您的问题非常好,下文是对您问题的一个粗糙的解答。
设螺旋桨旋转后形成面积S,设螺旋桨对空气的作用力为F
则 F=Mg,其中M为直升机质量
设空气经螺旋桨作用后的速度平均为v,
则经过时间t,通过螺旋桨的空气质量为m=Svtk,其中k为空气密度
由动量定理:Ft=Mgt=mv=svtkv,即v=(Mg/Sk)(1/2)(括号中数字表示多少次方,下同)
直升机的功率为p=[1/2mv(2)]/t=1/2Skv(3)
将v 表达式代入上式得直升机功率
p=1/2Mg(Mg/Sk)(1/2)
可见直升机功率与其质量成正比,与空气密度和螺旋桨大小成反比。为了降低功率,直升机的螺旋桨一般都做得很大,但是不能无限制大下去,因为随着螺旋桨增大,M也会增大。同时随着螺旋桨增大,还会出现一系列的问题,比如发动机和螺旋桨的承受能力,等等。要解答到底多大的螺旋桨最佳需要包括流体力学,材料力学在内的一系列知识。这可能远超出了我们一般人的知识水平。
本题的确很难,螺旋桨除了大小外,其形状也是一个很重要的因素。上段得到的其实也只是一个低级的近似结果。我想能严谨地给出最终答案的人肯定是一个一流的直升机专家。
此题似不难。功率是以 秒 计的,若无发动机输出功率,飞机将以静止0速度开始下落。因这时尚属低速下落,可按自由落体算出第1秒下落的距离。飞机发动机的输出有效功率就是1秒钟将质量为M的物体提升这个距离所做的功,折合成功率。(枝节未计)
用向下喷气的动力又如何?解法相近。请使用临界概念。请测出 第1秒> 或 第0.1秒> 或 第0.01秒> 或.....下落的距离,视境况,道理很好懂数字属示意, 望勿将脚蹬墙比喻此题 注意:发电机永远不动
天呀,这题太难了!!!!!
我的物理是奥赛水品的,可是这道题我做不出来,但我能理解其难度。
旋翼的设计,空气密度,距地面高度,甚至周围地形都有影响,只考虑空气向下的速度可不对!升力的很大一部分可是旋翼形状造成的上下压差。向下推空气只是升力的一部分而已。
这题绝对是中科院级别的!
以上自以为得出答案的人们,考虑这样一个问题:两架同样重量的直升机,一架旋翼设计优良效率高。另一架旋翼设计不好,效率低。这两架飞机悬停时,需要的功率会相差很多!!
再补充:火箭是喷射高温气体的反冲,要用冲量算。直升机主要是旋翼上下流速差带来的压差。
而且最关键的就是个效率。
一般定翼飞机水平飞行,功率比直升机旋停小得多。
气垫船也是悬浮在空气上,消耗功率可比直升机小多了。
cnluv的解法是正确的,楼主搞错了一点:cnluv计算的是发动机做的功,不是功率,当然是和时间相关的了。而功率P=W/t,也就是说P=1/2*mg^2。
用动量定理算的朋友,是忽略了一个因素,所以得不到正确的结果:空气密度ρ在螺旋桨造成的压差下是变化的,所以不能单纯认为空气从0加速到速度v,其体积是恒定的。
首先纠正大家一个错误认识,不能说是发动机对飞机做功,而应该是发动机对空气做功。公式为P=FV,F大小等于飞机的重力,V为螺旋桨使空气向下的得到的速度。这样求出来的就是有用功率。