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adgjmp8975 ( 傑卡.宗爾博特 )
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Lv. 32 | 文章數:4664 | 推薦數:226 | 被推數:2709 #6. 2009-09-28 20:02:35
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德國的設計

Do-335箭式
Do-335(都尼爾)
        由於雙引擎飛機一般都給人速度慢、大籌載力、操縱性低劣的印象,因此有些飛機製造廠想打破這個迷思,因此出現了一些怪機。在這些怪機中,最著名的應該就是都尼爾公司所製造的Do-335。Do-335的發展於1937年,由於之前亨克爾曾經試造了He-119這種特殊的機型,利用兩具發動機驅動同一個槳軸達到大輸出和高速度的性能,因而引起都尼爾工程師的注意。在新提出的雙引擎戰機計畫中,將兩具發動機各自驅動螺旋槳,並採用一具朝前一具向後的推/拉式配置法,這種新型配置法是為了取得雙發戰機的強大輸出功率和單發戰機的優良氣動造型所開發的,不過由於之前並沒有這種機種的出現,因此德國航空研究所(Gottingen)還特別是造了一架GÖ-9實驗機進行理論驗證,因此新戰機的設計從1941年才正式開始。一開始,都尼爾是預定設計伊種高速的戰鬥轟炸機,並代號為Do-231,不過後來該計畫被更新的Do-335取代。第一架原型機在1943年出廠,由於性能優秀,多次在試飛種展現出優異的性能,因此很快的就獲得了空軍的訂單
        Do-335的設計確讓德國雙引擎戰機邁入了新的里程碑,一般的雙引擎戰機都是將發動機外掛在機翼上的並列式配置法,因此不僅在阻力上由於單截面有兩具螺旋槳和較長的主翼大大的加重阻力外,另外掛在機翼上的發動機由於重量不輕,連帶的使戰機本身在格鬥時的轉距增加,導致戰機格鬥能力的下降,因此Do-335的縱列式配置法除了讓戰機的截面減小使機身風阻下降外,整個機身的長寬比增加,更使得戰機更符合流線型使得速度更加的提高。雖然縱列式配置使得Do-335在高速飛行時往往會產生另飛行員不悦的水平或縱向震動,不過由於Do-335本身的重量很大,不過時速高達665km,使用增壓器時時速更一舉飆上了765km,能有這種性能已經很不簡單,因此負責操作的部隊大多十分滿意。當時同期的機種還有採用機身內部配置雙引擎的日本海軍艦偵─景雲,景雲採用的是並列式設計,不過卻因為技術的問題無法克服而沒有服役,Do-335也是大戰中唯一採用縱列式引擎配置的實戰機種。另外有趣的是,因為Do-335的機尾有著另一組的螺旋槳,當時為了避免飛行員在跳機時被這個螺旋槳擊中喪命,還特別開發了以壓縮空氣為動力源的彈射椅,不過因為壓縮空氣的推力不穩定,在較低空時的效果並不好,因為飛行員還要花時間解開座椅的安全帶,不過比起先爬出機外在跳傘的方式的確安全不少
        Do-335除了A-1的戰鬥機型和A-4的偵察機型外,後來因應盟軍的夜間轟炸還特別衍生出一款裝備FuG 220雷達(由後座雷達手操作)的A-6夜戰機型,不過由於空間的問題並沒有配置斜角射擊的爵士樂機砲。由於基本設計不錯,Do-335的計畫衍生或改良機型自然不少,不過大多都因為德國的投降而來不及加入戰場。像是有更加大的翼展和兩段式發動機,並在機翼上加裝Mk108  30mm機砲的Do-335B重武裝戰鬥機、裝備更強力發動機(可能是Jumo213或DB605)的Do-435。更特殊的是將兩架Do-335的機身平行裝置在同一加大主翼上的Do-635,靠著四發動機的強大馬力和優秀的機身設計,被當成高速高空偵察機使用。由於太晚出現,Do-335系列的總產量僅有90架左右,交付部隊的更僅只有23架,頗有英雄方恨生晚的味道
型號
A-1型
A-6型
機種
戰鬥機
夜間戰鬥機
翼展
13.8m
13.8m

4m
4m

7400kg
7700kg
發動機
兩具戴姆勒‧朋馳DB603 G型倒V型12缸液冷發動機(1900hp /具)
兩具戴姆勒‧朋馳DB603 G型倒V型12缸液冷發動機(1900hp /具)
最高時速
765km
700.7km
實用昇限
11410m
10190m
續航力
2050km
2050km
武裝
機首MK103 30mm同軸機砲1門
機首上方MG151/15 15mm機砲2門
機腹500kg炸彈或副油箱用掛架1個
兩翼500kg炸彈或副油箱用掛架各1個
機首MK103 30mm同軸機砲1門
機首上方MG151/15 15mm機砲2門
乘員
2名
2名
1.Do-335在不使用緊急增壓器時,A-1型時速為665km,A-6型則為600.7km
2.Do-335在外掛副油箱時,最大航程為3750km



 



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Lv. 32 | 文章數:4664 | 推薦數:226 | 被推數:2709 #5. 2009-09-28 19:47:55
先介紹一下後置螺旋槳的機型

震電(九州)
震電的設計開始於1944年5月,是日本海軍有鑑於德國所面臨的的盟軍重轟炸機編隊問題,為了避免未來有此問題的產生,需要一種高速高高度的重武裝攔截機,設計的部分交由九州飛行機公司負責
震電有著非常詭異的構型,除了特殊的推進式螺旋槳和前翼式設計外,震電的垂尾則分佈在兩片主翼上,修長而突出的機首中內藏了機上大量的系統。4門30mm機砲集中配置在機首,除了能夠提高炮火密集度外,對提高命中率也很有幫助,不過震電所採用的六葉大直徑柱友液壓恆速螺旋槳,同樣的和美軍P-47產生了機身離地高度的問題,不過為了顧及飛行員的視野,震電的起落架顯得十分的長,由於這個過長的起落架,機翼內無法在裝設機砲,實在是很可惜,震電也是二戰中日本唯一一架採用前三點起落架的單發戰鬥機。

震電由於情勢所須,發展的速度非常的快,雖然日本仍然在盟軍轟炸機的轟炸下,設計小組僅在一年後的1945年6月15日便完成了1號原型機,就連飽受轟炸的三菱會社,也在5月將經過各項測試的Ha-43發動機完成。震電隨即在1個月的短暫修改後,於8月3日在九州福岡市的蓆田飛機場由宮石義喬先生(九州飛行機的試飛員)架機進行第一次的飛行,並在水平狀態飛出了時速293.5km的紀錄,爬升和翻滾等性能表現的十分傑出。機體在略經修改後於8月6日和8月8日成功的完成了兩次試飛,不過在第三次試飛完成後,發動機和螺槳方面出現了問題,三菱和設計小組還在進行修改時,戰爭就已經結束,使得震電無從表現出他驚人的戰力。之後曾經傳出震電當年有換裝噴射發動機的計畫,並藉噴射化降低起落架高度以增加衝場穩定性和火力,不過一切都隨著日本的戰敗而成為泡影。在戰後,震電的原型機被美軍接收,並在美國進行了一連串的試飛後,目前停放在NASM的機庫中,未來有可能成為展示機

翼展 11.11m
長 9.76m
高 3.02m
重 3525kg
發動機 1具三菱"Ha-43"42型複列星型18缸氣冷發動機
(2030hp)
最高速率 750km/h
實用升限 12000m
續航力 1110km
武裝 機首十七試一型30mm機砲4門
兩翼7.7mm機槍各兩挺(訓練用)
兩翼下30kg、60kg炸彈掛架各2個,並可各另外掛載1個副油箱



震電裝備噴射引擎的狀態個人推測




三菱 J4M 閃電/滿飛 KI-98



三菱 J4M 閃電/滿飛 KI-98 她是日本當時為了能攔截B-29而設計的
開發代號為17式乙戰 海軍代號J4M閃電主要參考了 擄獲的P-38跟雙胴體設計跟研發中的震電的發動配置
設計要求是要能爬升到12000m 且時速要達到700km以上 當初三菱提出兩個方案 一個是搭載中島230或130的噴射版 另一個就是搭載跟震電同樣的三菱HA43-41型的螺旋槳版最先研發就是螺旋槳版 遽說在8000M時的平飛時速高達759KM 而在12000M也達到了708KM原定在1944年試飛 並研發噴射版 但是1944年的東海大地震造成三菱HA43-41型的生產線大亂因此被迫延到1945年 但是研發進度嚴重落後 加上戰爭惡化 海軍不得以要刪掉一些開發案而J4M跟J7W的性質又相同 但是J7W的火力比J4M強大 所以J4M完成一架樣機便終止開發不過當初三菱就怕有這種情況發生 因此在開發當初就有授權滿洲飛行機工廠(前身為滿航的鐵工廠)研發陸軍版的J4M 代號為KI-98 其實就是機體放大 換裝2200馬力   三菱211型的J4M1
但是當時滿洲飛行機工廠在奉天的廠房被轟炸造成研發中斷 因而要開新廠房來生產 後來在1945年 唯一的樣機也被俄軍燒毀不過假設完成的話 將會是B-29的惡夢

三菱 J4M 閃電 性能諸數

翼 面 積:22.00 m2  
自     重:已不明  
最大重量:4400Kg  
設計航速:759km/h
續航時間:2.2h  
上升限度:12000m
螺 旋 獎:6葉定速螺旋槳  
發動機:1650馬力   三菱43-41型   復列星型氣冷18缸 ×1  
乘     原:1名  
武     裝:30mm機炮×1,20mm機炮×2           航空炸彈 60Kg×2  


滿飛 KI-98 性能諸數

翼 面 積:24.00 m2  
自     重:3500Kg
最大重量:5500Kg  
設計航速:710~730km/h
續航時間:2.2h  
上升限度:10000m
螺 旋 獎:4葉定速螺旋槳  
發動機:2200馬力   三菱211型   復列星型氣冷18缸 ×1  
乘     原:1名  
武     裝:37mm機炮×1,20mm機炮×2




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Lv. 32 | 文章數:4664 | 推薦數:226 | 被推數:2709 #7. 2009-09-28 19:58:50
美國的版本
反推式戰機 XP-54 & XP-55-美國, 震電-日本
把螺旋槳安裝在機身後方, 以取得更高的飛行速度. 這種設計概念, 在美國及日本都不約而同的出現了. 美國試作了兩機XP-54, 及3架XP-55, 日本也作了兩機的震電.但是在結構及外觀上卻大不相同.
XP-55

Specifications (XP-55)

Curtis XP-55 Ascender side view.


Data from WW2 Aircraft Fact Files: US Army Air Force Fighters, Part 1 [3]
General characteristics
  • Crew: one pilot
  • Length: 29 ft 7 in (9.0 m)
  • Wingspan: 40 ft 7 in (12.4 m)
  • Height: 10 ft 0 in (3.0 m)
  • Wing area: 235 ft² (21.83 m²)
  • Empty weight: 6,354 lb (2,882 kg)
  • Loaded weight: 7,710 lb (3,497 kg)
  • Max takeoff weight: 7,930 lb (3,600 kg)
  • Powerplant:Allison V-1710-95 liquid-cooled V12 engine, 1,275 hp (951 kW)
Performance
Armament

four 0.50-inch machine guns in the nose
XP-54

Specifications (XP-54)
Data from Green & Swanborough 1978, p. 84.
General characteristics
  • Crew: one, pilot
  • Length: 54 ft 9 in (16.69 m)
  • Wingspan: 53 ft 10 in (16.41 m)
  • Height: 14 ft 6 in (4.42 m)
  • Wing area: 456 ft² (42.4 m²)
  • Empty weight: 15,262 lb (6,923 kg)
  • Loaded weight: 18,233 lb (8,270 kg)
  • Max takeoff weight: 19,337 lb (8,771 kg)
  • Powerplant:Lycoming XH-2470-1 liquid-cooled piston engine, 2,300 shp (1,715 kW each)
Performance
Armament


foryou1984f ( 瀧九 )
Lv. 14 | 文章數:514 | 推薦數:329 | 被推數:298 #8. 2009-09-28 20:14:20
謝謝各位大大的回覆

小弟原本是猜測後置的螺旋槳有助於提升飛機的最高速度(因為去除掉主翼的阻力,以及不用顧慮主翼的負載)
但上升力會比較差~~!

因此才會想要來問問看為什麼之前的戰機都是前置較多
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Lv. 32 | 文章數:4664 | 推薦數:226 | 被推數:2709 #9. 2009-09-28 20:49:30
很簡單因為這是傳統且經過驗證的技術所以在需要大量戰機時自然會採用已經成熟的設計,但是前置螺旋槳的缺點也不少,阻力很大加上武裝只能集中在兩翼命中率及穩定都比較差,前置螺旋槳的機型要提升速度只能朝1增裝發動機2在流體力學方面實施改良3換裝大功率發動機,這三種方面都有很多盲點,增裝發動機會造成重量變大靈活性下降ME-110 P-38就是顯著的例子,流體力學方面實施改良效果有限而且要顧及操控性及機身物理強度,換裝大功率發動機會有散熱及自重增加的問題,在還沒有將噴射引擎實用化前這些問題就有人提出後置的螺旋槳的概念,利用螺旋槳產生反推力使機翼搆型更能利用翼面的升力,武器可以集中,沒了螺旋槳視野會更好,但是後置式螺旋槳不是沒有問題,飛操性非常不穩定,對飛行員的技術要求相當高,對於二次大戰需要大量戰機的狀況自然緩不濟急,加上噴射引擎實用化的衝擊,就沒有獲得進一步的發展,不過現代的噴射戰鬥機恰好是用噴射引擎向後產生推力飛行,或許這也是後置式螺旋槳概念的延續。
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Lv. 32 | 文章數:4664 | 推薦數:226 | 被推數:2709 #13. 2009-09-28 23:23:23
活塞式發動機實在是太重,主要是氣缸跟散熱器的重量導致,而且要高功率高出力免不了大型化,所以發展到最後成了走不出的瓶頸,再加上阻力的問題,不過現在的螺旋槳飛機都採用渦輪引擎,只是不是用在戰鬥機上一般運輸機巡邏機教練機輕型攻擊機及觀測機才用螺旋槳推進。
cobrachen ( mustang )
Lv. 34 | 文章數:772 | 推薦數:4 | 被推數:851 #14. 2009-09-29 10:27:07
引言回覆 adgjmp8975 的話:
活塞式發動機實在是太重,主要是氣缸跟散熱器的重量導致,而且要高功率高出力免不了大型化,所以發展到最後成了走不出的瓶頸,再加上阻力的問題,不過現在的螺旋槳飛機都採用渦輪引擎,只是不是用在戰鬥機上一般運輸機巡邏機教練機輕型攻擊機及觀測機才用螺旋槳推進。

活塞發動機的限制不是在發動機本身,而是在螺旋槳上面。

螺旋槳在飛行速度接近800公里/時的速度時,就達到他的輸出效率的極限,這時候,無論如何增加輸出,也會因為螺旋槳葉片尖端接近音速而出現震波,那麼,旋轉速度進一度提高的時候,螺旋槳的葉片反而會因為震波的關係而導致效率下降,這時後輸出的效果反而降低。

受到飛行速度和葉片尖端旋轉速度,以及接近音速時產生的阻力等因素,使得過去螺旋槳飛機的飛行速度有一定的上限。

現代的改進雖然提高飛行的速度,但是還是以提高穿音速區域的飛行效率。超音速飛行還是以噴氣類的發動機效率較高。
cobrachen ( mustang )
Lv. 34 | 文章數:772 | 推薦數:4 | 被推數:851 #15. 2009-09-29 10:33:44
引言回覆 foryou1984f 的話:
謝謝各位大大的回覆

小弟原本是猜測後置的螺旋槳有助於提升飛機的最高速度(因為去除掉主翼的阻力,以及不用顧慮主翼的負載)
但上升力會比較差~~!

因此才會想要來問問看為什麼之前的戰機都是前置較多

不是去除掉機翼的阻力,實際上,根本不可能去除機翼的阻力,要去除機翼的阻力,除非機翼在真空中,或者是與氣流沒有相對移動速率,但是,這樣的狀況機翼怎麼去產生升力?

前置螺旋槳因為氣流相對於左和右邊的機翼有不對稱的狀況,所以才會有減損的問題。
cobrachen ( mustang )
Lv. 34 | 文章數:772 | 推薦數:4 | 被推數:851 #16. 2009-09-29 10:40:39
引言回覆 adgjmp8975 的話:
很簡單因為這是傳統且經過驗證的技術所以在需要大量戰機時自然會採用已經成熟的設計,但是前置螺旋槳的缺點也不少,阻力很大加上武裝只能集中在兩翼命中率及穩定都比較差,前置螺旋槳的機型要提升速度只能朝1增裝發動機2在流體力學方面實施改良3換裝大功率發動機,這三種方面都有很多盲點,增裝發動機會造成重量變大靈活性下降ME-110 P-38就是顯著的例子,流體力學方面實施改良效果有限而且要顧及操控性及機身物理強度,換裝大功率發動機會有散熱及自重增加的問題,在還沒有將噴射引擎實用化前這些問題就有人提出後置的螺旋槳的概念,利用螺旋槳產生反推力使機翼搆型更能利用翼面的升力,武器可以集中,沒了螺旋槳視野會更好,但是後置式螺旋槳不是沒有問題,飛操性非常不穩定,對飛行員的技術要求相當高,對於二次大戰需要大量戰機的狀況自然緩不濟急,加上噴射引擎實用化的衝擊,就沒有獲得進一步的發展,不過現代的噴射戰鬥機恰好是用噴射引擎向後產生推力飛行,或許這也是後置式螺旋槳概念的延續。
實際上,在氣動力的設計上的改善,是可以有不小的改善。譬如說,美國在二戰初期的F2A,只是經過風洞吹過之後,把機身上一些會增加阻力的部分稍為修改,就能夠增加23英里/時的速度,這還沒有考慮到減輕重量或者是增加發動機輸出的狀態下。

P-51的速度和航程也是受到他的零升力阻力較低,以及層流翼設計上的優點而受惠。體型龐大的P-47,因為本身的阻力很大,所以儘管油也裝的很多,至到後期型加上大型副油箱,航程才可以和P-51相比。

Bf 109在改良的過程中有許多突出,腫包之類的結構出現,他的後期型的阻力是早期的兩倍。

所以氣動力的影響是一點也不能忽視的。只是二戰時期只有美國有大型風洞,可以把整架飛機放進去吹,直接找出問題作出最佳化。

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Lv. 32 | 文章數:4664 | 推薦數:226 | 被推數:2709 #17. 2009-10-05 14:52:36
其實就算是在氣動力學作文章也有極限,因為要兼顧飛操性及物理強度,飛得快意味防禦力低飛操性比較嚴苛,對於量產機來說就不是那麼實際,其實螺旋槳機型真正的問題還是在螺旋槳,二次大戰的機型怎麼改都很少牽涉到螺旋槳的發展,因為當時技術不成熟,就只能在比較穩定的技術上做改良,1增裝發動機2在流體力學方面實施改良3換裝大功率發動機,這三種對戰鬥機來說能改善的空間不多,所以到了噴射引擎出現,戰鬥機就慢慢的沒有螺旋槳的機型,說真的螺旋槳發展上也只能在葉片形狀及材質做發展,雖然現代科技已經可以有八葉定速螺旋槳及渦輪引擎的螺旋槳飛機,但是依舊比不上噴射引擎,比較好奇的是美軍要復原震電會是什麼狀況,希望別加太多非二次大戰的東西不然沒意義,個人是蠻想看裝噴射引擎的表現。
cobrachen ( mustang )
Lv. 34 | 文章數:772 | 推薦數:4 | 被推數:851 #18. 2009-10-05 20:47:36
引言回覆 adgjmp8975 的話:
其實就算是在氣動力學作文章也有極限,因為要兼顧飛操性及物理強度,飛得快意味防禦力低飛操性比較嚴苛,對於量產機來說就不是那麼實際,其實螺旋槳機型真正的問題還是在螺旋槳,二次大戰的機型怎麼改都很少牽涉到螺旋槳的發展,因為當時技術不成熟,就只能在比較穩定的技術上做改良,1增裝發動機2在流體力學方面實施改良3換裝大功率發動機,這三種對戰鬥機來說能改善的空間不多,所以到了噴射引擎出現,戰鬥機就慢慢的沒有螺旋槳的機型,說真的螺旋槳發展上也只能在葉片形狀及材質做發展,雖然現代科技已經可以有八葉定速螺旋槳及渦輪引擎的螺旋槳飛機,但是依舊比不上噴射引擎,比較好奇的是美軍要復原震電會是什麼狀況,希望別加太多非二次大戰的東西不然沒意義,個人是蠻想看裝噴射引擎的表現。

首先,在比較二戰飛機的空氣動力的發展上,不能把後來噴射時代的高速空氣動力的發展放在一起看,雖然兩者是有一個先後的關係,不過很多設計的著眼點是放在不同的基礎上。

而飛得快是不是防禦力就低,這一點可以用P-47當一個例子。這架戰鬥機在二戰算是非常耐打,耐戰損非常高的飛機,而他也是美國這邊非常少數在早期飛行就遇到高速俯衝下不可壓縮性的現象,也就是說,這架飛機在俯衝的時候,機翼上局部氣流的速率已經達到臨界馬赫數。也可以說,這架飛機的速度,防禦力和控制性都是相當不錯的。

當然,P-47因為體積和重量的關係,在中低空的水平面的迴轉性能不是最好,但是當高度拉到三萬英呎的時候,這架飛機的運動性就可以壓倒很多飛機,其中一個因素是他的增壓器。

飛機的防禦力與飛行速度之間的關係往往並非那麼直接,有些設計的選擇,註定讓這架飛機的防禦力有缺陷,譬如液冷與氣冷之爭當中,有一項差別就是當發動機相關系統受損之際,液冷的會停擺的機會是比較高。在看這種選擇的時候,是可以說因為液冷的截面積小,阻力低,所以飛機速度可以提高,可是防禦力會因此比氣冷的要低。可是,就機體上的強度來講,空氣動力上的考慮就不見得會降低結構的強度。同樣看P-51,他的機體安全係數的設計是走美國的路線,一像是偏高,他的主設計師到英國去請教他門設計噴火時考慮的方向,因此可以在P-51H上降低重量,可是這時候採取取手段是在結構本身,而不是氣動力上。

在飛機的氣動力細節上作修改的重要性,是來自於早期的飛機設計都是用小模型,加上雷諾數的修正來取得數據,在當時的技術和設備的限制上,量測得到的數字和實際之間還是有差別。即使到今天,如果不是受到外型大小的限制,將全尺寸模型放到風洞當中得到的還是比較準確,畢竟從模型到實際生產出來,這個中間產生的變化也很多。二戰爆發之前,歐洲國家尚未建立這一類大型風洞,美國則是在NACA的主導下開始建立大型風洞,因此,美國可以在設計完,飛機生產出來之後再拿去吹一次,找出和原始設計之間的差異,也就有辦法加以修正。

至於說螺旋槳的改良,也是有,從最初的木製,到後來木頭和金屬,全金屬,也只有當全金屬的螺旋槳出現之後,才有辦法將薄翼理論的好處設計進去,延後高速下氣流剝離的時機。衡速或可變螺距的螺旋槳,可以在不同飛行速度下,維持在一個較好的效率範圍之內。改變槳葉寬度的設計,也就是在P-47的後期使用的一種新設計,P-47在換裝這種螺旋槳之後,爬升能力提高不少。所以,螺旋槳還是有不少改進的,只是在巨觀上比較難以察覺。


foryou1984f ( 瀧九 )
Lv. 14 | 文章數:514 | 推薦數:329 | 被推數:298 #20. 2009-10-06 20:43:21
引言回覆 adgjmp8975 的話:
軟體的運算可以克服這方面的問題,況且是用燃燒燃料產生推力,不會有螺旋槳產生的橫向紐力影響操縱的問題。

如果說是軟體運算~那麼早期的噴射機呢??
還有會不會是機體的重心太過於後面了~例如:電震、XP-55~造成機體不易控制呢??
噴射機的重心應該是中間偏後吧??~(這點不清楚希望有大大可以解答)

謝謝大大們的回覆

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