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螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一
2020年01月22日 15:30 新浪网 作者 宠物的哪些事

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲P-40战斗机

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲P-51“野马”战斗机

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲喷火式战斗机

  上面三款飞机,均是二战时期的名机,尤其是P-41和P-51“野马”战斗机为我国抗日战争立下了汗马功劳。那么这些战斗机有什么共同点吗,细心的网友肯定(不细心也能发现)已经发现,这些飞机前端均有飞快转动的桨页,这就是上世纪前半期盛行的螺旋桨飞机,也叫活塞式飞机。曾经有人问过笔者一个很有意思的问题:为什么螺旋桨战斗机桨页只有两片?一时间笔者是有些懵的,因为没有任何资料显示过螺旋桨飞机只有两片桨页啊,为什么会有这么莫名其妙的问题呢?而且事实上,历史上很多经典名机(上三图),都是两片以上桨页的螺旋桨飞机,会出现这样错误的认识,笔者认为可能基于自己的判断(瞎蒙),毕竟竹蜻蜓是两片桨页,四轴飞行器单桨也是两片桨页...笔者搜集了一些资料,对“为何大多数螺旋桨飞机只有两片桨页”进行简单解析,同时也解释一下为什么更多桨页会成为主流,欢迎有不同意见指正。

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲两片桨页

  螺旋桨飞机,官方定义是指用空气螺旋桨将发动机的功率转化为推进力的飞机。 从第一架飞机诞生到第二次世界大战结束,几乎所有的飞机都是螺旋桨飞机。因为有着有良好的低速和起降性能,至今螺旋桨飞机也没有淘汰出局,在支线客机、通航飞机、运动飞机等领域,还在发光发热。至于为何大多数螺旋桨飞机只有两片桨页,如果对二战飞机有所了解,并且对活塞式飞机的运行原理也稍有接触,仔细一想原因也挺简单。首先要说的就是,螺旋桨飞机并不是只有两片桨页,也有三片、四片、甚至更多片,比如P-40战斗机就是3片桨页,“野马”战斗机和喷火式战斗机是4片桨页,2片以上桨页的飞机在下文会一同阐述。

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲P-51“野马”战斗机图纸

  发动机功率直接决定桨页数量

  而在一战期间乃至二战前期为何以两片桨页为主?这和当时的生产工艺水平、发动机功率、机枪射击协调器等均有关系。先说发动机功率,对物理学稍有认知的人都知道,的存在就是为了改变空气流速,利用气压差产生拉(推)力得以控制飞机前进和方向。但如果增加了桨页数量相应的就会增加阻力,尽管增多桨页会提高动力(推力),但转动速度会大打折扣,而以当时发动机的功率,根本不足以驾驭得了两片以上的扇叶,倒不如减少其扇叶来增加其转速。同等马力下,桨叶越少风阻越小,转速就越快,转速快了,同等螺距下,飞机的速度就越快,所以前期的螺旋桨飞机自然是两片桨页。

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲两片桨页的飞机

  随着科技的进步,发动机越来越强大时,首先可以通过加大桨叶长度的方式获得更多推力,但因为长度、强度、翼尖速度的限制,不可能无限加大。比如翼尖速度达到接近超音速时,会发生强烈震动,进一步增大长度令翼尖速度更大,会导致更为震动甚至出现危险。这个时候就需要增加桨页了,比如三片、四片桨页飞机。不过扇叶也不能一昧的增加,当扇叶增加到一定程度,也需要加多一台发动机提供动力,这里是需要一个平衡点的。

  生产工艺水平限制桨页形状

  从莱特兄弟最初发明飞机,飞机的原材料很长一段时间都是木头,所以在早期飞机的螺旋桨自然也是木质的。而桨页在高速转动的情况下,其细微的迎风角、平衡点、螺距,以及桨页安装位置等因素,一丝一毫的变化都会引起共振,造成支架断裂的后果。所以桨页的稳定性非常重要,以当时的工艺水平,桨叶是直接由木头制成,做成两片的最方便、快捷,安全并且省钱。在没有更强大的发动机之前,两片桨是最好的选择,后来随着技术和材料发展,才慢慢出现各类叶片。

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  ▲木质桨页

  便于炮弹穿过桨页进行攻击

  自从飞机应用到军事领域以后,螺旋桨旋转桨面一只是机枪射击的一个重大障碍。一般的解决措施就是把机枪装在机翼上方,避开螺旋桨旋转桨面,不利于非常飞行员瞄准射击,这时候的军用飞机都称不上真正的战斗机。直到安东尼·福克发明了“机枪射击协调器”,才从根本上解决了飞机火力问题和安全性。但机枪射击协调器有个致命的缺点,就是会影响飞机的速度,在精准度上的确比机翼武器更高,但对机枪的射击速度也有极大限制。所以在不过多影响飞机飞行速度的前提下,又尽量提高机枪的射击速度,最好的方法就是减少桨页数量,桨叶间距越大,射击效率越好,过于密集的桨叶会影响战斗机机炮射速。一战和二战前期,装有机枪射击协调器的飞机主要就是两片桨页和三片桨页的飞机,到了二战中后期,很多四片桨页战斗机,为了更快的飞行速度,取消了在机头安装机枪的射击。

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲机枪射击协调器原理

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  ▲安装机枪的位置

  以上就是为何在早期,以两片桨页的螺旋桨飞机居多的主要原因,叶片的数量和发动机功率、生产工艺水平、机枪攻击方式、具体的用途定位,还有飞机本身重量等都有很大关系。下面附两款两片桨页的飞机:

  螺旋桨飞机只有两片桨叶吗?便于射击子弹只是原因之一

  ▲福克Dr-I

  福克Dr-1三翼机,几乎每一位德国空军飞行员在第一次世界大战时都驾驶过,同时也是第一次世界大战时期世界头号空战王牌里希特霍芬男爵的最后座机——"红色男爵号"的同型机。

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  ▲P-26战斗机

  P-26战斗机是美国陆军航空队所使用的第一架单翼战斗机,P-26 曾经是世界上速度最快的战斗机,它的出现揭开了 30 年代美国乃至世界范围内军用航空技术大发展的序幕,不过它的身影如同流星一般辉煌而短促,珍珠港事件前就已经退役了。

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