问题

喷气式客机能否原地起飞?

回答
喷气式客机无法原地起飞,至少在目前的技术条件下,以及我们所理解的“原地起飞”的含义上是如此。虽然它们具有强大的推力,但原地起飞需要克服一系列巨大的物理障碍。

为了更详细地解释为什么喷气式客机不能原地起飞,我们需要从几个关键方面来分析:

1. 原理分析:升力是如何产生的?

升力是关键: 客机能够飞行的根本原因是产生了足够的升力,这个升力要大于飞机的总重量(包括飞机自身重量、燃油、乘客、行李等)。
机翼的设计与气流: 客机的机翼并不是平的,而是具有特定的翼型。当飞机向前运动时,空气流过机翼。由于机翼上表面的弯曲度更大,空气需要走更长的距离,因此流速更快。根据伯努利原理,流速快的地方压强小,流速慢的地方压强大。这样,机翼上方受到的压强小于机翼下方受到的压强,产生的压力差就是升力。
迎角的作用: 除了翼型,机翼与来流方向的夹角(迎角)也对升力有重要影响。在一定范围内,增大迎角可以增加升力。

2. 为什么需要向前运动才能产生升力?

伯努利原理的依赖: 如上所述,伯努利原理的核心是流体速度差产生的压强差。没有相对空气的流动,也就没有流速差,也就无法产生足够的升力。
推进力的作用: 喷气发动机提供强大的推力,这个推力正是为了让飞机向前加速,从而在跑道上获得足够的前进速度,使空气在机翼上产生足够的相对流速。

3. 原地起飞面临的巨大障碍

需要垂直升力: 原地起飞意味着飞机需要在静止的地面上产生向上的升力。这需要一个能够克服重力并且不依赖前进速度的机制。
喷气发动机的局限性:
推力方向: 喷气发动机的主要推力是向后喷射气体,根据牛顿第三定律(作用力与反作用力),这会产生一个向前的推力。虽然发动机可以产生巨大的推力,但这个推力本身是水平的,而非垂直的。
改道推力: 一些飞机(如垂直起降飞机,如海鹞式战斗机)可以通过转向喷嘴将发动机产生的推力向下改变方向,从而实现垂直起降。然而,大型喷气式客机的发动机设计和结构并不支持这种灵活的推力转向。它们的喷嘴是固定的,只能产生向后的推力。
推力不足以抵消重力: 即使我们想象一下将喷气发动机的推力垂直向下,也需要非常巨大的推力才能克服一架重达数十吨甚至数百吨的客机的重力。目前的客机发动机产生的推力虽然巨大,但主要用于克服空气阻力、加速飞机,并最终产生足以克服重力的升力。如果将这些推力全部用于垂直方向,可能仍然不足以支撑飞机的全部重量,或者需要极度复杂的推力控制系统。
气动升力的缺失: 原地起飞意味着飞机没有任何前进速度,机翼也无法与空气产生相对运动。因此,气动升力几乎为零。
能量效率问题: 即使理论上可以通过某种方式(例如,极度强大的垂直推力)在原地产生足够的向上力,这种方式的能量消耗将是极其巨大的,而且效率非常低。这会使飞行变得非常不经济。

4. 垂直起降(VTOL)飞机的技术实现

虽然喷气式客机不能原地起飞,但一些特殊设计的飞机可以实现垂直起降(VTOL Vertical TakeOff and Landing)。这些飞机通常采用以下技术:

倾斜喷嘴: 如前所述,例如垂直起降的战斗机(如英国的“鹞”式、俄罗斯的Yak38/Yak141)拥有可以旋转或倾斜的喷嘴,可以将发动机产生的向后推力转向向下,从而提供垂直升力。
升力风扇: 一些飞机(如美国的F35B联合攻击战斗机)除了可倾斜的喷嘴外,还配备了专门的升力风扇。这个风扇由主发动机驱动,可以将推力向下引入,辅助垂直升力。
多个小型发动机: 某些概念性设计或小型飞机可能采用多个独立的垂直升力发动机。

这些VTOL技术通常伴随着巨大的复杂性、高昂的制造成本、更高的燃油消耗以及在水平飞行中的性能妥协。对于需要搭载大量乘客、航程较长且注重经济性的喷气式客机来说,这些技术目前并不可行。

总结:

喷气式客机之所以需要向前滑动才能起飞,是因为它们依靠机翼在空气中运动时产生气动升力来克服重力。喷气发动机的主要作用是提供强大的向前推力,使飞机在跑道上加速,获得足够的空速以产生升力。由于发动机的设计、推力方向的限制以及缺乏产生垂直升力的机制,喷气式客机无法在原地(即没有前进速度)起飞。而实现垂直起降的飞机需要采用非常规的、复杂的推力转向或辅助升力系统,这些在大型客机上并不现实。

网友意见

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F-35原地起飞。

代价是:作战半径只有400公里。

基本无法对陆作战。


对太平洋西岸国家威胁为0。

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