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把普通飞机做大10倍,包括做大发动机,是不是就可以是大飞机了?

作者:Anita 发布时间: 2022-08-19 16:39:45

简介:】这个问题力学老师曾经讲过,先说结论,后科普原理。
如果将普通飞机做大10倍,包括发动机等所有的细节零件同比例放大10倍,这样制造出来的飞机很可能飞不起来,即使侥幸飞起来,在性能

这个问题力学老师曾经讲过,先说结论,后科普原理。

如果将普通飞机做大10倍,包括发动机等所有的细节零件同比例放大10倍,这样制造出来的飞机很可能飞不起来,即使侥幸飞起来,在性能上也根本无法满足实战需要。

试想,如果等比例放大的方案可行,那么任意一家玩具飞机厂多用点材料就可以生产运9、运20等大型运输机了,即世界上能够制造玩具飞机的国家就可以生产大飞机,答案显然不是这样的。

实际上目前能够制造200吨以上的大型军用运输机的仅有美国、俄罗斯、乌克兰和我国四个国家,这也是我国无数科研工作者努力奋战的结果。

飞机无法等比例放大与以下的几个方面有关:1、根据空气动力学原理,空气有粘性,飞机表面不光滑,飞机就一定会受到阻力。飞机的阻力可以分为摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力等,阻力f=1/2XSC^2,其中C为阻力系数,和飞机的迎角、飞机形状以及表面的光滑程度有关,C是飞机的速度,S为面积。

从以上公式就可以看出问题,阻力是与面积成正比的,也就是尺寸的二次方,而动力输出并不是和尺寸的二次方成正比,重力和体积成正比,也就是尺度的三次方,所以力学参数变化并不是成正比的。

中期结论:等比例放大后的飞机受力很难达到平衡,无法飞行。

2、材料强度并不是和尺度成正比。材料的尺度增加为10倍,并不代表材料的强度增加为10倍,飞机的强度,操控性,稳定性等方面必然不满足要求。而且有些部位并不需要等比例的增加,比如机身外壳有5mm的铝壳就可以满足要求,换成5cm的铝壳就没有必要。

这样的飞机很难起飞,我想没有试飞员会愿意飞这样的飞机。

中期结论:飞机机械强度等不满足要求

3、飞机发动机动力输出不满足要求

飞机各个部件成比例放大十倍后,重量也会变为原来的十倍,但是发动机动力输出并不会因为发动机尺寸变大十倍,就增加十倍。燃烧室能否承受住更高的温度,动力输出轴和涡轮的强度能否满足要求等都是问题。

最终结论:飞机放大十倍后不仅动力学上不能达到平衡,机械强度以及发动机性能等方面也无法达到要求。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!

航空航天专业的同学来回答这一题!我先告诉你答案:大飞机不是把小飞机放大就行了的,这么做出来的飞机不是飞不起来,就是飞不了几次就坏掉了。

形状相同但大小不同的机械在性能上差异及其巨大。我举个最简单的例子。比如说下面这幅图里面的东西叫做“盖玻片”,简单说就是一小块玻璃片,相信在初高中用过显微镜的朋友应该都见过。

如果我们把这块小玻璃片立起来,轻轻推倒,那么这块小玻璃片极大概率是毫发无损。但是如果我们把这一小块玻璃片放大几十倍,那就是一块窗户玻璃了,请问一块窗户玻璃立起来再推倒之后,这块玻璃会怎么样呢?相信有生活经验的朋友都知道,窗户玻璃早就碎了。

之所以会这样,是因为一个物体容不容易坏往往跟“截面”这个概念有关,比如说我们看一根绳子容易不容易拉断,主要看绳子的截面积,截面积越大,绳子就越不容易被拉断,而不是看整个绳子有多重(如下图所示)。所以物体的力学性质是一个随着物体尺寸变化而呈二次方关系上涨的量。

而物体的很多物理性质,比如说重量,则是跟“体积”这个概念有关——体积我们都知道,这是描述物体三维性质的,所以是一个会随着物体尺寸变化而呈三次方关系上涨的量。

所以道理就很简单了:重量上去了,抗损伤的能力也上去了,但是抗损伤的能力没有跟得上重量上涨的速度,所以相同形状的物体越大越容易坏。

飞机等比例放大会面对严重的力学问题。我们简单看下面两张图,一张是世界上最大的直升机米-26,一张是我们中国的小型直升机武直-10,大家看出来什么不同没有?同样是旋翼,但是米-26的旋翼整个都“耷拉”着,好像没精打采的样子,而武直-10的旋翼则很平直。

这可不是因为米-26偷工减料了,而是因为这架直升机实在是太大了,仅仅是旋翼自身的重量就足以让自己“压弯了腰”。所以可想而知,真的飞起来的时候两种不同大小的直升机面临的力学问题会相差多大。

同样的,如果你只是把一架小飞机放大十倍,那么这么造出来的一架大飞机仅仅是自身重量就足够把飞机本身压垮,更加不用说上天了。

以上的这个现象,我们一般称之为“尺寸效应”,虽然形状完全一样,但是因为尺寸不同所以最终的性能完全不一样。

举一反三,在流体力学、燃烧学上面同样有大量的“尺寸效应”。同样形状但是尺寸不同的机翼,用同样的速度飞行,产生的升力是完全不一样的,甚至于会有质的区别;同样形状的燃烧室,但是尺寸大小不同,内部的燃烧现象也是两码事。

所以综合起来看,仅仅靠放大尺寸就想把“小飞机”变成“大飞机”根本就是不可能的,你造出来的东西可能根本就飞不上天,或者没飞几下就散架了。

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