空气动力学
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空气动力学及其应用概述:空气动力学是研究空气对物体运动的影响的科学。
它在各个领域都有广泛的应用,包括航空航天、汽车工程、风力发电等。
本文将介绍空气动力学的基本原理及其在实际应用中的一些例子。
一、空气动力学的基本原理空气动力学研究的对象是空气流动对物体运动的影响。
其中,流体力学和动力学是空气动力学的两个基本分支。
流体力学主要研究流体的运动规律,动力学则探究力对物体运动的影响。
1. 流体力学流体力学分为两个分支:静力学和动力学。
静力学研究的是静止流体的力学性质,而动力学研究的是流体的运动特性。
在空气动力学中,我们主要关注的是流体的动力学性质,即液体或气体的流动过程。
2. 动力学动力学是研究运动物体的力学原理。
在空气动力学中,我们需要考虑物体在空气中移动时所受到的阻力、升力和推力等因素。
其中,阻力是空气对物体运动的阻碍力,而升力是物体在空气中产生的向上的力,推力是物体在空气中产生的向前的力。
二、空气动力学的应用空气动力学在各个领域都有重要的应用,下面将介绍其中一些常见的应用领域。
1. 航空航天工程航空航天工程是空气动力学的典型应用领域之一。
在飞机的设计和制造过程中,空气动力学原理被广泛应用。
例如,空气动力学可以帮助设计机翼的形状和尺寸,以达到减小阻力、增加升力的目的。
此外,空气动力学还能够帮助优化飞机的外形和气动布局,提高飞行稳定性和操纵性能。
2. 汽车工程空气动力学在汽车工程中也有重要的应用。
通过减小汽车的阻力,可以提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性。
例如,在汽车外形设计中,空气动力学原理可以指导优化车身的流线型,减小车身与空气之间的阻力。
同时,空气动力学还可以帮助优化车辆底部的空气动力学布局,减小底部的气流阻力。
3. 风力发电风力发电是一种利用空气动力学原理的可再生能源技术。
风力发电机的叶片利用风的流动产生动力,并通过转子变速器将动力转化为电能。
在风力发电机的设计和优化中,空气动力学的原理被广泛应用。
航空航天领域中的空气动力学研究空气动力学是航空航天领域中的重要研究方向,它涉及飞机、火箭等飞行器在空气中的运动和力学特性。
通过对空气动力学的深入研究,我们可以更好地理解和掌握飞行器的运行原理,从而提升航空航天技术的发展水平。
一、空气动力学的基本概念1.空气动力学的定义和研究对象空气动力学是研究飞行器在空气中的运动和相互作用的科学。
它涉及到飞行器的气动力、气动特性以及与空气的相互作用。
2.空气动力学的基本方程空气动力学的研究依赖于一系列基本方程,包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程通过数学模型描述了飞行器与气流之间的关系。
二、空气动力学的研究方法1.实验方法实验方法是空气动力学研究中最常用的方法之一。
通过搭建试验装置和测量设备,我们可以对飞行器在空气中的运动和力学特性进行直接观测和测试。
2.数值模拟方法数值模拟方法是近年来空气动力学研究中的重要手段。
借助计算机技术和数值计算模型,我们可以对飞行器的运动和气动力进行数字化仿真和模拟,从而获得更准确的研究结果。
三、空气动力学在航空工程中的应用1.飞机设计空气动力学的研究结果对飞机的设计起到至关重要的作用。
通过分析飞机在不同速度、空气密度和气流环境下的运动特性,我们可以优化飞机的结构和气动外形,提高其飞行效率和稳定性。
2.火箭发动机设计火箭发动机是航天器的重要组成部分,而火箭发动机的性能直接受到其周围气流的影响。
空气动力学研究可以帮助我们预测和优化火箭发动机的工作状态,提高其推力和燃烧效率。
四、空气动力学的挑战与前景1.超音速和高超音速飞行超音速和高超音速飞行是航空航天领域中的重要挑战。
空气动力学研究可以帮助我们克服超音速飞行过程中的空气动力学问题,如空气动力加热和阻力增大等,从而实现更快、更高效的飞行。
2.新材料与新技术应用随着航空航天技术的不断发展,新材料和新技术的应用给空气动力学研究提出了新的挑战和机遇。
例如,复合材料的运用可以提高飞行器的强度和轻weight量,而新技术如3D打印和智能材料的应用则可以为空气动力学研究带来更多创新。
空气动力学的基本概念及其应用空气动力学是研究空气对物体运动的影响以及通过空气流动产生的力的学科。
在工程领域,空气动力学被广泛应用于飞机、火箭、汽车、建筑物等的设计与优化。
本文将介绍空气动力学的基本概念以及其在不同领域中的应用。
一、空气动力学的基本概念1. 空气流动:空气动力学研究的核心是空气的流动行为。
空气可以被视为由无数微小分子组成的气体,其流动受到多种力的作用。
通过研究空气分子之间的相互作用以及其运动方式,我们可以了解空气流动的规律。
2. 动力学基本方程:空气动力学的研究基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的基本方程。
这些方程描述了空气流体中质量、动量和能量的守恒关系,通过求解这些方程,我们可以推导出空气流动的特性。
3. 升力和阻力:在空气动力学中,升力和阻力是两个重要的概念。
升力是垂直于空气流动方向的力,它使得物体能够在空中飞行或产生上升力。
阻力是与空气流动方向相反的力,它会消耗物体的动能。
4. 压力和速度场:空气动力学研究的另一个关键概念是压力和速度场。
压力场描述了不同位置处空气分子的压力分布情况,速度场则描述了空气在不同位置处的流速。
通过研究压力和速度场的变化,我们可以了解空气流动的行为。
二、空气动力学的应用1. 飞机设计:空气动力学在飞机设计中起着至关重要的作用。
通过对飞机外形和机翼气动特性的研究,可以优化飞机的升力和阻力性能,提高飞机的飞行效率和燃油利用率。
同时,空气动力学研究还可以帮助设计更稳定和安全的飞机。
2. 汽车设计:空气动力学也被广泛应用于汽车设计中。
通过对汽车外形、车底流动以及空气阻力的研究,可以降低汽车在高速行驶中受到的阻力,使汽车更加省油和稳定。
此外,空气动力学还可以帮助改善汽车的操控性能和行驶稳定性。
3. 建筑设计:在建筑领域,空气动力学研究可以帮助优化建筑物的通风和隔热性能。
通过研究建筑物外形、风荷载和空气流动的关系,可以设计出更加节能和舒适的建筑环境。
此外,空气动力学研究还可以帮助预测大风对建筑物的影响,提高建筑物的抗风能力。
空气动力学空气动力学,又称为空气力学,是研究空气在物体表面流动产生的作用力及其变化规律的学科。
它是研究航空、航天等领域中的重要基础工程学科。
本文将从空气动力学的基本理论、应用及发展前景三个方面进行讲解。
一、空气动力学的基本理论1. 流体运动基本方程空气动力学研究空气在物体表面流动产生的变化规律,因此,必须首先了解流体运动的基本方程。
流体运动基本方程可分为三个方程,分别是连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这三个方程讲述了液体或气体在运动过程中物质守恒、动量守恒和能量守恒的基本现象。
在空气动力学中,常常将连续性方程和动量守恒方程一起表示为Navier-Stokes方程组。
2. 边界层理论在空气动力学中,物体表面与空气之间的接触面形成了一个边界层。
边界层内的流动速度由于摩擦力的作用而降低,流速梯度迅速增大,流动变得非常不规则。
由于流动不规则,导致边界层内的流动无法用Navier-Stokes方程组解析,因此需要采用边界层理论来描述边界层内的流动。
边界层理论主要包括两个关键概念:边界层厚度以及失速现象。
边界层厚度是指从物体表面开始,空气流动速度下降到1/99最大速度时,空气的流动状态转变为虫状流动的距离。
失速现象是指在边界层内由于压力梯度过大,空气流速超过速度极限而失速的现象。
3. 升力和阻力在飞行器运行的过程中,除去重力,另一重要的作用力就是空气对于飞行器的阻力和升力。
升力是指飞行器在空气中的上升力,阻力是指飞行器在空气中的阻碍力。
升力和阻力的作用机理采用了符合空气动力学规律的气动力学原理,美国为普朗克方程,德国为刘第二定理。
二、空气动力学的应用空气动力学是应用广泛的工程学科,主要应用于航空、航天、汽车、风力发电等领域。
下面介绍空气动力学在航空和航天领域的应用。
1. 飞行器气动特性飞行器的气动特性是指飞行器在空气中运动时,受到空气动力学作用的特性。
通过空气动力学实验和数值模拟,可以研究气动特性的各种参数,如阻力、升力、升力系数等。
空气动力学概述空气动力学是研究物体在空气中运动时受到的力学效应的学科。
它主要研究物体在流体介质中运动时的力学特性和性能。
空气动力学的研究范围涉及飞行器、汽车、船舶等各种交通工具,以及建筑物、桥梁等建筑结构,甚至涉及生物体在空气中运动的现象。
空气动力学基本原理定义在空气动力学中,物体在流体中的运动被称为空气动力学运动。
研究空气动力学时,我们通常关注以下几个关键参数: - 速度(Velocity):物体在流体中运动的速度。
- 密度(Density):流体的密度,表示在给定体积中流体分子的数量。
- 粘度(Viscosity):流体的粘度,描述了流体分子内聚的力量。
力学模型在空气动力学中,我们使用下面的几个力学模型来研究运动物体受到的力学效应:•定常流动模型(Steady Flow Model):假设物体在流体中的运动速度、流体的密度和粘度都是恒定不变的。
•非定常流动模型(Unsteady Flow Model):考虑流体速度和流体参数(如密度和粘度)随时间变化的情况。
•不可压缩流动模型(Incompressible Flow Model):假设流体在运动过程中密度保持不变。
•可压缩流动模型(Compressible Flow Model):考虑流体在运动过程中密度会发生变化的情况。
流体力学方程在空气动力学中,我们使用基本的流体力学方程来描述物体在流体中受到的力学效应:•欧拉方程(Euler’s Equation):描述了流体的不可压缩流动模型,它基于质量守恒、动量守恒和能量守恒等原理。
•纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equation):描述了流体的可压缩流动模型,它在欧拉方程的基础上加入了粘性项,更符合实际流体的运动特性。
应用领域空气动力学在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:航空航天工程空气动力学在航空航天工程中具有重要的作用。
对于飞机、火箭、导弹等飞行器的设计和性能分析,空气动力学提供了基础理论和方法。
空气动力学科普空气动力学是研究空气在物体表面周围的流动及其对物体的影响的科学。
它是力学和流体力学的一个重要分支,广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
本文将从流动的基本原理、气流的特性以及应用领域三个方面科普空气动力学的知识。
一、流动的基本原理空气动力学研究的基础是流体力学。
在空气动力学中,流体可以看作是连续不断的微小粒子,其运动服从牛顿力学的基本定律。
空气动力学研究的主要对象是流体在物体表面周围的流动。
在空气动力学中,流体的流动可以分为层流和湍流两种形式。
层流是指流体沿着平行于表面的方向流动,流线间没有交叉和混乱。
湍流则是流体流动产生的一种混乱的状态,流线交叉、扭曲,流动速度和压力分布不规则。
物体表面周围的流动可以产生压力分布的变化。
当流体流过物体表面时,流体速度增加,压力就会降低,形成低压区域。
根据伯努利原理,流体速度增加时,压力就会降低,而流体速度减小时,压力就会增加。
这种压力分布的变化对物体产生了升力和阻力。
二、气流的特性在空气动力学研究中,气流的特性对于物体的设计和性能有着重要影响。
首先是气流的速度分布。
在物体周围的气流中,速度分布不均匀。
在物体正面,气流速度较快,而在物体背面,气流速度较慢。
这种速度分布的不均匀性对物体的阻力和升力产生了影响。
其次是气流的粘性。
气体具有一定的黏性,当气体流动时,会与物体表面发生摩擦。
这种摩擦会阻碍气流的流动,并产生阻力。
因此,在空气动力学中,研究气流的粘性对于降低阻力、提高效率非常重要。
最后是气流的湍流特性。
湍流是气流流动中产生的一种混乱状态,流线交叉、扭曲,流动速度和压力分布不规则。
湍流对物体的阻力产生很大影响,因此在空气动力学中,研究气流的湍流特性对于降低阻力、提高性能至关重要。
三、应用领域空气动力学在许多领域都有着重要的应用,下面分别介绍航空航天、汽车和建筑领域的应用。
在航空航天领域,空气动力学是飞机设计的重要基础。
通过研究机翼和机身的气动特性,可以优化飞机的升力和阻力,提高飞行效率。
空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体(特别是气体)与物体相互作用的力学分支,主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用,如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体,即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性,空气动力学可分为理想流体(无粘、无旋、不可压缩)和实际流体(有粘性、有旋性、可压缩)两类。
在实际应用中,理想流体问题较为简单,但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性,因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架,通过建立数学模型和求解方程,可以预测和解释流体流动的现象和特性。
空气动力学的名词解释空气动力学是研究气体与固体的相互作用及其对物体运动的影响的学科。
它在航空航天领域中起着至关重要的作用,不仅可以帮助我们理解飞机和火箭的飞行原理,还可以用来优化设计、提高效率和安全性。
在本文中,我们将介绍一些与空气动力学相关的关键术语,以帮助读者更好地理解这个领域。
1. 空气动力学(Aerodynamics)空气动力学是研究气体在运动物体表面产生的力学效应的科学。
它涉及流体力学、力学和热力学等领域的知识。
通过分析气体流动规律,可以预测物体的运动、阻力和升力等参数。
2. 流场(Flow Field)流场是指空气或气体在物体周围的流动状态。
空气动力学中的流场可以通过数学模型和实验来描述和分析。
了解流场可以帮助我们研究物体受力和运动的规律。
3. 阻力(Drag)阻力是指物体在运动中受到的与速度方向相反的力。
当物体在空气中移动时,面对气体的粘性和惯性影响,会产生阻力。
阻力的大小取决于物体的形状、速度和流场状况。
4. 升力(Lift)升力是指垂直于运动方向的力,也是飞行器保持浮空或升起的关键力量。
升力的产生源于空气动力学中的贴面效应和伯努利定律。
飞行器通常利用翼面的形状和倾角,通过改变气流的速度和压力分布,获得升力。
5. 翼效(Wing Efficiency)翼效是指在产生升力的同时,减小阻力的能力。
一个高效的翼面设计可以使飞行器在给定的马赫数下获得更大的升力,同时降低阻力,提高燃烧效率和航程。
6. 翼面(Airfoil)翼面是拥有空气动力学特性的平面或曲面。
常见的翼面形状有对称翼和非对称翼,它们的流场效应和升力系数有所不同。
飞机、直升机和风力发电机等设备都采用翼面来实现升力或减小阻力。
7. 空气动力学系数(Aerodynamic Coefficients)空气动力学系数是用来描述物体在特定运动状态下受到的气流作用的参数。
常见的系数有升力系数、阻力系数和升阻比等。
它们的计算和实验测定可以精确地预测和分析物体在不同飞行状态下的性能。
图示前翼两侧的竖直导流板,主要目的是阻止上下表面气流由于压差而导致的互动,避免尾翼产生的气动下压力的减小。
另外,竖直导流板还可延迟和消弱前翼两端后部的尾涡,从而减小尾翼的诱导阻力。
水滴在其易变形性、表面张力、重力和气动阻力作用下,在自由降落的过程中,形成气动阻力系数小至0.04的“水滴型”,被看作为在空气中运动的具有最小气动阻力系数的物体外形。
企鹅形体经海水千万年的精雕细琢,虽然并不具有像水滴那样显著地对称性,甚至还有一对无法完全隐藏起来的“翅膀”,但在海水中游动时,阻力系数可小至0.03,比水滴还小。
柏林工业大学仿生学研究所的一份研究报告指出:企鹅的阻力系数比水滴小,主要是由于企鹅横向截面的形状及其沿轴向的特殊的变化规律,能让海水在其前段表面流动时得到加速,而且边界层从层流转捩为湍流边界层的位置非常朝后。
而水滴表面的气流边界层的分离位置也非常朝后,但边界层从层流转捩为湍流的位置相对比较靠前。
而湍流边界层消耗的能量比较大,因此水滴的阻力系数会比企鹅的大。
为什么水滴外表面的气流边界层从层流转捩为湍流的位置会相对靠前呢?因为均极易变形的空气与水的粘附非常紧密,而企鹅的外表面有层薄薄的油脂,这会减小海水与企鹅外表面之间的摩擦,从而延迟海水边界层从层流转捩为湍流的部位,使得湍流边界层的长度占总的边界层的比例相对比较小。
将废气引入气流扩散器,利于提高其效能,也利于减小气动阻力,但会因发动机转速的变化而会导致车后部“抽搐”,增加发生过度转向的风险。
发动机舱盖前低后高,从其上表面流过的气流的流速会比车速快,压力比较小;从进气格栅进入发动舱的气流,不易从舱内流出,流速比车速低,压力比较大。
开设了那个“散热口”,由于舱内气流压力比舱外大,舱内气流就会从发动机舱内快速流出,舱内压力也会因此变小。
这将利于减小前轮的气动升力,同时由于舱内迎风表面承受的气流压力有所减小,这也利于减小车的气动阻力。
四驱越野车车轮原地打滑,新手长时间深踩油门,也没开出来。
期间挂抵挡,齿轮高速运转,车不动,没有气流吹过变速箱、分动器和差速器壳体,壳体内的油液得不到有效散热,因此当车救援出来后,专家建议应更换这些(品质变差的)油液。
德国一份研究报告指出,把轿车气动阻力系数从0.29降低到0.2,省油的效果,相当于将车的重量减轻100kg,而且成本比较低。
但上述结论,是针对高速行驶的情形,而且车速越高,“减重”省油的效果更明显。
低速行驶时,特别是像北京上下班高峰时段,减轻车重的省油效果则更明显,而低气动阻力系数的省油效果就不明显。
这也就是很多品牌车都愿意花费很高成本,努力减轻车重的原因之一。
有关具有最佳燃油经性和最低排放的发动机转速问题:对于任意一台乘用车汽油发动机,都存在一个很窄的转速范围,一般在2000 rpm附近,当发动机在这个转速范围内运行时,其燃油经性和排放性能最佳。
其主要原因在于,当发动机在这个转速范围内运转时,气缸的充气效率(充气系数/ volumetric efficiency)最高,气缸内混合气的密度比较大,这利于混合气快速和充分的燃烧,从而使发动机的燃油经济性和排放性能最好。
转动的车轮与静止的车轮相比,转动的车轮背风一侧的负压比较小,静止的车轮背风一侧的负压明显比较大,而转动与静止的车轮迎风一侧的正压基本相同。
因此,转动的车轮的气动阻力比静止不动的车轮的气动阻力小。
一般来说,表面比较粗糙时,会促进物面气流边界层从层流转捩为湍流,从而会延迟气流的分离。
这也就意味着,表面越光滑,并不利于延迟气流分离的发生。
不过,表面越光滑,会减小气流的摩擦阻力,也增强了轿车的外观魅力。
对于流线型物体,摩擦阻力占总的气动阻力的比例比较大,压差阻力相对很小,因此物体的表面应尽可能地光滑,以减小总的气动阻力。
对于非流线型物体,例如一辆轿车、一个球体或圆柱体,摩擦阻力所占比例比压差阻力小许多,因此,尽力延迟气流与物体表面的分离,降低压差阻力,对于降低总的气动阻力至关重要。
高尔夫球表面的凹坑,虽然摩擦阻力有所增加,但却明显地降低了压差阻力,降低的比例,远大于摩擦阻力的增加量。
轿车车身尾部造型可分为快背式(Fastback、斜背式)、肩背式(Notchback、阶背式、折背式)和掀背式(Hatchback/Squareback、舱背式、直背式、溜背式、斜尾式等两厢车)。
一般来说,快背式车身的气动阻力系数比较小,掀背式的则比较大,因为在其它条件一样的情况下,掀背式轿车尾部的气流涡流尺度和强度比较大。
要冲刷掉节气门上的脏污和积碳,必须要有能够持续较长时间的强气流流经节气门。
这就要求发动机带动着很大的负荷,也就是说,要有很大的力向后“拉”着轿车,这个力就是轿车的行驶阻力。
轿车在高速路上高速行驶时,承受的气动阻力非常大,远大于滚动阻力,为了平衡强大的气动阻力,发动机必须持续地保持大的进气量。
因此,只要轿车行驶足够长的一段时间,就会有强气流长时间地冲刷节气门。
而在原地挂空档让发动机达到最高转速时,由于发动机没有负荷,只有一点喷油量就可维持发动机的高转速,此时的进气量当然也很小,不能对节气门起到冲刷作用,当然也就不能清除掉节气门上的脏物和积碳。
当风速(雷诺数)和风向一定时,物体的气动阻力系数可以看作为一个常数,它主要与物体的外观形状有关。
风速很高时,物体背面的空气流场可能是一个具有一定随机性、不规则性和间歇性的湍流流场,这时,它的气动阻力系数实际上是一个随机变量的统计平均值。
制动钳是外露的。
使用合适的气坝,可以把气流导向制动钳。
另,汽车底部越光滑,气流的流动就越顺畅,压强会变小,从而利于减小气动升力。
适当设计的尾翼,在产生气动下压力的同时,由于改变了车尾的空气流场,一般还会在一定程度上减小气动阻力。
把自行车固定在车顶上,气动阻力会小些。
决定气动阻力的主要因素是车尾的涡流强度。
将自行车固定在车顶,不会对车尾的涡流强度有大的影响,而将自行车固定在车尾,则会进一步“搅乱”车尾的空气流场,这会增加越野车的压差阻力。
空气可以通过空调空滤引入前排。
如果不引入空气,将会在前排,特别是副驾驶座乘员的头部附近形成强的涡流,这不但让乘员脸部感到不适,也会弄乱女乘员的发型。
引入空气后,一方面避免了强涡流的形成,同时还会让前部乘员感到流速适中的气流的凉爽。
对于车身这样的外观形状比高尔夫球复杂许多的非流线型物体,情形比高尔夫球要复杂。
但一般来说,在车身后部气流容易发生分离的区域,粘贴上粗糙带(促进边界层气流的流态从层流转捩为湍流的技术措施之一),是能够在一定程度上延迟边界层气流的分离,从而减小气动阻力。
已经有车这样做了。
但这么做的话,不利车身表面保持洁净。
与大楼背风侧容易形成强涡流的原理一样,敞篷轿车挡风玻璃后的前排区域,也容易产生很强的空气涡流,这是因为轿车高速行驶时,前挡风玻璃后形成的负压导致的。
如在前排下方引入空气,减小或消除前排区域的负压,便可抑制或消除前排困扰乘员的空气涡流。
对气动阻力系数的影响不大,影响比较大的是车尾扰流器。
不管是尾翼或车尾扰流器,一般都不会增加气动阻力。
大众公司在风洞中做的对比试验表明,加装车尾扰流器后,不但会显著地减小轿车的后轴(轮)气动升力系数,车的气动阻力系数也有了减小。
该实验反映的是粘性气流在平板上的湍流流动,支配流动过程的是非线性的纳维-斯托克斯(N-S)方程。
从实验结果的动画显示可以观察到,分离后的气流的运动形态表现出明显的随机性。
这表明,平板表面附近的气流湍流场中,空气微团的各个物理量是时间和空间的随机变量。
湍流运动形态的随机性主要是由于湍流运动的内在非线性机制,当然,来自外部边界条件的各种扰动和激励也有一定的影响。
动画中呈现的分离气流流动的随机性说明,确定性的N-S方程组描述的气流湍流运动,是一个受非线性惯性力作用的耗散系统,在确定性的边界条件下,系统的响应可能会发生多次非线性分叉而表现出一定的随机性。
这只是一个初步的解释。
从发动机舱盖上表面(外表面)流动的气流,由于舱盖前低后高,气流的流速会车速快。
从进气格栅进入发动舱的气流,不易从舱内流出,流速会比车速低,如果不开设那个“散热口”,发动机舱盖就会受到一个朝上的力的作用,这会增大前轮的气动升力。
如果开设了那个“散热口”,由于舱盖上表面的气流流动得快,压力比较小,而舱内的气流压力比较大,这样舱内的气流就会从发动机舱内快速流出,带来的好处,首先是减小了前轮的气动升力(相当于对前轮产生了下压力),同时,由于发动机舱内迎风的表面承受的气流压力减小了,这也就在一定程度上减小了车的气动阻力(系数)。
两厢车,例如,高尔夫、福克斯、世嘉及各种SUV和小面等乘用车,在车尾后挡风玻璃上,都设置了一个雨刷,这主要是因为,在汽车以较高的车速行驶时,在车身尾部后挡风玻璃附近会形成一个很强很大的顺时针空气气流旋涡,这个旋涡的出现,在雨天时,会在后挡风玻璃上形成一层水膜,也就是说,雨水被吸附在挡风玻璃上下不来,这会严重影响驾驶员的后视视野。
另外,由于这个旋涡的存在,极易把灰尘吸附在后挡风玻璃上。
为了确保驾驶员的后视视野,就设置一个雨刷,确保后挡风玻璃的透明和洁净。
车顶的鲨鱼鳍天线,还相当于一个空气动力学附件,起着涡流发生器的作用。
当轿车高速行驶时,鲨鱼鳍天线可以迫使紧贴车顶表面流动的空气气流边界层,在车顶后部从层流转为湍流,湍流边界层具有较饱满的速度型,具有较大的抵抗逆压梯度的能力,这些都有有助于延迟气流的分离,从而减小压差阻力。
轿车车顶后部的鲨鱼鳍天线,与传统的伸缩天线、鞭型天线、玻璃天线不同,属先进的电子天线,兼容GPS和GSM天线等各种汽车电子器件,不但增强了时尚、动感、流畅、炫动、简洁精致的外观品位,还具有防静电和防灰尘的功能。
鲨鱼鳍天线可形成独特电场,通过尖端放电原理,将静电释放到空气中,有效减少车体附着灰尘、污垢,减少音响杂音等。
与光滑表面的高尔夫球相比,具有500多个凹坑(麻面)的高尔夫球表面上的空气气流边界层,较早地从层流转捩为湍流,湍流的横向输运特性使湍流边界层具有较饱满的速度型,具有较大的抵抗逆压梯度的能力,使气流不易发生分离,这就延迟了气流在高尔夫球表面的分离,分离尾迹也比较小。
1.轿车停放着,可观察到与路面接触的轮胎有变形,这是车轮负荷(轿车重量对车轮的作用力)的作用效果。
2.轮胎的变形是一种粘弹性变形,其含义是,轮胎滚动时,轮胎各个部分交替地发生弹性变形,与此同时,轮胎(橡胶)材料内部也活跃着内摩擦作用,这种内摩擦作用,将消耗发动机的部分输出功率(驱动力),消耗的功率则转化热,表现为轮胎温度的升高,这便是轮胎的迟滞能量损耗(hysteresis energy loss)。
轮胎的迟滞能量损耗是导致轮胎滚动阻力的主要原因。
3.车轮滚动阻力为什么会随车速的增大而增大呢?因为车速增加时,虽然轿车气动升力一般会有所增加,导致车轮负荷有所减小,轮胎的变形量也有所减小,这会减小轮胎的滚动阻力。