上个世纪50年代,苏联的安-2运输机,在中国实现了国产化,一代神机运5诞生。
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在这之后几十年,这架小型飞机前前后后生产一千多架,成为中国产量最大的运输机。运5在天上的地位,就相当于五菱宏光在地面。
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上个世纪90年代,哈飞制造的最大起飞重量达到5吨的运12飞机,先后取得英国和美国颁发的适航证。成为迄今为止,唯一一个同时取得英美适航证的中国产的飞机。
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有人就好奇了,这飞机无论大小,它起飞原理一毛一样。
咱自己研制的小飞机都满天飞了,那直接给小飞机的每个零件都等比例放大,该加厚的加厚,该加粗的加粗,再拼起来,不就是大飞机了嘛!想要多大就有多大。
现在咋还一直在这喊大飞机难造呢?什么大飞机专项,是不是套国家经费啊?
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哎呀好问题。今天就说说这个:大飞机是小飞机的简单放大吗?大飞机到底难在哪?
咱水平有限,下面仅仅从两个角度解释。
首先,法律性质的适航规章,对大飞机和小飞机的要求不一样。众所周知,大飞机研制,需要看适航规章的CCAR25部。
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而小飞机,就要听CCAR23部的了。
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至于说多大算大,多小算小,规章也有要求。比如,最大起飞重量超过5.7吨,那就可以叫大飞机了。
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很显然,大飞机大,拉人多,那要求肯定也更高。
比如最重要的安全性,大飞机的要求是十的负九次方,一大串零。
啥意思呢?就是可能导致机毁人亡的故障它发生概率不能大于十亿分之一。而小飞机,概率一般都会比这个大2个数量级。
所以你看现在的客机,它为啥要装两台发动机,难道是一台推力不够大吗?
不信你搞一台GE90发动机装在737上试一试,这推力岂止是够,它简直能让737直呼哎呀太快了太快了。
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当然,让737装一台比自己机身还粗的发动机,确实也不太雅观。
现在的民航客机,之所以没有单发飞机,根本原因还是安全。适航规章还没有松口,不让单发客机上天。
类似的例子,现在的客机为什么要装至少两套空调?难道是一台空调它的冷风量不够吗?
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为什么要有好几套液压系统,难道是一套系统不够有劲儿?
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为什么要有几套飞控系统,甚至保留笨重的液压式飞控,难道是线传飞控不好使吗?
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这一切的一切,都是因为适航规章对这种牵涉到几百条人名的交通工具,提出了严苛的安全性要求。
最终的结果,就是你把小飞机等比例放大,哪怕能造出来,民航局也不会让你飞的。
说完适航规章,还有硬一点儿的工程角度。
在工程上,有个著名的尺寸效应。啥意思呢?最典型的你小学就学过,面积和长度之间,是二次方的关系。而体积和长度的关系,更过分,是三次方。
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这意味着,如果你把飞机每个零件的尺寸都变成原来的二倍,那这个飞机各个部分的面积,比如机翼,就变成了原来的四倍,二的平方嘛。
而机翼的升力和面积是成正比的,所以升力也会变成原来的四倍。
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但是!问题来了啊,飞机的体积,它变成了原来的八倍,二的三次方。那很显然,重量也是原来的八倍。
最后是什么结果呢?就是飞机重量的增加量,远远大于升力的增加量。而且你放大的倍数越大,重量就比升力增加的越多。
最后的结果就很显然了,这放大后的飞机,屎都给累出来,它也飞不起来呀!能明白吧,这都小学的知识。
下面再深入一下,说点小学生听不懂的,用国产的结构强度仿真软件AIFEM做个简单的计算机仿真。
这,是我画的一个飞机模型。你如果看着比较抽象,那就对了,因为这是半个飞机。机身就画了一半,伸出来这个长长的,是机翼。
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讲究的就是个大写意,因为想搞的好看又精细,是需要时间的。
强度仿真的内容是啥呢,就是看一下在机翼重力的作用下,机翼和机身连接处的应力有多大,很简单。
这个小飞机模型我算了一下,机翼根部区域的最大应力是6点多。
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下面把飞机等比例放大一下,各方面尺寸都变成原来的二倍。再算一下,这最大应力变成了多少,27点多。
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你看看,你瞅瞅,这多直观,应力增大了好几倍。
咱这些臭画图的都知道,看一个结构能不能用,强度行不行,够不够结实耐操,主要看的不就是应力大小吗,会不会超过材料的许用应力。
当然,我算的这个例子太糙了,飞机画的丑不说,考虑的工况也很单一,只有重力。但是无论复杂还是简单,用的方法基本都是一样的。
你可以自己下载软件试一试,再给机翼一个均匀分布的向上的力来模拟升力。看飞机的尺寸等比例变大后,机翼根部的应力是咋变的。
我就这两把刷子,前面说这两点已经用尽了我毕生所学。肯定不够,远远说明不了大飞机为什么不是小飞机的简单放大,欢迎懂行专业的人继续补充。
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