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在一般有人駕駛飛機的設計中,為甚麼不曾出現菱形(Diamond shape)飛機?
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朋友A先生答,主要有幾個原因:
1. **氣動力學考量**:飛機的設計必須考慮氣動力學,以確保最佳的升力和阻力比。菱形氣動外型不一定能提供最佳的氣動性能,特別是在不同的飛行條件下。
2. **結構強度**:飛機的結構必須能承受各種飛行壓力和負載。不同的機身形狀和翼型設計會影響飛行器的強度和穩定性。
3. **操控性**:飛機的操控性和穩定性通常取決於其氣動外形設計(還有飛控軟件)。某些形狀可能會導致在特定條件下令飛行器不穩定或難以操控,因此設計師會選擇更適合飛行的形狀。
4. **用途需求**:不同類型的飛機(如商用、軍用或運輸)有不同的設計需求。菱形形狀可能不適合某些特定用途或任務,當然也可能因特別需要而要這有獨特的外形。
5. **效率考量**:設計飛機時還需考慮燃油效率和飛行範圍。不同的形狀會影響飛機的燃油消耗和航程,因此設計師會根據需求做出調整。
總而言之,飛機的設計是多方面考量的結果。
相較於傳統佈局、配置而設計的載人飛機;一架設計成菱形的載人飛機可能會面臨幾個缺點或挑戰:
空氣動力效率:菱形飛機的空氣動力效率可能不及傳統機翼設計,這會導致飛行過程中的阻力增加,從而降低燃油效率。
結構強度:這種獨特形狀可能在維持結構完整性方面帶來挑戰。壓力分佈可能不如傳統設計般優化,潛在地在高負荷或湍流條件下出現問題。
穩定性與控制:飛機需要在飛行中保持穩定,而菱形設計可能使操控特性變得複雜,導致在執行機動或遇到惡劣天氣時的飛行表現不穩定。特別是無尾翼設計,在操控性、穩定性,如果是軍機還要加上機動性…等方面; 要在技術上、工程上如何達到理想效果有一定的挑戰。
製造複雜性:這種不尋常的形狀可能導致建造和製造過程的複雜性增加,從而提高成本和生產時間。
空間與貨艙配置:內部空間的效率可能不如傳統設計,這使得對貨物容量的優化變得困難。
菱形飛機的創新可能令人對其安全性和可靠性產生疑慮。
性能限制:根據過去研究及試驗,菱形飛機在某些性能方面並無出色之處;而特別在操作起飛和降落方面,也存在困擾。
總的來說,儘管菱形飛機具有創新性,但這創新的機形要在航空市場中生存,仍需克服許多挑戰。
jjjsub21原創
*好! 有趣的問題來了,既然這般…為甚麽飛行器要設計成菱形(Diamond shape)? 付出了甚麽? 得到了甚麽?
*菱形的X47A是洛斯洛普格魯曼設計的無人機,首飛於2003年2月
*X47A算是唯一的菱形,稍為近似的,有波音Phantom Ray
補充
Mr.P:
軍用飛機為什麼不採用菱形設計的原因有幾個:
空氣動力效率:雖然菱形設計可能在某些方面提供空氣動力學優勢,但在某些飛行條件下,這種設計可能不如傳統或飛翼設計的航空性能好。菱形形狀的氣流可能導致較高的阻力。
穩定性和控制:菱形翼設計在低速或某些動作中可能會面臨穩定性和控制的挑戰。保持控制需要精心設計控制面,這會使設計變得更複雜。
結構考量:菱形的獨特幾何形狀可能會導致結構上的挑戰,特別是在飛行過程中的負載分佈方面。傳統設計通常提供更簡單的應力和負載管理方案。
可見性和探測:飛機形狀通常會針對隱形和雷達波進行優化。雖然菱形形狀可能在某些方面提供隱形優勢,但傳統形狀也可以設計成使用雷達吸收材料和特性來最小化雷達截面。此外進氣度在菱形飛行器的位置也對隱形效果有一定影響。
其他:
飛翼形狀和菱形形狀的飛行物體的比較:
在相似的尺寸和相似的引擎條件下,飛翼形狀和菱形形狀的飛行物體的飛行距離可能會有所不同,原因如下:
空氣動力學特性:飛翼設計通常具有更低的阻力,特別是在高速度下,這使得它在相同的推力下能夠飛得更遠。菱形設計可能在某些條件下表現不佳,導致較高的阻力。
升力效率:飛翼設計通常能夠更有效地產生升力,這意味著在相同的引擎推力下,飛翼飛行物體可能能夠維持更高的飛行效率並延長飛行距離。
重心和穩定性:飛行物體的重心分佈和穩定性會影響其飛行性能。飛翼設計可以提供更好的穩定性,從而提高飛行距離。
燃料消耗:由於飛翼設計的空氣動力學效率較高,這可能導致更低的燃料消耗。因此,即使引擎相同,飛翼設計的飛行物體可能能夠飛得更遠。
概括而言,在相似的條件下,飛翼形狀的飛行物體通常會比菱形形狀的飛行物體飛得更遠,主要是因為其更優越的空氣動力學性能和更高的升力效率。
*My comment:
有關飛行器近似菱形飛行器的歸類:
從外觀上,氣動外形上近似菱形的飛行器有:
a.X-47A (Pegasus)
設計:X-47A採用隱形的菱形(或稱鑽石型)外形,前緣有55° 的後掠角,而後緣則有35° 的前掠角。這種設計旨在提高其空氣動力效率和隱形能力。
項目目的:由諾斯羅普·格魯曼(Northrop Grumman)為美國海軍開發,X-47A 是一種無人戰鬥空中載具(UCAV),旨在展示用於航母運作的先進技術。X-47A從 2001 年開始研發,於 2003年首次飛行。
b. X-48
設計:X-48 由波音(Boeing)與美國國家航空暨太空總署(NASA)合作開發,X48具有融合機身翼的設計,外型類近菱形。其獨特的配置將機翼和機身整合為一個單一結構,以優化空氣動力性能。
項目目的:X-48 作為技術驗證機,探索混合機身翼飛行器(翼身高度融合 ) (BWB) 的潛力,其中機翼和機身集成為單一結構。這種設計專注於提高燃油效率,減少阻力並提高空氣動力效率,和降低噪音。X-48於 21 世紀初開始研發,於 2007 年左右首次飛行。X-48 有多個變體(X-48A、X-48B 和 X-48C),多年來參與過各種飛行測試,以驗證各種新技術。
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小結
這兩款飛機都具有類近菱形的外觀,都是為了測試現代的隱形技術和空氣動力學設計的特徵,提升整體性能並減少雷達截面。X-47A 專注於海軍的軍事應用,而 X-48 則探索未來飛機設計的更廣泛航空技術。
總結
設計-歷史先例和演化(Evolution, 哈):許多軍用飛機設計是從歷史先例中演變而來,傳統外形已經建立。既有設計實踐的慣性和技術掌握,可能會減少工程師斷然採用根本不同形狀的設計。一個創新的外形一方面表示在科技上可能有所突破,當然也得克服前人視為挑戰的工程和技術關卡。
以軍用飛機而言,飛行器必須滿足各種操作需求,包括載荷能力、航程和在不同條件下的飛控性能。傳統設計已被證明能有效滿足這些多樣化需求。菱形設計應用在軍用飛機上;理論上可能有一些優勢,但在性能、穩定性、結構完整性和操作有效性等實際考量下,導致其在過去軍用飛機設計中使用有限。而未有普及的菱形,應用於量産的飛行器上,算是一個大胆、進取的嘗試…
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