机就能让庞大的客机翱翔蓝天的原因,如果把这两台发动机竖起来安装在客机上是万万不能把客机托举起来的。
火箭(导弹)等可能在大气层外飞行,所以用喷气反冲升力是必须的,但代价是昂贵的,只有国家才玩得起。那么像鹞式雅克那样的喷气反冲升力的垂直起降就不明智了,燃料消耗大,航程短,起飞重量小等缺点明显。而翼型升力用很小的发动机推力就能产生很大的飞行升力,所以适合大众化的飞行,应用也最广泛。
三、机翼、旋翼与风扇三部曲
机翼虽然升力大,但它的运动方式是平移,无法实现垂直起降,所以旋翼就产生了。实际上旋翼可以理解成以旋转运动方式的“机翼”,因为旋翼的每一个叶片的形状与机翼结构相似,基本以相同的原理获取升力,所以就造就了随意起降任意悬停直升机。
但直升机的平飞速度太慢了,如果把直升机的垂直起降本领与飞机的高速平飞结合起来,就成了垂直起降飞机。前面分析过,像鹞式这样的发动机喷气升力的垂直起降方式行不通,所以只剩下以直升机这样的翼型升力了。但桨叶少,面积庞大的直升机旋翼是无法结合到飞机身上的,怎么办?美国的隐形垂直起降战机F-35B给我们提供了很好的思路,这就是把旋翼桨叶片的数量增多,变成了风扇,这样直径虽然比旋翼小,但叶片多,与空气的有效作用面积增大,升力也大增了,因此,就可以安装到机身内了,提供强大的垂直起降升力。

四、传统风扇的不足
风扇的升力与飞机机翼获取升力的方式差不多,发动机推力让叶片旋转运动,升力与推力旋转方向垂直,也是一种以小推力换大升力的过程。但风扇的小推力换大升力的过程不如飞机机翼获取升力效率高,这主要因为它们运动方式的不同。

如左上图,飞机的机翼是平移运动,机翼A和B处等各部位的运动状态保持一致,这样机翼与空气相互作用的效果最好。而风扇(旋翼、螺旋桨)是旋转运动,如右上图,A处与左图移动同样距离,但B处只移动很小的距离,所以越到圆心线速度越低(直到0),效率也越来越低,无论叶片如何扭曲补偿,都改变不了本质上的缺欠。并且,众多的叶片汇聚到圆心在高速旋转的离心力作用下可靠性也是个考验。
五、嵌套式升力风扇
我们现在的航空技术没有出现重大突破性的技术改进,我认为其原因是旋转这种运动方式应用的太简单。以旋转方式工作的螺旋桨、旋翼和风扇等简单实用,可靠性好,得到了广泛的应用。但成也旋转,败也旋转,上面分析过,这种以旋转的运动方式有本质的缺欠,这是无法克服的。要想有更进一步的技术突破,只能扬长避短,可以把风扇分若干层嵌套在一起,如下图的两层嵌套式风扇,内层实际上就是个小圆形风扇,外层实际上就是个风扇环。
  
这种分层嵌套式升力风扇通过两层之间的一定传动比的驱动轴齿轮来实现两层风扇外缘线速度的一致,这样风扇的效率就高了。

六、矩形升力风扇
分层嵌套式升力风扇虽然有了一定的改进,但旋转方式的本质缺欠还没有解决,所以要进行创新。那风扇如何进行创新?就得抛弃存在问题的运动方式——旋转,采用第二个基本运动方式——平移。也就是说,让风扇的叶片平移运动,扇动空气产生升力(如下图所示),这就是矩形升力风扇。   
    矩形升力风扇采用双层扇叶设计,这是为了扇叶的复位循环,在上层平移运动到左侧后移动到下层叶片倾角转变后再平移运动到右侧,然后再移动到上层再倾角转变后周而复始。

每片扇叶就像一个个小机翼以一定的仰角在平移运动,不存在旋转的状态不均的问题,所以效率最高,升力最大。

叶片两端的盒子里安装有叶片运行及角度调整机构,保证叶片在理想状态下运行。
    它可以设计任意尺寸的长方形,可以超薄设计,所以有较强的适应性,安装在飞机的机翼上会产生强大的升力,让飞机的垂直起降真正进入实用化的航空时代。
   

  













升力风扇有可能成为将来垂直起降飞行器的主要升力来源,是一种节能高效的升力部件。为什么升力风扇会成为将来垂直起降飞行器的主要升力来源,首先得了解下什么是升力和升力的来源。
一、什么是升力
百度一下,从百科上解释升力就是向上的力,使你上升的力,有很多种了,一般都是说在空气中,也就是向上的力大于向下的力,其合力可以使物体上升, 这个力就是升力。
二、升力的形式
依据百科上升力的解释,升力的来源就可以界定主要的两大类,一类是喷气反(冲)作用力升力(在这里,请不要纠结反冲力与反作用力的区别),一类是翼型升力。
    反(冲)作用力升力在现实中主要有两种,一种是不依赖空气的火箭发动机,应用主要是火箭导弹等。一种是依赖空气的喷气升力发动机,主要是早期垂直起降飞机用,如英国的鹞式垂直起降战机和前苏联的雅克垂直起降战机。这种升力有个特点,就是发动机推力方向与升力方向相反,在一条直线上,大小可以说发动机的推力F就等于向上的升力F(如左下图),飞行器的总重量是不能大于发动机的推力的,否则就无法起飞。

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2014-11-11 21:04 上传


翼型升力就是指依靠一定形状与空气相互运动从而产生向上的升力,飞机的机翼就是个最典型的例子。在这种升力中,发动机的推力只为机翼提供平移的速度,而机翼升力的大小不仅与机翼平移速度有关,还与翼型、机翼面积和角度等有关。这时发动机的推力方向与升力方向垂直,发动机在同样推力F下,只要飞行速度、机翼面积和机翼迎角等合理增大的情况下,产生的升力会比发动机推力大得多(2倍推力F、3倍推力F或n倍推力F,如右上图),这是一种以小推力转换成大升力的过程,是一种巧妙的转换。这也就让我们明白了为什么区区两台发动机就能让庞大的客机翱翔蓝天的原因,如果把这两台发动机竖起来安装在客机上是万万不能把客机托举起来的。
火箭(导弹)等可能在大气层外飞行,所以用喷气反冲升力是必须的,但代价是昂贵的,只有国家才玩得起。那么像鹞式雅克那样的喷气反冲升力的垂直起降就不明智了,燃料消耗大,航程短,起飞重量小等缺点明显。而翼型升力用很小的发动机推力就能产生很大的飞行升力,所以适合大众化的飞行,应用也最广泛。
三、机翼、旋翼与风扇三部曲
机翼虽然升力大,但它的运动方式是平移,无法实现垂直起降,所以旋翼就产生了。实际上旋翼可以理解成以旋转运动方式的“机翼”,因为旋翼的每一个叶片的形状与机翼结构相似,基本以相同的原理获取升力,所以就造就了随意起降任意悬停直升机。
但直升机的平飞速度太慢了,如果把直升机的垂直起降本领与飞机的高速平飞结合起来,就成了垂直起降飞机。前面分析过,像鹞式这样的发动机喷气升力的垂直起降方式行不通,所以只剩下以直升机这样的翼型升力了。但桨叶少,面积庞大的直升机旋翼是无法结合到飞机身上的,怎么办?美国的隐形垂直起降战机F-35B给我们提供了很好的思路,这就是把旋翼桨叶片的数量增多,变成了风扇,这样直径虽然比旋翼小,但叶片多,与空气的有效作用面积增大,升力也大增了,因此,就可以安装到机身内了,提供强大的垂直起降升力。

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2014-11-11 21:05 上传


四、传统风扇的不足
风扇的升力与飞机机翼获取升力的方式差不多,发动机推力让叶片旋转运动,升力与推力旋转方向垂直,也是一种以小推力换大升力的过程。但风扇的小推力换大升力的过程不如飞机机翼获取升力效率高,这主要因为它们运动方式的不同。

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2014-11-11 21:05 上传


如左上图,飞机的机翼是平移运动,机翼A和B处等各部位的运动状态保持一致,这样机翼与空气相互作用的效果最好。而风扇(旋翼、螺旋桨)是旋转运动,如右上图,A处与左图移动同样距离,但B处只移动很小的距离,所以越到圆心线速度越低(直到0),效率也越来越低,无论叶片如何扭曲补偿,都改变不了本质上的缺欠。并且,众多的叶片汇聚到圆心在高速旋转的离心力作用下可靠性也是个考验。
五、嵌套式升力风扇
我们现在的航空技术没有出现重大突破性的技术改进,我认为其原因是旋转这种运动方式应用的太简单。以旋转方式工作的螺旋桨、旋翼和风扇等简单实用,可靠性好,得到了广泛的应用。但成也旋转,败也旋转,上面分析过,这种以旋转的运动方式有本质的缺欠,这是无法克服的。要想有更进一步的技术突破,只能扬长避短,可以把风扇分若干层嵌套在一起,如下图的两层嵌套式风扇,内层实际上就是个小圆形风扇,外层实际上就是个风扇环。

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2014-11-11 21:07 上传

  
这种分层嵌套式升力风扇通过两层之间的一定传动比的驱动轴齿轮来实现两层风扇外缘线速度的一致,这样风扇的效率就高了。

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2014-11-11 21:08 上传


六、矩形升力风扇
分层嵌套式升力风扇虽然有了一定的改进,但旋转方式的本质缺欠还没有解决,所以要进行创新。那风扇如何进行创新?就得抛弃存在问题的运动方式——旋转,采用第二个基本运动方式——平移。也就是说,让风扇的叶片平移运动,扇动空气产生升力(如下图所示),这就是矩形升力风扇。   
    矩形升力风扇采用双层扇叶设计,这是为了扇叶的复位循环,在上层平移运动到左侧后移动到下层叶片倾角转变后再平移运动到右侧,然后再移动到上层再倾角转变后周而复始。

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2014-11-11 21:14 上传


每片扇叶就像一个个小机翼以一定的仰角在平移运动,不存在旋转的状态不均的问题,所以效率最高,升力最大。

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2014-11-11 21:15 上传


叶片两端的盒子里安装有叶片运行及角度调整机构,保证叶片在理想状态下运行。
    它可以设计任意尺寸的长方形,可以超薄设计,所以有较强的适应性,安装在飞机的机翼上会产生强大的升力,让飞机的垂直起降真正进入实用化的航空时代。

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2014-11-11 21:16 上传

   

  













如果空间允许,发动机推力够大,感觉还是将发动机的高速喷气引向机腹更好些


我帮LZ补个链接,不知道帖子里面提到的问题,LZ找到解决方案了吗?
http://bbs.tiexue.net/post_5874321_1.html
      [url]http://lt.cjdby.net/thread-1355595-1-1.html[url]

我帮LZ补个链接,不知道帖子里面提到的问题,LZ找到解决方案了吗?
http://bbs.tiexue.net/post_5874321_1.html
      [url]http://lt.cjdby.net/thread-1355595-1-1.html[url]
圆周运动至少可以很容易提高转速,矩形风扇很难想象能够高速运转,楼主是准备用链条还是用啥啊?


实现上有点困难,这几个叶片可是要承受等于飞机重量的升力的,而且速度又很大。
但是实话说思路很好,从本质上思考确实对路。
希望还在进一步再深入思考一下,不要停留在矩形这个阶段。
如果能走过这一步,应该能搞出更实用的设计来。

实现上有点困难,这几个叶片可是要承受等于飞机重量的升力的,而且速度又很大。
但是实话说思路很好,从本质上思考确实对路。
希望还在进一步再深入思考一下,不要停留在矩形这个阶段。
如果能走过这一步,应该能搞出更实用的设计来。
我记得很多年前就有军迷提过这个矩形方案了啊,不知道是不是楼主,我还是跟以前意见一样,这个方案过程复杂,故障率恐怕高,能量损耗大。
把生力风扇装到翅膀上,就变成了鱼鹰
2014-11-12 08:03 上传



这种“矩形升力风扇”就类似于离心式风扇。
其实问题没有那么复杂。垂直起降升力的核心是如何在有限的时间里移动最大立方米的空气。

在<任何人想为俄毛的雅克141涂脂抹粉,省一省吧!>的帖子就触及这一问题。