把普通飞机做大10倍,包括做大发动机,是不是就可以是大飞机了?

宝鉴明心


航空航天专业的同学来回答这一题!

我先告诉你答案:大飞机不是把小飞机放大就行了的,这么做出来的飞机不是飞不起来,就是飞不了几次就坏掉了。

形状相同但大小不同的机械在性能上差异及其巨大。

我举个最简单的例子。比如说下面这幅图里面的东西叫做“盖玻片”,简单说就是一小块玻璃片,相信在初高中用过显微镜的朋友应该都见过。

如果我们把这块小玻璃片立起来,轻轻推倒,那么这块小玻璃片极大概率是毫发无损。但是如果我们把这一小块玻璃片放大几十倍,那就是一块窗户玻璃了,请问一块窗户玻璃立起来再推倒之后,这块玻璃会怎么样呢?相信有生活经验的朋友都知道,窗户玻璃早就碎了。

之所以会这样,是因为一个物体容不容易坏往往跟“截面”这个概念有关,比如说我们看一根绳子容易不容易拉断,主要看绳子的截面积,截面积越大,绳子就越不容易被拉断,而不是看整个绳子有多重(如下图所示)。所以物体的力学性质是一个随着物体尺寸变化而呈二次方关系上涨的量。

而物体的很多物理性质,比如说重量,则是跟“体积”这个概念有关——体积我们都知道,这是描述物体三维性质的,所以是一个会随着物体尺寸变化而呈三次方关系上涨的量。

所以道理就很简单了:重量上去了,抗损伤的能力也上去了,但是抗损伤的能力没有跟得上重量上涨的速度,所以相同形状的物体越大越容易坏。

飞机等比例放大会面对严重的力学问题。

我们简单看下面两张图,一张是世界上最大的直升机米-26,一张是我们中国的小型直升机武直-10,大家看出来什么不同没有?同样是旋翼,但是米-26的旋翼整个都“耷拉”着,好像没精打采的样子,而武直-10的旋翼则很平直。

这可不是因为米-26偷工减料了,而是因为这架直升机实在是太大了,仅仅是旋翼自身的重量就足以让自己“压弯了腰”。所以可想而知,真的飞起来的时候两种不同大小的直升机面临的力学问题会相差多大。

同样的,如果你只是把一架小飞机放大十倍,那么这么造出来的一架大飞机仅仅是自身重量就足够把飞机本身压垮,更加不用说上天了。

以上的这个现象,我们一般称之为“尺寸效应”,虽然形状完全一样,但是因为尺寸不同所以最终的性能完全不一样。

举一反三,在流体力学、燃烧学上面同样有大量的“尺寸效应”。

同样形状但是尺寸不同的机翼,用同样的速度飞行,产生的升力是完全不一样的,甚至于会有质的区别;同样形状的燃烧室,但是尺寸大小不同,内部的燃烧现象也是两码事。

所以综合起来看,仅仅靠放大尺寸就想把“小飞机”变成“大飞机”根本就是不可能的,你造出来的东西可能根本就飞不上天,或者没飞几下就散架了。

不知道这样我说明白没有?欢迎大家点赞、评论、关注走一波呀!


航小北的日常科普


这个问题力学老师曾经讲过,先说结论,后科普原理。

如果将普通飞机做大10倍,包括发动机等所有的细节零件同比例放大10倍,这样制造出来的飞机很可能飞不起来,即使侥幸飞起来,在性能上也根本无法满足实战需要。

试想,如果等比例放大的方案可行,那么任意一家玩具飞机厂多用点材料就可以生产运9、运20等大型运输机了,即世界上能够制造玩具飞机的国家就可以生产大飞机,答案显然不是这样的。

实际上目前能够制造200吨以上的大型军用运输机的仅有美国、俄罗斯、乌克兰和我国四个国家,这也是我国无数科研工作者努力奋战的结果。



飞机无法等比例放大与以下的几个方面有关:

1、根据空气动力学原理,空气有粘性,飞机表面不光滑,飞机就一定会受到阻力。飞机的阻力可以分为摩擦阻力、压差阻力和诱导阻力等,阻力f=1/2XSC^2,其中C为阻力系数,和飞机的迎角、飞机形状以及表面的光滑程度有关,C是飞机的速度,S为面积。

从以上公式就可以看出问题,阻力是与面积成正比的,也就是尺寸的二次方,而动力输出并不是和尺寸的二次方成正比,重力和体积成正比,也就是尺度的三次方,所以力学参数变化并不是成正比的。

中期结论:等比例放大后的飞机受力很难达到平衡,无法飞行。



2、材料强度并不是和尺度成正比。

材料的尺度增加为10倍,并不代表材料的强度增加为10倍,飞机的强度,操控性,稳定性等方面必然不满足要求。而且有些部位并不需要等比例的增加,比如机身外壳有5mm的铝壳就可以满足要求,换成5cm的铝壳就没有必要。

这样的飞机很难起飞,我想没有试飞员会愿意飞这样的飞机。

中期结论:飞机机械强度等不满足要求

3、飞机发动机动力输出不满足要求

飞机各个部件成比例放大十倍后,重量也会变为原来的十倍,但是发动机动力输出并不会因为发动机尺寸变大十倍,就增加十倍。燃烧室能否承受住更高的温度,动力输出轴和涡轮的强度能否满足要求等都是问题。



最终结论:飞机放大十倍后不仅动力学上不能达到平衡,机械强度以及发动机性能等方面也无法达到要求。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普


把普通飞机做大10倍,包括做大发动机,问是否可是大飞机了?

我的回答是:可以,当然可以。这个三岁小孩都知道的问题,还用问?

如你做成功,那祝贺你,我们人都应变成10倍的巨人了,飞机场要做大10倍,机场,飞机跑道也要扩大10倍,你家中的住房,家具,日用品不做大10行吗?

那时候,地球也应做大10倍。人们可忙了,百废俱兴,什么都要从头开始,不造房子行吗?小偷可以有五,六层楼高,刚生出来的婴儿,你的房间还不够他伸懒腰……世界真是变了!

哈哈,头条真好玩,时不时有小学生提问题,又冷不防,有幼儿园的小朋友答题,真是返老还童了!


老马190968311


为什么鸵鸟飞不起来?因为太大了。

尺寸放大10倍,体积就会放大1000倍,重量相应放大1000倍。但是支撑其重量的是水平横截面积,只能放大100倍。

就是说原来一条腿支撑10公斤的重量,现在腿粗了100倍,可以支撑10×100公斤的重量,但是实际上要支撑10×1000公斤的重量!

同样的是翅膀(机翼),增加100倍截面积,单位面积支撑的重量增加10倍。

在建造材料不变的前提下,这是不可能的。

因此,用木材造飞机,不如金属铝合金造的飞机大。


一叶枫流O灵似舞妖


将小飞机同比放大,可成大飞机✈️?

不行✋!

我想从另外一角度做出解释。

自然界中,小蚂蚁🐜可以承担起自重100倍以上的物体,如果将蚂蚁🐜放大至与人体同级别重量100Kg,那么其负重能力可达100Kgx100倍=10000Kg?合10T?显然不行。

而人类或大型动物,实际上平均只能承担起自重3倍的重量,即100Kg自重可承担300Kg重量。 可见,随着自重升高,其单位负重能力会成反比下降。因此,如果将小蚂蚁放大至和人一样高大的巨蚁,其单位自重的负重能力会大幅下降,充其量只能承担300~400kg重量。

据此,单纯同比放大飞机,其单位重量的负重能力会急剧下降,甚至,连空载也飞不起来。


新疆王志勇


结论是很显然的,大飞机不仅仅是整体结构的放大,而是整体结构的重新设计(为了满足结构刚度强度要求)也就是说,整体结构放大后,结构的强度刚度也会不一样。我给大家简单演算一下吧,希望大家能从数据分析的角度,而不是直观的想像来下结论。

1、以机翼的梁为例——受力分析

机翼的主要承重结构就是机翼的主梁,气动力通过蒙皮最终传递到主梁上,这跟主梁与机身连接。下图中部就是机翼的主梁。

简单起见,我们把梁简化为如下模型。与机翼连接处设为固定约束,气动力与重力都作用在质心处,梁本身也简化为矩形横截面。如下图。


2、放大后的应力对比——重力的影响太大

简化后的矩形梁,危险点位于连接处的上下两个点(应力最大),其应力如下图。其中,l为梁长度,h为梁的高度,Iz为矩形截面的惯性矩,等于b*h^3/12。

当结构整体放大后,假设放大一倍。长度l,高度h都变为2l和2h。那么Iz变为16Iz。机翼的长宽都变大一倍后,面积变为4倍,气动力也相应变为4F。忽略重力的情况下,代入上式后,结构的最大应力完全没有发生变化。考虑重力后,矩形梁的重力也是原来的8倍。初始状态下,升力和重力整体上是平衡的。但是,放大一倍后,升力提升4倍,重力却提升了8倍。这样的飞机是无论如何都飞不起来的。


3、结构受力的特征

如上所述,结构整体放大一倍后,重力变成原来的8倍,这显然是不允许的。因此,需要降低结构的自重。还是以机翼为例,整体结构的放大,不包括蒙皮结构的厚度。翼肋的厚度、以及主梁的腹板厚度,这些结构不需要加厚一倍。因此,实际上相当于结构的重新设计,尽管基本构型没有发生变化。

实际上,除了主梁结构变化较大外,其他结构的尺寸变化并不大,而这就必然造成放大版结构与初始版结构的不一致。因此,结构内部的应力分布就会完全不同,需要重新设计。


4、尺寸效应

尺寸效应,指的是结构强度随尺寸的变化而发生变化的情况。某种意义上来讲,尺寸效应是材料自身的一种属性。特别是,当尺度跨多过大,比如纳尺度与宏观尺度,这两种尺度下,材料强度就表现得非常巨大了。

上图是混凝土的尺度效应,这种材料的尺度效应已经非常明显了,在宏观的尺度下就可以发现。不过对于金属材料,尺度效应就弱了许多。通常情况下,结构设计不会考虑尺寸效应的影响,因为在同一种尺度下,尺寸的变化对强度影响甚微,如下图。


从飞机的角度来讲,放大后,并没有跨尺度,所以在这里尺寸效应可以完全忽略。


5、总结

我以机翼为例,初略对比了一下放大前后的应力,发现放大后的重力提升远大于升力,飞机根本无法正常起飞。此外,为了减轻放大后的结构自重,某些结构必须重新设计,一些尺寸可以保持不变,这样的话结构就与初始结构完全不同,应力分布也就不一样了。必须要重新设计、校核。


力学Nerd王小胖


两大飞机制造公司都曾考虑將客机造大一点,但各国反对因现有机场不可能或不愿升级,还有乘客疏散问题不能解决,能乘八百人的飞机在现有配套设施下已经是极限,再大点就需升级设施,没有机场管理机构配合飞机制造公司不可能下注,研制大型飞机需千亿美元经费,把普通飞机做大十倍是方天夜谈……


TomTam


当然不行,材料力学不允许。这就和某些白痴舔狗说老外那点小把戏放大一下就能取代我国大型龙门吊一样!放大到一定程度自重就压垮了!蚂蚁很牛批,多高扔下去摔不死,还能举重,可你试试把它放大到人的大小,乍一看挺害怕,过一会你就发现这玩意早就死了,相同的结构支撑不住变大的身体,它根本都来不及看这个世界。相同的你把航模或者小飞机直接等比例放大,本来挺好的力学结构就越来越别扭,本来挺准的喷点,涡流等都会变差,变乱,根本不能使用


环状星云


别的部件咱们不看了,就看机翼。

整个机翼重心大概在靠近机身三分之一处,那么想机翼不掉下来就需要连接处总强度承受重量加三分之一长度的力矩。

等比增大之后,重量变为十倍,力矩增加十倍,强度也增加十倍,但是要求的是前两项相乘小于等于强度,相乘之后增加的是一百倍,所以强度只增加十倍是不够的。

理解了上面这个就可以想想发动机的螺旋桨了,本来的长度、圆周运动所需的向心力可以由抗撕裂强度为1的材料满足,现在长度增加的同时末端线速度也在增加,用原来的材料螺旋桨直接会被撕碎……

后面的不用多说了吧,而且这个不是增加厚度就能提升的,想提升只能找到强度更高的材料。


用户59633035208


飞机不是说简单的尺寸扩大就行,简单来说村口的小河用木桥就可以搭建,那是不是说把木桥尺寸做大点就可以做成长江大桥?同样跨海大桥也不是仅仅比跨江大桥长一点。而是技术,材料,设计等全方面的提升。飞机更是一样,不是说简单的做大尺寸就行。


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