oiersuperter 原創
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理科生的日常系列
1 概述
2 公升力的要求
3 起飛
4 降落
5 緊急情況
|---5.1 全部發動機停車
|---5.2 起落架故障
|---5.3 方向控制故障
6 費用預估
|---6.1 製造費用
|---6.2 消耗費用
我們要讓乙個玩具車飛起來,當然是可以載人的
比如這種
先看一下哪種飛機對於它更好一些
我們發現如果既有固定翼,也有螺旋槳,可能會更快速、安全
不用噴氣式發動機,前面放風扇來加速(二戰風格)
\(5 m\)的翼展,螺旋槳半徑為\(2 m\)
起飛質量設在\(150 kg\)
如果飛機\(50 kg\),人\(80 kg\)
還有\(20 kg\)儲存能量
燃油的熱值大概是\(4.4×10^4 kj/kg\)
總能量\(4.4×10^4 kj/kg·20 kg=8.8×10^5 kj\)
另外,螺旋槳轉動時可以利用風能(機械效率\(10\%\))
機翼上放太陽能板(也沒多少)
在第一章中提到,起飛質量為\(150 kg\)
轉換一下,\(1.5×10^3 n\)
(誇大了一下,算\(g=10 n/kg\))
得出固定翼提供的公升力與起飛速度的關係
\(y_1=\dfracρv^2sc\)
(注:\(ρ\)是大氣密度,\(v\)是起飛速度,\(s\)是機翼表面積,\(c\)是公升力係數\(=0.8\))
\(=\dfrac·1.29 kg/m^3·v^2·10m^2·0.8\)
\(=5.16v^2\)
要這麼算,\(17 m/s\)就飛起來了
不過這是按照機翼表面最佳曲線來算的
還要螺旋槳幫忙
\(y_2=ds_1s_2vp_0c\)
(注:\(d\)是螺旋槳直徑,\(s_1\)是螺距,\(s_2\)是槳寬度,\(v\)是轉速,單位轉/秒,
\(p_0\)是大氣壓力係數,如海平面就取\(1\),\(c\)是經驗係數\(=0.25\))
6片螺旋槳,經典風格,每片佔\(40°\)
\(=4 m·\dfrac·\dfrac·v·1·0.25\)
\(≈v\)
當然,這得出來的是\(kg\)
按照電風扇高檔轉速\(25 r/s\)
大約能拉動\(250 n\)
飛機起飛時,速度很快,用\(2g\)的加速度沒問題
飛機的公升力**於機翼和螺旋槳
此時,飛機的失速極限角就會變得更大
因為螺旋槳可以調節迎角
這架飛機要有實用性,在小區裡降落,跑道長\(100 m\)
通過計算,它可以以\(50 m/s\)的速度巡航,降落時速度可降到\(30 m/s\)
這是維持公升力的最低標準,算上操作失誤,假設以\(40 m/s\)的速度落地
由於在加速度相同時速度從0加到40和從40降到0的距離是一樣的
計算加速度:
\(x=\dfracat^2\)
\(100 m=\dfracat·t\)
∵ \(v_0=0\)
∴ \(v_t=at=40 m/s\)
\(200 m=40 m/s·t=5s\)
往回帶入
\(200 m=a·5s^2\)
\(a=8 m/s^2\)
1個\(g\)的加速度,人是能承受的
5個起降輪,每個承受\(300 n\)
小型汽車輪胎就可以,完全沒問題
可以用一些力將起落架甩出來
比如說先快速下降,然後立刻放平
如果還不行就只能硬剛跑道了
這樣肯定不能重著陸,接地越輕越好
否則可能導致燃油**,機毀人亡
無法控制方向,此時可以調節動力
比如說想要左轉,將左側發動機馬力調小,
右側發動機馬力加大就可以實現,當然這控制不是很好
就像這樣,\(b\)是飛機左端,\(c\)是飛機右端,將線段\(bc\)繞軸轉彎,
就可以實現左轉,也可以調節重心來實現
以下省略單位「元」
乙個玩具車,\(50\)
需要\(45 kg\),材料用鋁合金,\(55 /kg\)
\(45 kg·55 /kg=2475\)
其他儀錶盤、工具和技術加在一起,\(10^5\)肯定能下來
(想想那個飛行自行車,\(£10000\))
汽油,加點好的,98汽油,\(8 /l\)
\(=10 /kg\)。加滿一箱,\(200\)足夠
葉片每片\(500\)(都算少,波音客機葉片1片十多萬)
要是不怎麼飛,1年\(10^4\)沒問題
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