我現在的兩個項目是學習飛行和對古董風扇的替換葉片進行3D建模,我想到了一個問題:
為什麼飛機螺旋槳葉片的形狀不像家用風扇葉片?
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它們都設計為以某種效率推動相同的流體,但是家用風扇葉片看起來更像是船用螺絲/船用螺旋槳葉片。是體重問題嗎?可見度問題?
編輯-這不是該問題的重複項,因為建議的內容回答了有關航空的迎角和俯仰角的問題術語,對新手而言可能毫無意義。節距和迎角也與家用風扇或螺旋槳葉片的正視圖形狀無關,這可能是在沒有航空工程學學位的人眼中兩種葉片之間最明顯的差異。 >
我現在的兩個項目是學習飛行和對古董風扇的替換葉片進行3D建模,我想到了一個問題:
為什麼飛機螺旋槳葉片的形狀不像家用風扇葉片?
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它們都設計為以某種效率推動相同的流體,但是家用風扇葉片看起來更像是船用螺絲/船用螺旋槳葉片。是體重問題嗎?可見度問題?
編輯-這不是該問題的重複項,因為建議的內容回答了有關航空的迎角和俯仰角的問題術語,對新手而言可能毫無意義。節距和迎角也與家用風扇或螺旋槳葉片的正視圖形狀無關,這可能是在沒有航空工程學學位的人眼中兩種葉片之間最明顯的差異。 >
1)空速,2)向前運動,3)尺寸限制。只是開始。
家用風扇葉片非常慢,因此它們需要更多的弦才能推動有意義的空氣。飛機螺旋槳一目了然地達到聲速,低阻力至關重要。萬物平等,跨度更大,和弦更少,效率更高。降低道具的空速會降低收益,因為飛機本身會在空中向前移動,因此無論速度多麼慢,非常大的螺旋槳都會增加飛機的阻力。
在家用風扇中,尺寸限制比效率更為關鍵。大跨度,低弦的(窄)葉片在家用風扇中也會更有效-實際上,您可以找到帶有這種葉片的家用風扇。但是對於相同的氣流,它們必須旋轉得更快,這會增加噪音,或者直徑更大。與台式或落地式風扇相比,吊扇可能更大,葉片更窄。
船用螺旋槳在極為稠密的粘性介質中運動,這會使情況發生更大變化。在水中移動的阻力非常大,並且與V³的功率成正比。它們產生的推力最多與V²成比例,並且在高速空化時可能會丟失。因此,它們的速度必須保持盡可能低。在水中增加更多的弦的阻力成本也相對較小。
在大型船上,螺旋槳已經足夠製造,可以在低吃水(商船)或水下不伸出水的情況下製造出減少可容納的軸數(在戰鬥人員身上)。這樣一來,他們的旋轉速度就會變慢,而拖動時損失的功率也會更少。
一些家用風扇的形狀像飛機螺旋槳,需要以最高速度移動大量空氣。對於給定的電動機,它們具有最高的效率,但是尖端效應使它們嘈雜。它們最適合工業應用。
對於家庭住宅,還有其他注意事項:
因此,為此,最好使用帶有許多寬葉片的緩慢移動的筆尖。
我認為顯而易見的是,風扇葉片基本上是一圈繞行的機翼。那麼問題是什麼使機翼成為好的機翼呢?
在理論上和實踐中(風洞測量或真實飛機的油耗測量),細長的機翼比短的寬機翼要有效得多。對於給定的機翼,最有效的機翼實際上是翼展無限的機翼。但是由於宇宙中只有有限數量的電子,所以不可能建立這種完美的機翼。取而代之的是,工程師在考慮到材料限制的情況下嘗試使翼/螺旋槳/風扇葉片的長度盡可能長,而且盡可能地細長。
您甚至會在家用風扇葉片中看到這種效果:在跨度不受限制的情況下,例如吊扇,風扇葉片往往又長又細,而不是像船用螺旋槳那樣短而又寬。那麼為什麼又短又寬呢?空間限制。
當風扇必須放在桌面上時,您的葉片不能超過1米。但是,一旦解除限制,您就會看到設計師轉向細長的葉片,就像您在工業落地式風扇或壁掛式風扇中可以找到的那樣。
允許的是,落地式風扇具有完全相同的葉片作為桌面風扇,但這更多地與重複使用零件和規模經濟有關,而不是與空氣動力學有關。
現在,從理論上講,您還可以在台式風扇上安裝一個高效而纖細的短風扇:僅查看無人機/遙控飛機螺旋槳-它們通常比台式風扇的葉片短。但是您將需要非常快速地移動刀片以移動給定量的空氣。這非常嘈雜(您見過無人駕駛飛機嗎?)。因此,第二個考慮因素是噪音。為了減少噪音,請緩慢移動刀片。速度較慢的葉片不會移動太多空氣,因此您增大和弦以使其變寬。這樣會導致風扇效率非常低下,但效率不是您的主要關注點:您要設計一個靜止的機器,該機器坐在桌子上,從牆上的插座中汲取能量。降噪和尺寸更重要。
學習飛行並為風扇葉片建模時,它們都在空中旋轉,但螺旋槳試圖使飛機運動,而風扇試圖使空氣運動。
在設計中如何考慮這一因素?螺旋槳位於風扇上方並與風扇分開,它們不僅使空氣偏轉(底部升力),而且還通過它們在空中的運動(頂部升力)產生升力。通過查看從0到45度的翼型的升力曲線與AOA的關係可以最好地解釋這一點。升力將增加直至失速,然後減少,然後再次增加至45度。這意味著您必須移動較少的空氣來獲得相同的升力,並使機翼升到失速狀態。風扇葉片設計用於定期移動空氣。明智的設計可以使其緊湊,而弦寬較寬的薄型扁平刀片就可以了,因為人們只是從產品中尋找冷卻風。將風扇的原始樣式保留在“古董”上可能會使其更有價值。
價格是主要原因。吊扇只會攪動周圍的空氣,平槳是最便宜的方式。
更昂貴的風扇葉片可能具有一些翼型形狀,甚至在頂端還有小翼,但這主要是為了展示,因為這些葉片沒有扭曲。
大多數其他答案已經正確。還有一個方面:葉片弦長。
旋轉速度與飛機螺旋槳一樣快,葉片需要盡可能輕,以最大程度地減少離心載荷。因此,最好給它們一個短的弦長和高的面積載荷(它們在葉片的每個表面積上產生多少力),這意味著弦長小並且使氣流相對急劇地轉向,這需要在壓力和壓力之間存在較大的壓差。風扇葉片的吸入側。對於台式風扇而言,任何舊塑料都將足夠堅固,因此這些葉片可以在非常低的表面負荷(較長的弦長)下工作,並以較小的壓差緩慢地使氣流轉向,從而使噪音降低。
同樣適用於船舶螺旋槳:由於水是如此稠密,因此這些葉片上的結構載荷很高。如果您嘗試從短弦(相等半徑)的螺旋槳上獲得相同的推力,則葉片將難以承受彎曲載荷,並且急轉彎還會更快地導致氣蝕[1]。
[1]:當水下螺旋槳吸入側的壓力降得太低以至於水蒸發時,就會發生氣穴現象。這樣可以有效地將水流分開,從而減少吸入,因此新鮮蒸發的水再次凝結,水又衝回到蒸汽泡所在的位置...這會非常迅速地破壞螺旋槳。
一些罕見的設計確實更像是風扇葉片。 Antonov AN-70就是一個很好的例子,其D-27螺旋槳風扇上裝有巨大的風扇葉片。 彎刀道具確實可以提供相當高效的設計,但是它們非常嘈雜,這限制了它們在許多商業機場的可用性。
圖片來源:通過Tangopaso-自己的作品,CC BY-SA 3.0
可以在此問題中找到一些其他討論:
[如果無法解釋為什麼應使用機翼製造風力渦輪機,請有意識或體面地不要編輯此答案。]
風扇葉片推動空氣。
機翼是一種特殊的裝置。它通過空氣,並在其後留下部分真空。尾部的設計使這種真空而不是向後拉東西,而是垂直拉動東西。這是一個巧妙的裝置。它不會推動空氣。如果他們想要它推動空氣,他們會像扇葉一樣將其製成。它不像風扇葉片。它不會推動空氣。
實際上,發生的不是抽真空,而是推動空氣壓力。所不同的是,事物(否則)幾乎總是在各個方向上具有相等的氣壓。
再次…。機翼不會因層流而升起。機翼不會被真空升起。機翼被氣壓從下方推上。這之所以起作用是因為機翼的巧妙設計,使得機翼在空氣中穿過時會形成(部分)真空……而這種部分真空的作用是提起機翼,而不是將其向後拖動,因為機翼的巧妙和特殊設計。
螺旋槳驅動的飛機不能以超過400公里/小時的速度行駛的原因是氣壓不能更快地推動它。
機翼在大迎角下運作不佳的原因不是層流,也不是湍流。關於以下事實:(a)被向上推動的水平區域較小,並且(b)被推動的表面呈一定角度,這損害了向上推動的概念。再次,層流和湍流的管理不會改變以上兩個事實。 (還請注意,處於較大迎角的機翼(可以說)向後拖動(更多)。)
請注意,推進器存在系統性問題,即推進器正在通過空氣,以至於聰明的真空側朝著{常壓空氣}移動。 (我不知道那是不是免費贈品,但沒有太大區別。)
如果您現在了解翼型,並且之前沒有人正確解釋過,請打勾或正面評論或其他內容。對於那些以滑稽或生氣的方式看著我的人來說,這將是一個令人愉快的變化,我將非常感激。