Varför är vertikal start begränsad till lättare flygplan?

Navigera dina svar
10

Vertikal start är en stor fördel, men varför är det bara begränsat till låg vikt?

Till exempel kan fast vinge som An225 lyfta mer än hundra ton nyttolast, medan den största helikoptern är 25 ton. Varför det inte går att bygga en helikopter kan lyfta 50 - 100 ton. Vad begränsar dem? Ekonomiskt eller tekniskt problem? Jag antar att det är ett tekniskt problem eftersom även den tyngsta helikoptern är bara ett experiment, men vad är det?

    
uppsättning user2174870 14.02.2015 04:43

5 svar

24

I huvudsak kommer det ner till supersoniska rotortips

Med ett plan, i teorin kan du göra det ganska stort så stort du vill - så länge du har starka / lätta material och kan fortsätta lägga till kraft, vågar en flygplan design ganska bra. Större vinge = mer hiss. Så länge du kan göra vingen större utan att den bryts, och så länge du kan lägga till tillräckligt mycket ström för att övervinna extra drag, finns det inte många fasta gränser.

Med en helikopter är vi begränsade av rotortipsen: när de går supersoniska orsakar de många problem.

Så hur producerar en helikopter hiss? Genom att använda rotorer för att trycka ner luften inom en sorts cirkel. För att lägga till mer hiss kan vi (i huvudsak) tre saker.

  • Rotorn roterar snabbare, så det trycker mer luft ner i den cirkel som den redan använder. Självklart gör detta spetsarna snabbare, så vi kan bara göra det i viss utsträckning. Vi har redan träffat denna gräns.

  • Gör rotorns blad längre, så de trycker en större cirkel av luft. Återigen, på grund av karaktären av ett cirkulärt blad rör sig utsidan av ett blad snabbare än insidan. För en viss rotorturtal finns det en fast gräns för hur stora knivarna kan vara. Återigen har vi redan träffat denna gräns

  • Lägg till fler blad, så det finns fler blad som producerar hiss. Det här fungerar i stor utsträckning (varför mindre helikoptrar kan ha två rotorblad, men större har 4, 5 eller mer. Men det går inte att skala på obestämd tid - varje rotor stör varandra, du kan inte bara behålla lägger till mer

    • Det finns andra små modifieringar som vi kan göra, till exempel rotorns luftfläns, men de lägger inte till betydande vinster

    Så, i grund och botten har vi träffat gränsen för vad vi kan lyfta med en enda rotor. Det enda verkliga sättet att lägga till mer lyft nu är att lägga till fler rotorer: gör det mycket mindre effektivt än att bara använda ett flygplan .

    Vilka bringar mig till sista punkten - helikoptrar är mycket ineffektiva och ganska långsamma ... Vi behöver helt enkelt, förutom i några nischomständigheter, bära mer vikt med dem.

        
    svaret ges 14.02.2015 13:16
    8

    Jons svar är korrekt: "Helikoptrar är mycket ineffektiva och ganska långsamma ..."

    Men han saknar en viktig punkt: Helikoptrar är också otroligt bräckliga och känsliga. Även en vanlig en-rotor helikopterflygning är ett mirakel. Det har kallats: "10.000 reservdelar som flyger i nära bild."

    Du kan lägga till fler rotorer för att få mer lyft, Chinook har två rotorer som är en del av varför det kan bära så mycket. Den bakre rotorn ger komplexitet men tar bort behovet av en svansrotor, varför det inte är riktigt 20 000 reservdelar som flyger i nära bild. Men även Chinooks är bräckliga jämfört med C-130s.

    Lägga till motorer lägger till redundans i ett plan. Och kom ihåg att om du är i ett plan och du förlorar en motor (eller alla motorer) kan du fortfarande flyga eller glida till en säker landning.

    Om du befinner dig i en rotorcraft och du förlorar din motor (antingen huvudrotorn eller svansen) eller egentligen någon del av de 10.000 delarna, så är allt du kan göra, be och försök en automatisk rotationslandning. Det blir sämre ju fler rotorer du lägger till, inte bättre. Detta är en av begränsningarna för rotorkraften och varför du för det mesta endast ser flera rotorer (4-, 6-, 8-) som används i obemannade droner utom för några mycket experimentella fordon.

        
    svaret ges 14.02.2015 14:34
    2

    För att en helikopter ska ta av sig vertikalt: $$ Lift \ gt Vikt. $$

    Vikten växer med längd till den tredje kraften ($ l ^ 3 $, vikten är proportionell mot volymen) medan hissen bara växer med $ l ^ 2 $, eftersom den står i proportion till rotorbladets planformområde.

    Mer lyft betyder högre lyftkoefficient och mer planform för rotorbladet. Den maximala cirumferentialhastigheten vid knivspetsarna är begränsad (det finns begränsningen att spetsarna inte kan röra sig vid supersoniska hastigheter). Man skulle behöva styva längre och trapezformiga blad och det finns en strukturell gräns för det möjliga vridmomentet på knivrotten.

    Flygplan som kryssar vid höga subsoniska hastigheter utövar samma flyghastighet vid vilken som helst del längs vingarna, till skillnad från en helikopter som har en $ v = r \ omega $ -förhållande för hastigheten längs rotorbladet. $ v $ är begränsad till subsonisk hastighet.

        
    svaret ges 15.02.2015 18:39
    0

    Kraften som krävs för att hålla höjden vid framflyttning är lägre än den kraft som krävs för att sväva. När horisontell hastighet ($ V_x $) ökar, minskar den inducerade hastigheten ($ V_i $) på skivan och inducerad effekt ($ P_i $) minskar ungefär lika med $ \ frac {1} {V_i} $. Men eftersom $ V_x $ ökar ökar parasitisk effekt ($ P_p $) proportionellt mot $ V ^ 3 $. Profilstyrka ($ P_0 $ - kraften som behövs för att upprätthålla rotorns hastighet) förblir ungefär konstant. Om du kartlägger alla dessa tillsammans med Required Power på y-axeln och framåthastigheten på x-axeln, slutar du med något som ser ut så här:

    Det betyder att det finns en optimal framåthastighet där din effekt minimeras. Detta är viktigt, eftersom maxhastigheten (och lyftkraft) bestäms av din tillgängliga kraft $$ P_ {av} = P_ {tot} - P_i - P_p - P_0 $$. Om du minimerar den kraft som behövs för att hålla flygplanet flyger, har du mer nätkraft för att lyfta andra saker (och för tunga helikoptrar kan de kanske inte ta av sig vertikalt alls). Av den anledningen kommer den maximala stigningsgraden alltid att vara i en viss framfart, och per definition kommer den maximala lyftkapaciteten också att vara i någon framåtgående hastighet. En praktisk demonstration av denna princip är att stora lastlyftare som skyskranen och chinooken alltid tar av med en del framåthastighetskomponent. Det är därför.

        
    svaret ges 18.04.2016 14:43
    -1

    Förutom förhållandet mellan vikt och vikt - som redan är ovanligt beskrivet - slår jag helt och hållet av ekonomiska skäl och säger att bönäknare tittar på kostnaden per start och skakar huvudet.

        
    svaret ges 25.03.2015 19:32

    Läs andra frågor om taggar Kärlek och kompatibilitet Skor Gear 12 Stjärntecken Grunderna

    Can Jag installerar en diskbänk som dränerar i denna golvavlopp? Consequences av att besöka en gård innan de kommer in i USA