題:
在發動機熄火的情況下,風車螺旋槳產生的阻力是否比停止的螺旋槳更大?
DLH
2019-05-17 01:14:38 UTC
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對於這個問題,我們假設我們正在談論的是固定螺距螺旋槳,而不是可變螺距螺旋槳。我確實知道在發動機故障期間應該變槳支柱。

這個問題的主要理由是我在飛行員論壇上發現的這一說法:

I幾年前,我一直在對我的首席首席財務官辛苦的事情進行一些研究,但是我沒有找到太多。他是我和任何CFI,DPE等人唯一聽到過的消息。我從沒聽說過這件事。就是說,當使用不全羽化的螺旋槳而導致發動機故障超過數千英尺時,您應該加速並降低空速,有時是故意失速,以停止螺旋槳/發動機的旋轉。 (當然,只有在嘗試重新啟動之後。)原因是通過減少強制空氣翻轉引擎而產生的阻力,您會看到更大的滑行距離增益。他聲稱雖然很可能在短時間內無法達到Vl / d,但不會以最有效的方式滑行,但阻力的減少卻無法彌補。 (正如我說的,僅用幾千英尺的時間和足夠的時間即可完成此操作。)他聲稱,對於172型飛機,以10,000英尺的距離進行此操作,您可以獲得更長的滑行距離。

所以我要問的是,風車道具是否確實比停止的道具具有更大的阻力,如果這樣做的話,遵循飛行員論壇中的建議是否有益?

如果像172之類的東西完全可以風化道具,我會感到驚訝,尤其是在10,000英尺處空氣稀薄的地方。很多時候,發動機故障意味著發動機鎖死。燃料不足(更常見)會使螺旋槳旋轉,但旋轉螺旋槳需要很大的力。我認為在沒有直接驅動的飛機(例如渦輪螺旋槳)上,旋轉道具比直接驅動的螺旋槳更常見。
大多數GA雙胞胎都可以用羽毛道具飛翔。他們不會放風車的道具。是的...風車道具會產生巨大的阻力。
在某些情況下,例如帶有無刷電動機的模型飛機/風帆飛機,答案並沒有經過反複調整,而是取決於許多變量。
是的,塞斯納172絕對可以保持道具風車運轉。您必須慢到接近失速的速度才能停止它。在那之後,您可以加快速度,直到您走得相當快時,它才會運轉。我敢肯定,在這種情況下,支撐停止後阻力會減小。
如果我們要討論的是在任何給定的IAS情況下,道具向風車傾斜的趨勢,空氣密度可能都無關緊要。
我將塞斯納(Cessna)152飆升了一個多小時,但在溫和的山浪條件下,該道具停了下來。
我懷疑這個建議是正確的。一方面,我希望螺旋槳繼續轉動,以便在下降期間可以繼續嘗試重新啟動引擎。另外,我從未見過任何證據表明螺旋槳轉動時產生的阻力大於停止時產生的阻力。
@JuanJimenez的效果是相當著名的。
風車螺旋槳的阻力甚至更少:http://www.peter2000.co.uk/aviation/misc/prop.pdf
@quietflyer不,不是。通過測試表明,答案是“取決於”。無論如何,如果您斷電了,它只會愚蠢地提高噪音並傾倒您剛剛停止道具所需的能量。我發現CFI會建議這樣做令人驚訝。
@JuanJimenez是您在那做的一個籠統的聲明。如果發動機根本無法通過任何方式重啟,並且您的海拔高度適中,但下面有很多令人討厭的地形,那麼管理您的瞬時動能就不是您的問題,而從長遠來看,您要管理滑行率才是您的問題。顯然,如果引擎在200'AGL時退出發動機,那麼停止支撐就不是您要考慮的事情。順便說一句,我要說的是,一個非常好奇的飛行員似乎從未故意停止飛行中的道具。
例如,如果您已經用完燃料
@Erbureth該實驗是使用_tiny_風洞(15 cm x 15 cm x 50 cm)以非常低的流速(最大5 m / s = 9.72節)進行的。老實說,我不會將其結果應用於實際世界飛機。我強烈懷疑在小於10節的氣流中,小於15厘米的支撐物對在大約100節的氣流中約為200厘米的支撐物進行合理建模。
@quietflyer該研究已經完成,答案很明確,這取決於。如果您有經驗數據來駁斥研究,請發布鏈接。
九 答案:
GdD
2019-05-17 02:04:49 UTC
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我不會遵循論壇中的建議。雖然說風車道具確實會產生更大阻力的理由是合理的,但我沒有看到任何經驗證據能證明風速道具實際上每分鐘可轉化為多少。我所看到的唯一研究在該主題上尚無定論,並說在這種情況下您無法真正控制很多因素。與飛機本身相比,支撐架沒有那麼大,因此,如果旋轉的支撐架具有更大的阻力30%(只是猜測,正如我說的,我沒有看到實際數字),它不會使您從飛機上墜落

我建議您遵循特定飛機的POH中的發動機故障程序。放慢飛機嘗試使道具停止的建議有很多缺陷:

  • 分散關鍵任務的注意力:放慢飛機直到道具停止,這使您無法集中精力找到進入飛機場,確保向您的乘客簡要介紹並束縛他們,進行例行呼叫並嘗試重新啟動發動機。您會很忙!
  • 低空速危險:足夠慢地停止支撐可能需要非常低的空速,並且您可能會失速/自轉,這比滑行著陸要危險得多
  • 拖曳曲線:非常緩慢地飛行以使道具停止飛行,會使您處於最佳滑行速度以下,這是您獲得最佳滑行率的地方。低於最佳滑行速度時,您會開始出現很高的下降速度,因此,當您停止支撐時,您已經失去了數百英尺。您可能會失去比可能節省的高度更多的金錢,並浪費寶貴的時間
  • 很有可能您始終無法更改道具的行為:如果您的曲軸損壞了道具,那麼旋轉就不會了。無論您做什麼,如果扔了一根桿,它就會停下來,如果您以1馬赫的速度飛行,就無法將它扔到風車上。

做一些數學運算就可以看到這一點。假設使用旋轉道具的飛機下降時的發動機熄火率為1000,而使用靜止道具的飛機則為900 fpm。從3000英尺高空滑行時,您可以額外購買20秒,但可能要花費20秒鐘以上的時間才能足夠緩慢地停止支撐,然後重新獲得穩定的空速。

以非常緩慢的速度停止道具可能會分散危險,只要設置最佳滑行速度,如果道具停止其獎勵,就可以了。

“非常緩慢地飛行以使支柱停止飛行會使您處於最佳滑行速度以下,這是您獲得最佳滑行率的地方。在低於最佳滑行速度時,您會開始形成很高的下降率。”這是錯誤的。最小水槽滑行通常比最佳滑行要慢得多(大約20節)。如果您緩慢停下該道具,那麼這樣做會損失更少的高度,而不會損失更多,除非您減慢了太多速度以至於失速。顯然,不要拖延。
我相信答案還關係到您可以獲得的滑行距離,而不僅僅是下降速度。
eyesoars
2019-05-17 09:11:58 UTC
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答案:這取決於。通常,停止的螺旋槳將失速,因此阻力很小。相反,風車螺旋槳通常不會失速,它將從氣流中提取能量,並利用它來轉動發動機(通常消耗適量的能量),這將增加下沉率。

但是,您應該停止螺旋槳嗎?這個問題要難得多。相關問題是:您必須多慢地停止螺旋槳?你能停止螺旋槳嗎?如果需要長時間降低到低於最低沉速度,這可能是個壞主意,因為隨著速度的降低,沉會迅速增加(只要您以低於最低沉速度的速度飛行,您就處於“功率曲線的背面” )。

在某些古董飛機上,在某些俱樂部中,或被認為是要求飛行員能夠在授予飛行員特權之前停止飛行並支撐並重新啟動發動機,例如,俱樂部Tiger Moth(通常是手工開始的)。人們普遍認為,停止支撐確實會使滑行明顯延長。虎蛾也有一個大型的,旋轉緩慢的木製道具,並且失速速度很低。幾乎可以肯定;如果是POH,那麼可以肯定...但是我從來沒有在我坐過的任何單引擎飛機的POH中看到它。而且,如果我要使引擎空轉,我可能會擔心更糟的事情(除非我要飛行慣常的滑翔機)。

歡迎來到Aviation.SE!一個好的第一篇文章。如果您還沒有這樣做,建議您查看[幫助]並進行[遊覽],以便您了解該網站的工作方式。
Rainer P.
2019-05-17 01:58:02 UTC
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風車螺旋槳產生的阻力更大,至少增加了一個數量級。一個明顯的例子是自動旋轉的旋翼機或直升飛機,如果轉子停止旋轉,它會像石頭一樣掉下來。

阻力是轉子停止時葉片面積的函數,而風車則是圓盤面積的函數。這種差異在葉片很少的大型轉子中最為明顯,而渦輪風扇幾乎不存在。該答案給出了一些數字:

如果我們計算垂直自動旋轉轉子的每單位面積的升力分量,則該係數相當於參考值1.1至1.2的係數。轉子麵積。根據此 source,平板的阻力係數為1.28,降落傘的阻力係數為1.4。因此,在垂直下降狀態下,自動旋轉的轉子幾乎和相同區域的降落傘一樣好。

如果發動機停止時的高度足夠大,則減速是個好主意稍微使螺旋槳停止風車運動。一旦停止,您就可以恢復正常。螺旋槳通常不會再次開始風車運動,因為它受到阻力,因此可用功率現在要低得多。

上次我看著螺旋槳驅動的飛機時,道具並沒有垂直指向上方。同樣,您的斷言是,風車對渦輪風扇的阻力沒有影響,這是完全錯誤的-不自由風車的風扇阻力更大,正如現實生活中飛行中的發動機損壞鎖定轉子時所證明的那樣。
在自動旋轉下處於垂直下降狀態的直升飛機與在一個發動機不工作的水平飛行中的螺旋槳飛機沒有太大區別。轉子麵向行進方向,並裝箱“風車阻力”。唯一的區別是,直升機飛行員試圖最大程度地增加阻力以挽救生命。 -@alephzero
旋翼機是一個很好的類比,但我不確定結果是否相同。風車葉片產生更大阻力的原因是因為它們的運轉速度更快。旋翼機具有巨大的葉片,幾乎沒有其他阻力。一架飛機的葉片要小得多,並且機翼會產生很多誘導阻力。因此,雖然來自支柱的阻力可能會高一個數量級,但總阻力不會。
-1:數量級差異的主張,以及阻力是風車道具的“掠過”面積的函數,兩者聽起來都非常令人懷疑(至少對我而言)。如果可以提供一些證據或引證來支持索賠,那麼我將撤回不贊成票,並予以糾正。
@TypeIA索賠正確。 [此答案]中的直升機量化(https://aviation.stackexchange.com/a/42970/21091)
@Koyovis抵制傾斜表面的阻力是產生滑動或自動旋轉所必需的正交分量。您可能會將此力與在滑行方向上創建的阻力混淆。但是您的作品非常有趣且內容豐富,只是被誤用了。創建傾斜表面的關鍵是將CG移離掉落物體的Cdrag。滑翔的奇蹟是機翼在降低下降速度方面效率更高,但是物體必須保持下降才能繼續滑行。
無論如何,@Koyovis感謝您提供的出色信息。
fluffysheap
2019-05-17 18:20:57 UTC
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風阻螺旋槳的阻力要大得多。

氣動阻力和發動機中的能量損失都是原因。我估計如果讓螺旋槳風車下沉,您的下沉速度至少要快200 FPM。和飛機的整體阻力。但是您可以在這裡看到: 1965年海軍航空兵的空氣動力學(頁碼中的149頁,或PDF中的167),阻力可以顯著增加。

一個典型的固定值-pitch支柱的螺距約為15度(底部有更多詳細信息)。失去油壓並且不會自動羽化的恆速支柱可能更像是5度。 (如果一台發動機發生故障,則在多引擎飛機上使用減震支柱,以減少阻力。在單引擎飛機上使用非減震支柱,因此,如果俯仰控制失敗但引擎仍在工作,則不會損失所有動力) 。總體而言,實際螺旋槳的寄生阻力(簡單的空氣動力學阻力)增加了3倍。。不是數量級,但意義重大。由於沒有辦法估算螺旋槳造成的總阻力,因此我只能說這可能很明顯。但是,如果您有巡航道具,或者將可調道具設置為高音調,則它可能會在接近22°的情況下工作得更均勻,實際上風車道具的阻力較小。

引擎產生的阻力是額外的因素,這可能更為重要。可以得出一個合理的數字。估計和高中物理是必需的。

一架沒有動力的飛機失去了潛在的能量,以高度的形式拖動。由於飛機的速度不會改變,因此它的動能也不會改變,只需要考慮勢能。我們計算旋轉引擎將能量從飛機中排出的速度。

功是從一個地方轉移到另一地方的能量,而功率是一段時間內的能量。功的公式(在旋轉系統(例如發動機)中)為扭矩* theta,其中theta是旋轉的總角距離。功率(瓦)以每秒的焦耳數表示,儘管在這裡我將以焦耳/分鐘為單位來計算功率,因為我們的其他時間單位也是分鐘。當然,焦耳是功和能量的單位。

假設一架重達1000kg的飛機在1500米AGL下飛行。它的勢能為:

  1000公斤* 1500米* 9.8(重力)= 14,700,000 J(14.7 mJ) 

假設螺旋槳風車轉速為200 RPM ,角速度為:

  2pi弧度/轉* 200轉/分鐘=〜1260弧度/分鐘 

我估算扭矩,以牛頓給出-米,介於50到500 Nm之間,偏向高端。 50是根據我的個人經驗,以手工低速轉動螺旋槳,這大約就是力量。但是我認為這是非常樂觀的。 500是一個較高的估計值,其理由如下。

像塞斯納172這樣的單引擎飛機通常具有180HP引擎。螺旋槳通常具有足夠的吸氣能力,能夠以約2700 RPM的發動機紅線將180HP的空氣轉移到空氣中。

將HP轉換為焦耳/分鐘(1瓦特= 1焦耳/秒):

  180 HP *(746瓦特/ HP)*(60秒/分鐘)= 8057 kJ /分鐘 

假設螺旋槳效率與RPM相對恆定,則可以使用RPM線性轉換螺旋槳的功率輸出能力:

  8057 kJ /分鐘*(200 RPM / 2700 RPM)= 596 kJ /分鐘 

因此螺旋槳應該能夠將約600 kJ /分鐘的速度傳回發動機。這是我估計的500的起點。但是,由於並非所有正常的發動機功率都進入螺旋槳(由於機械損耗和發動機驅動的附件),所以500的估計值似乎非常接近,我堅持為了簡化數學。這個估計值很合理-許多錯誤源(例如,RPM引起的螺旋槳效率變化以及反向驅動)將被忽略。但是,如果螺旋槳效率較低,則會消耗更多動力-因此,即使是我的高估算值也可能太低。

回到發動機故障。因此,引擎耗散的功率為:

  1260 *(50至500或您選擇)= 63 kJ至630 kJ每分鐘 

塞斯納152在以停止的螺旋槳以最佳滑行飛行時(最大滑行速度通常是在停止的螺旋槳下指定的)飛行時的下沉速率為 725 fpm; Cessna 172更接近我所使用的質量,並且具有相似的滑行性能,因此我只使用相同的數字。無論如何,這是一個估計的計算。下降速度為725 fpm(每分鐘221米)時,通常需要6.78分鐘才能滲出開始時的1500米高度。按時間劃分勢能:

  14,700,000 / 6.78 = 2.168 MJ / min能量損失 

處於低估算值(可能僅對遭受故障的發動機合理)總壓縮損失,但沒有其他損害),額外損失63 kJ / min只會使您的接收速率提高

 (2.168 + .063)/ 2.168 = 1.029  

約3%,或從725 fpm至746 fpm。您可能甚至不會在樂器上註意到這一點,儘管如果您在最後一秒鐘抓住電源線,肯定會注意到這一點。但是,在較高的估計值下,額外損失630 kJ / min會使您的接收速率提高:

 (2.168 + .630)/ 2.168 = 1.29  

29%,即725 fpm至935 fpm。這非常重要。而且這甚至不包括旋轉道具帶來的額外氣動阻力。

因此,得出的結論是:如果動力中斷,請停止支撐

但是,最後一點。如果您由於機械故障而斷電,則很可能螺旋槳會由於造成功率損耗的任何損壞而自行停止運轉。但是,用盡燃料是飛行中功率損失的最常見原因。如果燃料用完了,除非您自行停止,否則道具可能會一直旋轉。以英寸為單位,通常為76“ x60”。您可以使用螺旋角的公式,基於以英寸為單位的螺旋槳尺寸來計算俯仰角。如果這樣做,請記住將螺旋槳螺距指定為葉片直徑的75%,而不是數學教科書中的100%。

辛苦了滑翔機燃燒海拔高度作為燃料以產生動能。機翼使用它來更有效地產生升力。在給定的高度和質量下,機翼效率和阻力決定了滑行的距離。旋轉的引擎不會影響滑行,而從道具拖動會影響滑行。那裡沒有太大的區別(旋轉的甚至可能少一點)。但是,由於湍流引起的機翼效率的任何損失都將直接轉化為滑行距離的損失。
DLH
2019-05-17 21:33:53 UTC
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Erbureth提供的這份論文提供了經驗證據來回答這個問題。簡短的答案是,停止的螺旋槳有時阻力較小,而風車的螺旋槳阻力較小。實際上,這對我來說很有意義,因為阻力應與支柱上停滯壓力線的位置有關。

從其他答案中獲得的一些觀察結果:

  • 在詢問該問題時,我經常聽到的一件事是旋轉的螺旋槳變成了一個圓盤,並且具有更大的面積。顯然,這是錯誤的,因為無論螺旋槳葉片是否旋轉,其面積總是相同的。
  • 用螺旋槳支撐羽毛時,螺旋槳停止風車運動,阻力大大減小。這產生了一種感覺,即停止的螺旋槳阻力小得多,但實際上這是由於羽狀螺旋槳阻力小得多的事實。支柱停止的事實不是主要原因。
值得注意的是,模型飛機上有紙,其風洞測試大大低於正常飛行速度。它的發現可能仍然成立,但是我想帶一點鹽。
功=力x距離,可以說旋轉的支柱走得更遠,可以說,對於相同的飛機速度,旋轉的支柱就可以旋轉。因此,當葉片面積相同時,旋轉在問題的物理方面產生了很大的不同。
線索在紙上:他們讓旋轉的道具飛輪沒有任何阻力。一架自動旋轉的直升機仍在提供升力,並切碎以將空氣向下推。
換句話說:扭矩是關鍵。旋轉*扭矩=提取的能量。無扭矩,無能量。
Robert DiGiovanni
2019-05-18 00:47:23 UTC
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關於風車支柱通過提取能量來使發動機熄火而使飛機減速的說法忽略了凍結的支柱試圖使整個飛機轉向的事實。保持飛機水平的控制輸入可能非常接近,而旋轉的機翼實際上可能阻力較小,所以這裡發生了什麼?

眾所周知,道具是機翼,並且產生了湍流在風車的情況下,螺旋槳產生的湍流對另一翼型(機翼)的影響更大。

這很可能是滑行距離損失的主要因素。重要的是要認識到飛機滑行的空氣沒有動能要提取,這全都在飛機的動能和勢能中。但是,風車道具通過產生更多的湍流,確實降低了機翼利用飛機能量的效率。

第一句話:它“嘗試”但沒有成功,因此它在飛機上未做任何工作。
它(不動)產生阻力,即在平面上的力。移動的人也是如此。 WRT影響滑行的力量很重要。根據定義,轉動發動機是正常的工作(發動機在力的作用下進行淨運動),但是發動機的運動不會影響滑行。旋轉的螺旋槳產生的湍流(我們可以說是從滑行力中提取的能量)會產生湍流。
謝天謝地,有人提到凍結的支柱會導致整個平面上施加扭矩。在這個主題的論壇討論之後,我一直在瘋狂閱讀論壇,沒有人指出這一點。至於湍流假說,這是否意味著推桿支撐構型在固定滑行和自由滑行之間的阻力沒有差別?不知何故我對此表示懷疑...
這是非常好的一點。與凍結的或更好的是凍結的和羽毛狀的相比,Hstab上可能仍會產生一些影響,使其在音調中振盪。儘管在他們的設計中可能是比亞喬。
Mike Brass
2019-05-25 10:58:54 UTC
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我已經在C152中對此進行了多次測試。從10,000英尺開始,切斷向發動機的燃料-盡可能長時間地將機鼻抬起以保持高度(從而降低我的前進速度),直到停止螺旋槳為止。然後,螺旋槳滑行了一段相當長的距離,在此過程中經過了多個機場。風車的螺旋槳使我離我很遠。

我知道我小時候很奇怪,但是我在飛!

BlokeDownThePub
2019-05-19 23:03:31 UTC
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一個風車道具允許滑流將其推向四周。停下來的人正在對抗滑流-將其推/偏轉成螺旋形。正如羅伯特·迪喬凡尼(Robert DiGiovanni)所說,由此引起的反應就是試圖使飛機轉彎。它之所以起作用,是因為它向空氣施加力,空氣隨之運動。

所以我希望風車產生的阻力會減少。就像騎自行車隨心所欲而不是鎖死車輪一樣。

在兩種情況下,我都假定AoA相同,即停止並不意味著羽化。有些人似乎已經做出了相反的假設,我很好奇:您將如何羽化固定音高的道具,這在OP中有說明。

Dusan Stan
2019-10-09 21:01:57 UTC
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停止的螺旋槳失速,因此產生少量扭矩以“旋轉”飛機。表面刀片面積小,阻力小。風車螺旋槳不會失速,因此提取的能量可能更多。這取決於道具是空轉還是實際轉動發動機。



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