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今天思考发现自己犯了一个很大的错误，鉴于这个错误很具有迷惑性，并且思考的结果对模友具有一定的意义，陈述一下：
这个错误尤以风动最具迷惑性，这里以风动为例，推动船前进的推力到底是哪里来的？很多人可能不加思索地说，是靠螺旋桨产生的风的推力，一开始我也是这样认为的，其实错了（这里产生的风是结果，而不是原因）；
空气作为一种稀疏流体，几乎不可能把反作用力传递一段距离，真正的推力来自于螺旋桨切割空气的时候空气在螺旋桨两面产生的压力差，而向后产生的风则是螺旋桨对空气产生的压力的结果（举个例子，一个螺旋桨，以恒定转速在无风环境转动，作用在螺旋桨上的推力是恒定的，与后面有没有挡板或离挡板的距离无关，我们感觉到挡板上有推力，而且离螺旋桨越近，推力越大，所以想当然地认为这个推力会反作用在螺旋桨上，事实上这是不正确的，反作用力作用在碰到挡板的空气分子上，然后其向四面八方飞散了，而不会传回螺旋浆）。
分析一下常见的推进系统，螺旋桨类的推力靠螺旋桨切割空气/水，由空气/水在螺旋桨两面的压力差产生，包括一般的风艇和水艇，涡喷系统分两部分，低速时和螺旋桨一样，高速时由于进气量很大，推力主要由喷射产生（动量守恒，），火jian类发动机基本上都是由喷射产生（动量守恒即作用力与反作用力的另一种表达方式，这里的作用力与反作用力是喷射物和喷射体之间的，和其它外物无关）。
明白了上面的原理，我们就可以思考一下，什么样的螺旋桨最有效率，螺旋桨转动时能够把空气/水的阻力转化成推动力，转换的效率越高，则螺旋桨的效率越高，一个典型简化的螺旋桨如下图
黑色箭头表示转动方向，灰色是法线，黑色直线是桨叶截面，以螺旋浆为参照系，则当螺旋浆在水平方向静止时，空气/水以红色箭头的方向流动，速度（入桨）的大小=螺旋浆的线速度；当螺旋浆向右前进时，空气/水以兰色箭头的方向流动速度（入桨）的大小=螺旋浆的线速度+螺旋浆向右前进的速度。可见所谓螺旋浆的最大效率不是一定的，而是和螺旋浆运动速度（船速）有关。推出结论，一个螺旋浆，只能在某个速度达到最大效率，低于或高于这个速度，效率都要下降；另外，螺旋浆是有直径的，外径和内径线速度是不同的，要想让一只桨从桨根到桨尖能在同一速度下达到最高效（或许会有需求要设计在几个不同的速度达到相对高效），其倾角是不同的，以这张图看的话，桨根的地方应比桨尖的地方更水平。当然，可以得出的结论还有很多，比如对于一只螺旋浆，可以根据桨叶倾角得出在转速为n下的理论最大速度（然后对比自己的船看效率）。例如，倾角45度的40mm螺旋浆，在20000rpm下，桨尖最大线速度为41.9m/s，则该桨20000rpm下前进的理论最大速度为150.84km/h。点到为止，剩下的很多东西大家可以自己思考。
那么，涵道又是怎么回事呢，为什么涵道能提高效率。如果理解成涵道能让喷出的气流更集中，从而获得更大的反作用力的话，就大错特错了。从前面螺旋浆的分析可以看到，并不是任何时候螺旋浆都能工作在最有效率的状态，那在状态不好的时候，气流是怎样的呢，分析可知，气流是向四周扩散的，而涵道的作用是限制了气流的扩散，换句话说加大了螺旋桨后方的压强，从而对桨身施加了更大的压（推）力。如果用精确的转速计看，极限状态的涵道，转速应略低于（或电流略大于）不加涵道的情况（排气增加了阻力）。至于涵道的长度和安装位置，显然应该安装于螺旋浆后方，长度则需要根据速度确定，一般达到桨叶宽度的2~3倍足于。
[ 本帖最后由 woshihanjin 于 2009-5-20 20:10 编辑 ] |
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发表于 2009-5-19 00:32
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