二戰中,單螺旋槳戰鬥機飛行時候,機身為什麼不會向螺旋槳反方向轉動?
飛機在天上飛的時候,螺旋槳高速旋轉,機身受反作用力,應該會向相反方向轉動,為何能保持平穩?
作為一個曾經親身參與某型號單螺旋槳飛機研發的工程師,我可以明確的說:反扭其實一定會發生。為了克服這個問題,螺旋槳的軸線其實于飛機的中間面並不一致,而且飛機機翼也不是嚴格對稱的,一側會稍長。這樣飛機機翼的升力就不對稱了,可以平衡反扭。而為了克服這種不對稱機翼帶來的不對稱阻力,螺旋槳朝一側傾斜也會使得螺旋槳拉力的分布與阻力平衡。
這個事兒和你想像的一樣,就是會反扭。
所以,開單發螺旋槳小飛機是很麻煩的,你得隨時調整發動機反扭力帶來的滾轉配平問題。顯然,二戰的時候沒有電傳飛控,這事得完全由你自己來干:
- 起飛的時候,這個現象造成的不是滾轉,而是偏航,所以你得往反方向蹬舵。而且,由於速度低的時候舵面沒氣動力,你不能一上來就把油門開到最大,不然偏航弄不回來。
- 平飛的時候,隨著速度、發動機馬力的變化,隨時調整滾轉配平。
你可以隨便找個有一定模擬度的飛行模擬遊戲體驗這個,比如戰爭雷霆把擬真度開到全真。
前面大家講了很多現象,我來講一下背後的原理。
題主想得沒錯,發動機確實會給飛機施加一個反向的轉矩。如果設計飛機的和開飛機的都不注意這件事的話,飛機確實會跑偏
其實除了發動機和螺旋槳旋轉帶來的轉矩以外,還有好幾個因素會導致飛機跑偏,美國聯邦航空管理局FAA把這些因素統稱為「左轉傾向」(left turning tendency),在教材中專門列出來提醒飛行員注意。這些因素是:
1. 轉矩Torque,也就是題主說的這個2. 螺旋滑流Spiraling slipstream3. 不對稱螺旋槳負荷(P因素) Asymmetric propeller load (P-factor)4. 陀螺進動 Precession我們逐個看一下。首先我們設想自己坐在駕駛艙里,這時看到的螺旋槳是順時針旋轉的。
1. 轉矩很好理解,就像題主說的,飛機給螺旋槳一個順時針旋轉的力矩,那必然有一個反作用力,讓飛機逆時針滾轉,也就是向左滾轉了。只要螺旋槳在轉,這個力矩就會存在。(下圖是從飛機前方看過去的,Action是讓螺旋槳旋轉的作用力,Reaction就是讓飛機左轉的反作用力)
2. 螺旋滑流也跟螺旋槳旋轉的方向有關。螺旋槳除了讓空氣加速往後流動以外,也會帶著順時針旋轉。像下面這個圖裡面畫的,這個螺旋的氣流會繞著機身轉,最後吹到垂直尾翼上,把尾翼向右推。從效果上看,機頭就被偏轉向左邊了。這個效應在飛機速度低的時候最顯著,比如起降的時候。隨著飛機速度增加,這個滑流的影響會逐漸減小。
從這個圖你大概還會想到,滑流吹到機翼和水平尾翼上會使飛機向右滾轉,這個作用跟前面的轉矩作用是相反的。具體哪一個大就不一定了,飛行員需要隨機應變。3. P因素要稍微抽象一點。首先飛機飛行的時候軸線並不是水平的,而是稍微向上。於是螺旋槳的旋轉軸就跟著往上抬,結果旋轉的平面就不是垂直於氣流方向。從駕駛艙裡面往外看,右半邊的螺旋槳是朝下同時稍微朝前運動的,左半邊的相反,朝上同時稍微朝後。同時右側螺旋槳跟氣流的相對角度也更大。所以螺旋槳右側產生的推力比左邊更大,於是飛機就朝左偏轉了。
不要問我為什麼這個玩意叫P因素,我也不知道這個名字跟這個現象有P關係-_-||
4. 進動是旋轉物體(比如陀螺)的一種現象,解釋起來需要大學物理關於角動量的知識,這裡就不展開了。簡單來說,就是你讓他向下偏轉,他偏要向左偏轉的傲嬌傾向。進動的效應在那種機尾裝輪子的飛機上最顯著,比如下面這個二戰飛機。
這種飛機在加速起飛的時候,後輪會先抬起來,這就相當於把機頭朝下壓。由於進動的關係,螺旋槳的旋轉軸就想往左偏轉。那麼回到題主的問題,怎麼保持飛機平衡呢?在飛機的設計上大概可以用下面這些方法,基本目的都是讓飛機向右轉
1. 讓左邊機翼稍微長一點,產生的升力比右邊多,讓飛機往右滾轉2. 讓飛機的垂直尾翼或者方向舵向右偏一點,讓飛機向右偏轉3. 把螺旋槳旋轉軸向右偏一點,讓飛機向右偏轉不過飛機在飛行中這些左轉傾向的大小是會隨時變化的,但飛機的設計是定死的,所以不能完全抵消左轉傾向。這時就需要飛行員發揮作用了。比如:
1. 在加速滑跑起飛的時候,你會發現飛機回使勁往左拐。這時候就要向右控制輪子和方向舵,抵消左轉傾向2. 相應的,在降落前把發動機油門關小的時候,你會發現飛機開始往右偏。這就需要你手動向左
3. 在飛行中隨機應變,偏轉副翼和方向舵,保持飛機姿態不跑偏=========================答案中圖片基本來自FAA出版的《飛行員航空知識手冊》("Pilot"s Handbook of Aeronautical Knowledge")。這書基本是美國私人飛行員的標準教材。P51戰鬥機的照片來自justmustangs.com.au作為飛過單螺旋槳小飛機的飛行員,我來怒答此題,單螺旋槳小飛機一般從座艙看出去螺旋槳都是順時針旋轉的,力是相互作用的,機身會相應有逆時針旋轉的力矩,而且隨著螺旋槳轉速的變化,力矩也會變化,好在現在的螺旋槳轉速基本都在比較小的範圍內變化,力矩的變化不是很明顯,這個旋轉力矩在飛行中可以用操縱桿調整副翼來平衡,也可以用飛機中的trim來配平,trim是對於三舵(副翼、升降舵、方向舵)進行微調的裝置,在飛行中螺旋槳產生的力矩對飛機影響不大,倒是起飛過程中,這個反力矩會產生讓飛機向左偏航的分力,這個力量隨著油門的增加而增加,所以起飛過程中需要打右舵,而且需要不斷調整,如果是雙發飛機,兩個螺旋槳一般是反向旋轉的,不存在這些問題,但正是有了這些反力矩,單發小飛機才變得格外有趣,尤其是動力強勁的單發小飛機。
大部分航空母艦的艦橋設置在甲板右側,就是這個原因造成的。
諸如日本零式艦戰、美國F4F等艦載飛機,螺旋槳產生的偏轉力都是向右側,在飛機起飛時,油門開到最大的MAX POWER,產生的偏轉力極大,再加上在海面上高速航行的艦體隨波晃動等原因,許多剛開始學習的菜鳥飛行員在甲板上滑跑起飛,都會因太緊張,拚命向左扳舵,導致力度過大,飛機向左側滾轉歪過去。如果艦橋在左邊,很有可能一頭撞上去,機毀人亡。
只有日本的赤城、飛龍把艦橋設在飛行甲板左側中部,本意是讓技術熟練的老飛行員可以自如的向右邊盤旋,不會與並行艦的飛機起降發生干擾。但是在使用中發現,當遇到駕駛出現故障飛機、或海上風浪較大,甲板晃動明顯的情況,哪怕是老飛行員,照樣會緊張,照樣會過度向左扳舵。
所以赤城、飛龍的左側艦橋只是少數另類。當時日本海軍的航母兵力,採用兩兩搭配為核心,組成航空戰隊模式。而且是同級(型)搭配,不是美國海軍的高低搭配。
比如赤城+加賀組成第一航空戰隊,飛龍+蒼龍組成第二航空戰隊,祥鶴+瑞鶴組成第五航空戰隊。如果同一戰隊的兩艘同型航母都是右置艦橋,在放飛艦載機時,考慮到居於左側的航母起飛的艦載機離艦後向右偏轉,對居於右側的航母艦載機起飛造成影響,所以都採用交錯放飛方式。如果同一戰隊的兩艘同型航母是分別左、右側艦橋,則讓左置艦橋航母居右(赤城、飛龍),讓右置艦橋航母居左(加賀、蒼龍),這樣一來,使在右邊的左置艦橋航母上起飛的艦載機,能在起飛時更大角度的向右偏轉飛行,避開左邊的右置側航母起飛後向右偏轉飛行的艦載機。說到地,還是受這個偏轉力的影響。有一副美術作品,特別有說服力,就是著名軍事畫家柚木武士的《航空母艦「飛龍」號和「蒼龍」號》——1.右旋螺旋槳的話,螺旋槳軸的安裝角就會右偏一些,一般偏轉角度是3~4度,左旋螺旋槳將反著來,抵消反作用力。現在航模基本上都這麼搞的。2.給方向舵垂直安定面一個向右或者向左的偏角,來抵消這個反作用力(P51就是這樣,不過好像是D型以後才是)這種情況下依舊無法完全消除,所以飛行時還需要方向舵修正。此外,在二戰結束以後,還有一種新的方式解決。就是利用共軸反向旋轉的螺旋槳,比如圖95
安70
卧槽我說為什麼我玩戰爭雷霆全真模式就算用搖桿起飛的時候也總往一邊偏然後墜毀
絕對單漿,排除同軸對轉。是有一個不小的反轉扭矩的。在日本人的大功率木頭飛機上很明顯呢。對付的辦法也簡單,兩個副翼一上一下就好了。
這事兒還真有,它就是會扭。所以起飛前,需要打幾度的方向舵配平,還要用腳踩舵來平衡。
速度起來以後,屁股上的安定面就會說:穩! 於是乎,這個反扭矩就被強行穩住了。另外呢,樓上也提到了,就是不對稱布局。左右兩邊其實是不一樣的,只是你肉眼看不出來。比如發動機沿著飛機軸線向右偏2度安裝,這也是一種做法。會
而且你太專心調整的話,偏離地方太多,地圖看不清或者雲層厚或者是艦載的話……萬一你不小心太專心飛偏太多,無線電導航沒了……恭喜你,你準備喂土著吧……
il2玩家不止如此。還有洗流,陀螺進動效應。可以去玩玩IL2,在真實設定里可以打開和關閉這些模擬。
不然要飛行員幹嘛,把不住方向還開什麼飛機?話說回來,飛機上可以有降低飛行員疲勞的輔助手段,省得飛行員一直帶方向,比如方向舵調整片
我猜題主一定是玩besiege的?
買個圍攻,你就知道了。。。自己實踐解決
反扭肯定會發生滴,但是現在航電都能應付吧...沒開過我沒有精確測量過單槳飛機的翼展之類的,那我就想像一下吧副翼不配平...也不是不可能
尾舵不配平...同上
翼展不同...說不定想到在更從角動量的角度來答一波當我們把問題簡化一下,忽略空氣的作用,根據角動量守恆,螺旋槳在高速旋轉,機身必定會有一定傾斜或者反向旋轉,再忽略重力時,機身就會反向旋轉了。但是,空氣施加給機翼的力是我們不能忽略的(這個時候我們討論的是固定翼滑翔機,直升機不在此列),你會明顯的發現,螺旋槳飛機在飛行的時候機翼上的襟翼的張角是不對稱的,這個調整就是根據螺旋槳轉速(油門大小)、氣流等條件決定的,當然,調整機身的傾角不單單是通過襟翼的角度,還有別的設備。然而在單旋翼直升機中,因為螺旋槳基本朝上,所以會使得機身在垂直方向上有轉動,通常會在尾部加一個豎直的旋翼,來減弱機身的反向旋轉。還有些雙旋翼或者有些單旋翼但是有一對螺旋槳的直升機來說,各組螺旋槳都是反向的,每組的螺旋槳之間同轉速但是反向,這樣也能比較有效減少機身旋轉。(非專業回答,有錯歡迎指出)
我只知道我玩航模飛機起飛時,後三點飛機起飛滑跑的時候必須讓尾輪著地滑行控制方向,不到最後起飛時,千萬不能抬起尾輪,否則,光用方向舵根本控制不住右拉的趨勢,八成會出事
(′?_?`)就是會有扭矩(′?_?`)這也是我為什麼從來沒有成功的用鍵鼠在戰雷全真起飛的原因
這就是為什麼學私照的時候教練會教你起飛踩右舵。
其實不僅是螺旋槳轉動有反扭 作為一個高速旋轉的物體它還有旋進,出來的槳氣流還會繞著機身旋轉,這些共同導致了單引擎螺旋槳飛機的「left turning tendency」
更新:
至於為什麼看起來飛的是直線是因為飛機上有這個東西呀 這個叫turn coordinator,中間的小球往哪偏飛行員就踩哪邊的舵。另外一個比較常見的辦法是直接微調垂尾,調到巡航速度不用踩舵的位置,這樣就不用時時刻刻踩著了,尤其是沒有電傳的飛機舵還是挺重的,踩久了真的會抽筋.......題目前提是錯的,單發飛機一定會向反方向運動,最簡單原始的方法是通過飛行員反方向踩舵抵消,這個動作在起飛爬升等大功率狀態時尤為重要
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