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帖子主题:[原创]歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

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[原创]歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

对于事物的认识我们要有自己的头脑,不能人云亦云,如果你有自己独到的见解,你就离创新不远了。下面我就飞行原理用我的一套歪理邪说来诠释一下,这就是升力的“真空论”和旋转的“效率论”。

飞机是比空气重的飞行器,因此需要消耗自身动力来获得升力。而升力的来源是飞行中空气对机翼的作用,在网上有许多的文献比较详细地介绍了飞机飞行的原理。

我从网上的资料摘录简单说明一下。在下面这幅图里,有一个机翼的剖面示意图。机翼的上表面是弯曲的,下表面是平坦的,在同样的时间内,机翼上侧的空气比下侧的空气流过了较多的路程(曲线长于直线),也即机翼上侧的空气流动得比下侧的空气快。根据流动力学的原理,当飞机滑动时,机翼上侧的空气压力要小于下侧,这就使飞机产生了一个向上的升力。当飞机滑行到一定速度时,这个升力就达到了足以使飞机飞起来的力量。于是,飞机就上了天。

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

当然,网上分析得更全面,什么下表面压力占升力的百分之几,上表面吸力占升力的百分之几,什么反作用力(机翼在一定的迎角状态下不仅上侧的吸力大增,机翼下侧还有一定的反作用升力),我就不多说了,我这里想从“真空”原理的角度来分析分析。我们知道,从“实”到(真)“空”之间的过渡存在着巨大的能量,我记得航天上的一个悲剧,就是前苏联的三个宇航员由于没有穿宇航服,返回时遇到返回舱泄漏而体液沸腾遂命陨苍穹。不仅仅这个例子,就像电视机的显像管不大的面积在内部抽成真空时要承受几吨重的压力,更加众多的例子说明了从“不空”到“真空”之间的过渡存在着巨大的能量,体现在物体上主要就是压力。因此我把真空的原理搬到飞行原理上,胡言乱语一番。

我们在分析机翼升力时都是这样假设的:“…机翼上侧的空气流动得比下侧的空气快…”,实际上也都知道,这是假设,因为没有风的时候空气是静止的。为了分析升力原理的方便,就把机翼与空气的相对运动说成了空气相对机翼的流动。我们结合下图进行分析。如左图,我们假设空气是一个有形状的物体(空气没有形状,只要有空间它就会充满),保持着一个竖着的墙面。

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

当上凸下平的机翼进入空气中时,如上图,我假设了两种状态,一种是绝对状态,如上图上部分;一种是实际状态,如上图下部分。我们知道,空气是个流体,没有一定的形状,空气分子会运动(运动速度略高于音速),空气分子运动中作用于物体表面就形成压力,一有空间它就会充满,也就是说达到一种压力的平衡。这里我们对机翼进入空气的速度做个假设,假设它的速度极快,如右上图,机翼进入空气时,机翼前缘凸头排开空气,空气来不及充满机翼上侧空间,从而在机翼上面形成了真空状态。真空的吸力可以说是惊人,当然这个吸力主要是压力差,机翼上侧是真空,下侧空气压力不变(或有有一定攻角状态下大增),机翼处在(真)空与不空的过渡中就会受到强大的压力作用而形成强大的升力。

但实际上这是不可能这么绝对的,机翼前缘凸头向上排开的空气分子又运动回来,空气再次充满机翼上侧(如上图下部分),效果取决于机翼的速度。速度慢,机翼前缘凸头向上排开的空气分子的作用力就小,空气分子的返回运动就容易,空气充满的效果就好,这样机翼上下两侧形成的压力差就小,升力就小;速度快,机翼前缘凸头向上排开的空气分子的作用力就大,空气分子的返回运动就比较难,空气来不有效地充满机翼上侧空间,这样机翼上下两侧形成的压力差就大,升力就大(当大到“真空”的程度,就能获得最大的升力)。这也就解释了飞机滑跑时为什么速度越来越快,升力也就越来越大,快到一定程度就能起飞的道理。

从上面的分析可以看出,一般可视为空气不是沿机翼前缘向机翼后缘流动,而是在机翼截面形状作用下的做垂直于前进方向的排开和返回运动。这也很好地说明了为什么在超音速时尾舵控制失效的道理。

下面以飞机的螺旋桨或直升机旋翼为例,在“真空论”的基础上谈谈旋转效率。

这个理论我想也许不仅我研究(或早就不是什么理论),我只是用我非专业术语的笨法进行对旋转这种运动方式进行效率分析。

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

我们现在一般的风扇(直升机旋翼、喷气发动机的涡扇等)或螺旋桨结构简单,但与同面积的机翼比较效率是低下的,主要原因就是与平移运动相比旋转这种特殊运动方式造成的。

我们知道,飞机在跑道上滑跑的时候机翼是以直线平移的运动方式与空气匀速相对运动,也就是机翼上的每一部分(同一面)与空气的相对速度基本差不多,这时机翼的效率我们可假设视为100%。

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

直升机旋翼(或螺旋桨)是以原地旋转的运动方式与空气做相对运动,我们从小学数学圆的周长上便可以分析出它的不足。见图,每一片扇叶绕O点旋转,由于半径的关系, 旋翼外缘旋转一周所经过长度是2∏r,线速度最快;而旋翼中间旋转一周所经过长度是∏r,速度比扇叶尖的慢一半;此时O点旋转一周所经过长度几乎为0,根本起不了什么作用。所以在同样转速(数)下,半径越大,线速度就越大,效率也越高。通过以上的分析可以看出,在这个旋翼的旋转圆面中,会产生不小的升力损失,我们假设旋翼桨叶片的每个部位的线速度像飞机机翼那样都相同时的效率为100%,那么在实际旋转状态状态下旋翼每部分线速度是不同的,此时旋翼的效率经我用笨法计算只有66%左右,而实际应用时受加工形状及旋翼桨叶片数量(圆心旋翼桨叶片密,四周旋翼桨叶片稀,直径越大越问题越突出)等的影响效率会更低,而直升机才有可怜的2-8叶桨片,所以直升机的载重量可想而知了。

再看螺旋桨的工作原理,网上分析它的作用力主要有两种,一种是向后排气的反作用力,另一种与机翼的形状一样的升力原理,与空气相对运动时产生的压力差(吸力)为动力。我再用“效率”理论和“真空”理论分析分析。

我们知道螺旋桨的圆形面垂直于前进方向的,首先是旋转效率来看,螺旋桨的外缘线速度最快,效率最高,动力效果最好;而越往圆心线速度越低,效率也降低,产生的作用力也越小。其次再用真空理论来分析一下,如下图上,空气一般视为静止的,空气是在螺旋桨片旋转运动状态下的做垂直于螺旋桨圆面方向(与前进方向相同)的排开和返回运动。假设桨片每部分的线速度一样,转角一样,螺旋桨的转速极高,让螺旋桨片前凸斜面形成了真空,再加上螺旋桨叶片后平直面向后排气产生的反作用力,这时螺旋桨的前后压力差极大,产生向前强大的力。

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

而实际上受到旋转效率和转角、桨叶数量等等影响不可能形成真空状态。由于螺旋桨的每个桨片都有一定的转角,而每个桨片的外缘转角比根部要大,并且外缘的线速度也比根部快,所以螺旋桨的外缘向后排气效果比根部要好得多,见上图下,会产生空气越到桨叶边缘越“空”,越到圆心越“实”的状态(再如下面的平面图所示),所以产生的前进的力会大打折扣。

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

从上图可以想象,螺旋桨对于空气来说,越到外缘对空气越是“透明”的,越到圆心越不通气,前进时螺旋桨四周产生强大的力向前飞,而越到中间对空气通透性越差,前进时对前面相对部位的空气进行压缩,产生强大的阻力,也就是说螺旋桨在前进时内外的作用力相矛盾,使前进的作用力抵消。当发动机的功率加得越大,转速越快,外缘的推力越强;但旋转越快内心也越不“透明”,空气的通透性也越差,产生的阻力也就越大,内外二者的力相克,效率大减,所以螺旋桨飞机也就不能超音速了。

那么螺旋桨飞机是不是不能超音速了呢?也不尽然,在我的“真空”论指导下,还是有机会实现超音速的。这就是把螺旋桨前面所有的空气迅速地排向后面,不压缩前进方向上的静止空气,以最小的阻力获得最大的前进动力。

看下图,假设桨片的转角为45度,那么此时桨片旋转一个整片位置的距离为“S旋转”,而空气被桨片下平直斜面推动的距离是“S空气”,由于桨片转角是45度,等效成一个正方形,所以“S旋转”=“S空气”,而它们所用的时间T相同,所以它们的速度“V旋转”=“V空气”,这就可以说,只要旋转的线速度是多少,前进的速度就是多少。比如螺旋桨旋转的线速度达到音速,那么前进的速度也能达到音速,螺旋桨旋转的线速度超过音速,那么螺旋桨前进的速度也能超过音速。

歪理邪说话飞行--我的真空、效率论

不过,上面的理论是以假设螺旋桨每部分的线速度都一样为条件才能实现超音速飞行的,因为此时螺旋桨效率最高。但实际这是不可能的,旋转的特点就是外快内慢的。所以只要能解决旋转的效率问题就能实现螺旋桨飞机的超音速飞行,当然,我能写这个理论我就已经有了解决的办法。

在科学技术高度发展的今天,我们要有自己的思维,也许你独到的见解就能开辟一片新天地。

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      2010/8/13 16:07:50

      网友回复

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      楼主,自己刻意创造理论,并非独创理论,创造,需要的是以科学为基础。

      楼主所有的关于真空的说法,用一种情况就可以全部否定:这些螺旋桨或者翼面结构,在水中即使很慢的低速也同样有效,而水中,一般速度下,没有形成真空。

      2013/5/2 8:21:48
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      呃,LZ是专家吧??基本上我是整不懂了。

      2010/8/18 17:44:35
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      好深奥

      2010/8/17 15:21:43
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      楼上的都可以上世界工程院当院士,可别说你们不是.

      2010/8/17 10:14:37
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      搞的这么麻烦。还不如开发热核推进引擎呢。。。

      2010/8/17 0:20:05
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      这个不能顶,空气动力学是一门建立在实验基础上的成熟学科,lz脑袋一热发明个什么真空论精神虽然可嘉,但是不值得提倡。lz这番劲头令我想起前一阵中央台播的山东农民发明利用杠杆原理来行走的怪车,实在是无聊且无用之至啊。

      2010/8/16 15:32:22
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      楼主的想法很有个性!但我最关心的是结论:螺旋桨飞机可以超音飞行,并有相应的解决办法?有两点不明白:一.螺桨飞机在音障面前解体的一个重要原因是在接近音速时,机体迎面凸起部分己达到音速,无法承受骤增的音障阻力.即使桨叶尽善尽美,即使机体可以加强,但增加的重量需要数倍地增加拉力(现实中浆叶接近音速阶段的动力效能转换是很低的,桨叶飞机在试图冲击音速时,关键的是借用了地球引力,即俯冲!).那么,你是用什么办法解决这种恶性循环呢?

      二.即使前面的假设可以成立,那么螺桨飞机前进的动力主要来自拉力,进入超音时一个决定性的条件是桨叶前方是真空,桨叶后是一个以上的气压,并以超音速度形成.但是空气的基本特性是没有强大的外力挤压,仅靠不足一个大气压的压力差,是不可能超音速流动的!那么用什么办法使机前的空气以超音速逃逸,机后的空气以超音速补充呢?如果楼主己经破解,能否透露一.二,我保守估计,至少在空气动力学上,是一个革命性的突破!

      2010/8/16 11:33:27
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       以下是引用6188959 在第3楼的发言:

      有想法,不过那个机翼形成真空是有条件的,迎风面积越大,产生的真空区越大,速度越快真空度越高,反之迎风面积越小形成的真空就小,但是飞行器一般都要求尽可能减少迎风面积,降低空气阻力,所以真空起到的作用太小了。像旋翼那段吧,旋翼的气动阻力会加大,相同功率下,转速反而降低了,结果又回到了起点。

      另外你对流体力学的理解从根本上就错了。

      流体力学里面有个基础方程伯努利方程,描述了流体的静压能与动能的转换关系

      [img]http://pic.itiexue.net/pics/2010_8......

      下图:单位时间内,改变流体粒子状态(动能+势能—损耗)反作用于机翼之上,产生的力,决定了升力的大小;这个力显然与面积、仰角、形状以及流体密度相关。

      2010/8/16 11:01:29
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      基础知识很重要!

      2010/8/16 10:22:53
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      任何的道理如果以最简单的方式都能够理解的话,那么应该就接近事物背后的道理了。

      在桌上放张纸以平面方式吹它,纸张必然会往上浮起。同理把纸张悬挂在空中以手用力快速的经过纸张,纸张就会朝手接近。

      为什么呢?

      因为空中自有力量存在,我们改变了空间中的气体分子分布的情况,自然就产生压力差了。透过这样的压力差的维持就能够提供飞机机翼的升力了。

      但是我们如果把机翼放在一边真空一边是正常的空气下,就是纯钢做的机翼都会因为真空压力而毁损,所以真空的说法是不存在的...。

      最简单的科学才是真正的物理,因为被真空吸住的鸟...o_0...会飞的很痛苦!

      2010/8/16 8:32:47
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      说实话,我一点都不懂。

      2010/8/16 2:08:33
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      真不错 我已经知道怎样做飞机了。。。

      2010/8/15 23:32:42
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      楼主的分析的不错,但是光理论是不行的,必须还有实践,这才有了大型风洞实验,因为传统的理论假设空气或者流体分子之间是连续的没有间隙,而实际不是,在楼主的分析里温度,原始压力是一定的,而且还没有考虑其粘滞性。还有速度比较小的时候可能没有紊流,但速度到了一定程度就会出现如二楼所说的涡流出现,目前来说涡流或者叫混沌还是无法从理论上解决的问题。综上,我比较佩服楼主的分析,但理论必须有实验的支持,否则只能是纸面上的想象。另外,大学物理里好像讲到空气压力根据某个变量,其压力方程也不一样,如果不考虑其状态而乱套公式是离实验结果偏差很大的,貌似这个变量时密度(好像),下面有哪位大大能够解释下的,小弟毕业后全忘了

      2010/8/15 23:22:25
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       以下是引用hmh115049 在第16楼的发言:

      呵呵,,恐怕,设计,制造飞机的人,都不知道飞机能飞的原理是什么。也许,仅仅是造一个模型,只要能像风筝那样滑翔,就按照那个形状制造个大的,再装上发动机什么的。。

      看了楼主的贴,我才知道,风筝是什么飞的了,我注意到风筝升高时,前头高于后头向前飞的,在风筝后部产生了低压区。

      学习了,LZ威武,好久没见技术贴了。

      2010/8/15 22:41:12
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      都是高手啊。佩服 , 太深奥了 看不太懂

      2010/8/15 21:59:54
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       以下是引用一锚 在第2楼的发言:

      我只想说开放性真空是非常不稳定的,涡流、震颤、高速气膜……什么都出来了……要想利用真空,先解决开放真空的稳定性吧。

      所以说气流只有贴合流动面,才能稳定可控可利用。

      这才是中国的希望

      2010/8/15 21:41:26
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      不管啥东西,只要你给他足够的推力,啥都能飞的!!!!!有谁听过火箭起飞要升力的?

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      2010/8/15 21:21:09
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      看了楼主的文章,太自卑了,你很强。

      2010/8/15 21:08:50
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       以下是引用斯坦德贝格 在第26楼的发言:

       以下是引用wujiawei210 在第9楼的发言:

      ......

      计算粒子当然简单得多 不过流体毕竟是有粘性的啊

      就算是流体,不是也有粒子性的本质吗,只不过性质不同罢了。

      还有这说法,我只问你一个问题:怎么把这个问题初始化?——难道机翼是从真空进入空气中的?——既然不是,那么机翼就先存在于空气之中——存在空气之中,那么真空从何说起?——就算不考虑初始问题,空气粒子运动难道只有时间滞后么?——相对位置的粒子是因为运动而变化,但是机翼运动到前方,同样有粒子存在!——时空分离简直就是胡扯!

      流体问题跟刚体是完全不同的概念,怎么能扯到一起,健脑也不见得胡思乱想!

      2010/8/15 20:36:06
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      很先进,很强大...

      2010/8/15 18:58:57
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      小的时候觉得飞机最神啦,铁坨坨搞到天上飞,不得了!呵呵

      2010/8/15 18:31:01
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       以下是引用斯坦德贝格 在第26楼的发言:

       以下是引用wujiawei210 在第9楼的发言:

      ......

      计算粒子当然简单得多 不过流体毕竟是有粘性的啊

      就算是流体,不是也有粒子性的本质吗,只不过性质不同罢了。

      人本质上是动物 所以人的行为模式和动物是一样的?

      2010/8/15 18:18:43
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       以下是引用wujiawei210 在第9楼的发言:

       以下是引用xingxing1997 在第6楼的发言:

       以下是引用20054551 在第4楼的发言:

      虽然没怎么研究过,但是伯努利方程还是知道的!

      空气动力学不是楼主想象的粒子状的,而是流体状的,所以,从根本上说——你错了!

      也不能就说错了,本来研究的就是气体粒子的轨迹啊.

      计算粒子当然简单得多 不过流体毕竟是有粘性的啊

      就算是流体,不是也有粒子性的本质吗,只不过性质不同罢了。

      2010/8/15 17:58:56
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      一点点都看不懂,不过有新创意总是好事,没准就是一代大师。

      2010/8/15 16:18:39
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      学习中

      好好学习 天天跟帖

      2010/8/15 14:02:28
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      他把单位体积内的空气粒子数降低了几千个数量级,自然是得出的这种结果,事实证明螺旋桨飞机的速度极限是P-51创造的,也不过700KM/H出头,不是其他的,飞到700的时候旋翼的尖端的线速度已经接近音速了,如果再次基础上加速,跨音障的时候会损失大量的能量,同时螺旋桨任何一个点不对称(不管做得再好,不会完全对称的),将会被无限的放大,最恶劣的结果就是螺旋桨剧烈震动乃至解体,还有就是在如此高转速下的螺旋桨,其自身的陀螺作用是非常大的,届时想转向必然十分困难,飞机的机动性将会大大降低.

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      2010/8/15 13:47:19
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      没那么简单,但练练脑也不错

      2010/8/15 13:40:31
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      总的来说,飞机起飞不外乎:反冲原理以及压强差原理~!

      2010/8/15 13:33:53
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      楼主忘记了气体的“粘滞性”,他是紧贴着翼面流动的,不会产生如你所示的真空状态的,(如你所说的真空,飞机岂不是要翻跟头)。至于显像管所受压力和宇航员体液沸腾,是因为压力的不平衡所致,您说的真空产生的能量就是值得这种压力即大气压强。小学自然课本讲过,地表的大气压很大,为什么只有真空的物体会受到压力乃至破碎,人却安然无恙,就是因为人体内的压强与外界平衡,故而我们的体液能在体内正常运行,为什么在平流层飞行的飞机要机舱密闭加压,就是因为那里的压强小于地面,机舱不密闭,人体机会感觉不适,有膨胀的感觉。对于太空飞行的飞船,其所处空间环境的大气压可以看做零,一旦人暴露在那个环境中,人体内巨大的压强会迅速释放出巨大的压力,把人撕碎,体液也会中迅速蒸发(高中物理讲过,使物体气化有两个途径加热--做蒸馏水的方法,降压--方便面低温脱水的原理)。

      独立思考是件好事,总得遵循最基本的科学啊

      2010/8/15 13:29:42
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      这个不能顶

      2010/8/15 13:01:11
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      楼主的想法我也有过,并且推到过公式,但是结果和伯努力方程想去甚远.

      反正多思考是好的.

      2010/8/15 12:45:50
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      看不懂

      2010/8/15 12:24:02
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      呵呵,,恐怕,设计,制造飞机的人,都不知道飞机能飞的原理是什么。也许,仅仅是造一个模型,只要能像风筝那样滑翔,就按照那个形状制造个大的,再装上发动机什么的。。

      2010/8/15 12:08:32
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      看不懂,支持下

      2010/8/15 11:19:41
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      不迷信,不盲从。支持。

      2010/8/15 11:06:14
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      几号

      2010/8/15 10:22:05
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      人家说的是用歪理来说明。。。不过太有才了

      2010/8/15 10:12:37
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      呵呵,有趣的。楼主,够强!

      2010/8/15 9:15:24
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      有适当的推重比,砖头也能飞行。

      2010/8/15 7:09:40
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       以下是引用xingxing1997 在第6楼的发言:

       以下是引用20054551 在第4楼的发言:

      虽然没怎么研究过,但是伯努利方程还是知道的!

      空气动力学不是楼主想象的粒子状的,而是流体状的,所以,从根本上说——你错了!

      也不能就说错了,本来研究的就是气体粒子的轨迹啊.

      计算粒子当然简单得多 不过流体毕竟是有粘性的啊

      2010/8/15 5:54:32
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      不管是对是错,楼主的探索精神值得肯定!

      2010/8/14 20:25:17
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      学习了……

      [不过我好像听说过能超音速飞行的直升机螺旋桨还没发明……]

      附带说明:在这方面我是个全盲,不要拍我板砖……

      2010/8/14 8:28:56
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       以下是引用20054551 在第4楼的发言:

      虽然没怎么研究过,但是伯努利方程还是知道的!

      空气动力学不是楼主想象的粒子状的,而是流体状的,所以,从根本上说——你错了!

      也不能就说错了,本来研究的就是气体粒子的轨迹啊.

      2010/8/14 6:37:17
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      很简单 一个物体在空气中运动会和空气产生摩擦力和阻力,和地心的引力,还会释放热量,同时物体要向前运动必须有足够向后的推力,同时产生一种向上的升力,而物体在真空中会有那些力比比就知道了。不是向你想的那么简单!

      2010/8/14 1:10:17
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      虽然没怎么研究过,但是伯努利方程还是知道的!

      空气动力学不是楼主想象的粒子状的,而是流体状的,所以,从根本上说——你错了!

      2010/8/13 20:59:55
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      有想法,不过那个机翼形成真空是有条件的,迎风面积越大,产生的真空区越大,速度越快真空度越高,反之迎风面积越小形成的真空就小,但是飞行器一般都要求尽可能减少迎风面积,降低空气阻力,所以真空起到的作用太小了。像旋翼那段吧,旋翼的气动阻力会加大,相同功率下,转速反而降低了,结果又回到了起点。

      另外你对流体力学的理解从根本上就错了。

      流体力学里面有个基础方程伯努利方程,描述了流体的静压能与动能的转换关系

      铁血网提醒您:点击查看大图

      管内液体由于流速的变化导致压力的变化,与真空无关,实际上可以理解为运动越快的流体,静压能转换为了动能,所以流体内部的静压下降了,于是流速越快静压能越低,机翼上下表面的气流速度不同导致的压力不同一样符合伯努利定律,即使不产生真空也会有压差存在。

      实际上一旦出现真空导致气流与机翼表面分离,反而会导致效率急剧下降。

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      本文内容于 2010-8-13 20:51:32 被6188959编辑

      2010/8/13 18:49:36
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      我只想说开放性真空是非常不稳定的,涡流、震颤、高速气膜……什么都出来了……要想利用真空,先解决开放真空的稳定性吧。

      所以说气流只有贴合流动面,才能稳定可控可利用。

      本文内容于 8/13/2010 6:52:19 PM 被一锚编辑

      2010/8/13 17:45:23

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