体力学,空气动力学参数 马赫数(Mach number) 用于亚音速、超音速或可压流动计算,以航天航空领域最为常用 常写作Mach数,它是高速流的一个相似参数。我们平时所说的飞机的Mach数是指飞机的飞行速度与当地大气(即一定的高度、温度和大气密度)中的音速之比。比如Ma1.6表示飞机的速度为当地音速的1.6倍。 命名由来 马赫数以奥地利物理学家马赫(1836-1916)命名,简称M数,表示为:M=V/a,M数是衡量空气压缩性的最重要的参数(见马赫波)。定义为物体速度与音速的比值,即音速的倍数。其中又有细分多种马赫数,如飞行器在空中飞行使用的飞行马赫数、气流速度的气流马赫数、复杂流场中某点流速的局部马赫数等等。 编辑本段具体应用 由于马赫数是速度与音速[1]之比值,而音速在不同高度、温度等状态下又有不同数值,因此无法将 Ma2.8 的数值换算为固定的 km/hr 或 mph 等单位。马赫数如果作为速度单位来使用,则必须同时给出高度和大气条件(一般缺省为国际标准大气条件)。 在考虑空气压缩性影响时(一般在Ma0.3以上),经常使用马赫数作为速度单位;不考虑压缩性影响,则应该使用km/h、mph、m/s等单位。飞行器速度在Ma0.3以下可以认为是低速(可以不考虑空气压缩性影响);速度在Ma0.8以下的为亚音速;在Ma0.8~1.2上下为的跨音速;Ma1.2~5 的为超音速、Ma5.0以上的为高超音速。 一般民用飞机飞行速度多为亚音速或高亚音速,军用战斗机可以达到Ma3.0或更高,美国最新高超音速飞机已达到Ma7.0,航天飞机再入大气层可以达到Ma25以上。
虽然一级方程式赛车是一种高速汽车,但在机械概念上却较接近喷射机,而非家庭房车。它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用,同时还可以产生至关重要的「下压力」。这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压,使车子紧贴在车道上。相反地,飞机则是利用巨大的双翼产生「上升力」。
将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力,进而在弯道时产生更快的加速度。由于一般普通房车没有下压力,因此甚至无法产生1G(一个重力单位)转弯力。一级方程式赛车能产生4个G的转弯力。
在时速230公里时的状况下,F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的底部行走。
在设计当今一级方程式赛车的过程中,扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战:如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。这正是汽车必须克服的问题。
在汽车空气动力设计的过程中,风洞扮演着重要的角色。进行风洞实验时,通常先制作一半体积的模型,而风洞就像一个巨大的吹风机,将空气吹向静止的模型。
虽然这个吹风机的价格非常昂贵,但积架车队仍然编列四千九百万美元的预算,将在该车队新建的银石(Silverstone)工厂建造一个风洞。
空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。较直的跑道需要较低的下压力设定值,如此可减少阻力,并且有助于赛车提高极速。较曲折的车道需要较高的下压力设定值,如此可令赛车的极速降低。例如,在曲折的Hungaroring车道上,赛车很难达到300km/h的速度,但在Hockenheimring车道上,车速可以超过350km/h。
通常所说的空气动力学研究内容是飞机,导弹等飞行器在名种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律,飞行器所受的举力和阻力等空气动力及其变化规律,气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。从这个意义上讲,空气动力学可有两种分类法:
首先,根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度,空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。通常大致以400千米/小时这一速度作为划分的界线。在低速空气动力学中,气体介质可视为不可压缩的,对应的流动称为不可压缩流动。大于这个速度的流动,须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。
其次,根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性,空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。
空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
通常所说的空气动力学研究内容是飞机,导弹等飞行器在名种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律,飞行器所受的举力和阻力等空气动力及其变化规律,气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。从这个意义上讲,空气动力学可有两种分类法:
详细的参考;
北航徐华舫的《空气动力学基础》
国防工业出版社的《空气动力学》
本双语版教材适合相关专业院校师生使用,并可作为专业技术人员的参考用书。
作者介绍约翰·D.安德森(Anderson. J.D.),1937年10月1日出生于宾夕法尼亚州的兰卡斯特市。1959年以优异的成绩毕业于佛罗里达大学,获得航空工程学士学位。
1959~1962年,他在莱特·帕特森空军基地航空航天实验室任中尉见习研究员。1962~1966年,他在美国国家自然科学基金会和NASA奖学金的资助下,进入俄亥俄州立大学学习,并以航空航天工程学博士学位毕业。
1966年,他进入美国海军军械实验室,任高超声速(空气动力学)组组长。1973年,他成为马里兰大学航空航天工程系系主任,并自1980年起在那里任教授。
1982年被该校授予“杰出学者/教师”称号。1986~1987年,安德森博士在学校公休日担任斯密森学会美国国家航空航天博物馆查尔斯·林德伯格馆的馆长。
他作为该馆的空气动力学专业特别助理,一直坚持每周去该馆一天,研究和撰写空气动力学史。在马里兰大学他除了担任航空航天工程学教授外,还在1993年被聘为科学史和科学哲学委员会全职教员,并在1996年被聘为历史系教员。
1996年,他被授予“格伦·L.马丁航空航天工程教育杰出教授”称号。1999年,他从马里兰大学退休,并获“荣誉退休教授”称号(即退休后很多在职的待遇仍予以保留——译注)。
他目前是斯密森学会美国国家航空航天博物馆空气动力学馆的馆长。 。
空气动力学在赛车上用的最多的就是下压力了~所谓的下压力就我的理解就是通过赛车飞驰的过程中空气高速流过赛车从而产生把赛车牢牢压在地面上的力量~就像飞机的机翼一样~飞机的机翼是将飞机托到空中而汽车上的翼片则是将赛车压向地面~简单地说把F1的定风翼都反过来简直就是一架四个轮子的飞机~据说F1赛车的下压力能让一辆高速行驶的F1赛车在隧道的顶部行驶~产生下压力的大小取决于前后定风翼的角度~角度越大下压力越大~过弯越稳定~反正越小速度越快但过弯就比较累了~另外F1上的空气动力学还包括气流的引导~通过一片片小的扰流板来影响气流的方向~从而达到冷却引擎~产生乱流以及加大下压力等效果~。
这也太难了吧(属于高科技,没有具体的公式和理论来精确计算,连高级跑车是空气动力也要靠具体的风洞实验来改进设计的),只能大概的说说
空气阻力是汽车在运行的基本阻力之一,在理论上,要减少前方的空气阻力,还要减少车尾产生的真空涡流,所以单以空气阻力来说,“水滴”形是最好的,且有效迎风的面积要小
但车是在路上靠车轮与地面的摩擦力(抓地力)行驶的,尤其是高速运行和急刹车时,仅靠车身重量而获得的抓地力是不够的,所以在高速时,就需要足够空气下压力
可是下压力太大,也就等于增加了车子的重量,增加了车的“滚动阻力”(另一个基本阻力),使车跑不快了,所以下压力的调整,是要好好考虑的(Benz的SLR在刹车时,尾部会有一块扰流板抬起,增加下压力)
还有车是要有进气口的(发动机进气和给冷却器冷却),在设计时要适当的增加进气口的空气压力,不能在进气口处出现真空地带
设计上,一般要做到车身(包括底盘)的平滑,根据车的用途来决定底盘的高度。另外,还要保证车内空间,视觉界限等
就这点吧,能力有限
呵呵
空气动力学空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。
它是在流体力学的基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。空气动力学的发展简史最早对空气动力学的研究,可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。
17世纪后期,荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力;1726年,牛顿应用力学原理和演绎方法得出:在空气中运动的物体所受的力,正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。
1755年,数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程,即欧拉方程。这些微分形式的动力学方程在特定条件下可以积分,得出很有实用价值的结果。
19世纪上半叶,法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程,后称为纳维-斯托克斯方程。到19世纪末,经典流体力学的基础已经形成。
20世纪以来,随着航空事业的迅速发展,空气动力学便从流体力学中发展出来并形成力学的一个新的分支。航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的举力、减小飞行器的阻力和提高它的飞行速度。
这就要从理论和实践上研究飞行器与空气相对运动时作用力的产生及其规律。1894年,英国的兰彻斯特首先提出无限翼展机翼或翼型产生举力的环量理论,和有限翼展机翼产生举力的涡旋理论等。
但兰彻斯特的想法在当时并未得到广泛重视。约在1901~1910年间,库塔和儒科夫斯基分别独立地提出了翼型的环量和举力理论,并给出举力理论的数学形式,建立了二维机翼理论。
1904年,德国的普朗特发表了著名的低速流动的边界层理论。该理论指出在不同的流动区域中控制方程可有不同的简化形式。
边界层理论极大地推进了空气动力学的发展。普朗特还把有限翼展的三维机翼理论系统化,给出它的数学结果,从而创立了有限翼展机翼的举力线理论。
但它不能适用于失速、后掠和小展弦比的情况。1946年美国的琼期提出了小展弦比机翼理论,利用这一理论和边界层理论,可以足够精确地求出机冀上的压力分布和表面摩擦阻力。
近代航空和喷气技术的迅速发展使飞行速度迅猛提高。在高速运动的情况下,必须把流体力学和热力学这两门学科结合起来,才能正确认识和解决高速空气动力学中的问题。
1887~1896年间,奥地利科学家马赫在研究弹丸运动扰动的传播时指出:在小于或大于声速的不同流动中,弹丸引起的扰动传播特征是根本不同的。在高速流动中,流动速度与当地声速之比是一个重要的无量纲参数。
1929年,德国空气动力学家阿克莱特首先把这个无量纲参数与马赫的名字联系起来,十年后,马赫数这个特征参数在气体动力学中广泛引用。小扰动在超声速流中传播会叠加起来形成有限量的突跃——激波。
在许多实际超声速流动中也存在着激波。气流通过激波流场,参量发生突跃,熵增加而总能量保持不变。
英国科学家兰金在1870年、法国科学家许贡纽在1887年分别独立地建立了气流通过激波所应满足的关系式,为超声速流场的数学处理提供了正确的边界条件。对于薄冀小扰动问题,阿克莱特在1925年提出了二维线化机冀理论,以后又相应地出现了三维机翼的线化理论。
这些超声速流的线化理论圆满地解决了流动中小扰动的影响问题。在飞行速度或流动速度接近声速时,飞行器的气动性能发生急剧变化,阻力突增,升力骤降。
飞行器的操纵性和稳定性极度恶化,这就是航空史上著名的声障。大推力发动机的出现冲过了声障,但并没有很好地解决复杂的跨声速流动问题。
直至20世纪60年代以后,由于跨声速巡航飞行、机动飞行,以及发展高效率喷气发动机的要求,跨声速流动的研究更加受到重视,并有很大的发展。远程导弹和人造卫星的研制推动了高超声速空气动力学的发展。
在50年代到60年代初,确立了高超声速无粘流理论和气动力的工程计算方法。60年代初,高超声速流动数值计算也有了迅速的发展。
通过研究这些现象和规律,发展了高温气体动力学、高速边界层理论和非平衡流动理论等。由于在高温条件下全引起飞行器表面材料的烧蚀和质量的引射,需要研究高温气体的多相流。
空气动力学的发展出现了与多种学科相结合的特点。空气动力学发展的另一个重要方面是实验研究,包括风洞等各种实验设备的发展和实验理论、实验方法、测试技术的发展。
世界上第一个风洞是英国的韦纳姆在1871年建成的。到今天适用于各种模拟条件、目的、用途和各种测量方式的风洞已有数十种之多,风洞实验的内容极为广泛。
20世纪70年代以来,激光技术、电子技术和电子计算机的迅速发展,极大地提高了空气动力学的实验水平和计算水平,促进了对高度非线性问题和复杂结构的流动的研究。除了上述由航空航天事业的发展推进空气动力学的发展之外,60年代以来,由于交通、运输、建筑、气象、环境保护和能源利用等多方面的发展,出现了工业空气动力学等分支学科。
空气动力学的研究内容通常所说的空气动力学研究内容是飞机。
《空气动力学基础》共分为四个部分,分别涵盖了流体力学基本原理、无黏不可压缩流动、无黏可压缩流动和黏性流动,以及与实际应用或设计相关的内容。第1部分(第1、第2章)介绍空气动力学的研究意义、应用范围,基本数学知识,流动的描述方法及流体力学基本方程。第2部分(第3~第6章)介绍伯努利方程,不可压缩无旋流控制方程,流动叠加原理和基本流动,有限展长机翼的升力线理论,一般三维流动特征等。第3部分(第7~第14章)介绍高速流动的热力学理论,能量方程,正激波及斜激波理论,普朗特-迈耶膨胀波理论,激波-膨胀波理论的应用,准一维等熵管流理论,速度势方程及其线性化理论,压缩性修正理论,临界马赫数、阻力发散马赫数概念及定义,超声速流动线性化理论及其应用。非线性超声速流的数值解,高超声速流动基础理论,牛顿理论等。第4部分(第15~第20章)介绍黏性流动的基本理论及控制方程,库埃特流动和泊肃叶流动,边界层特性,层流边界层和湍流边界层流动,湍流模型等。
空气动力学是力学的一个分支,它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
空气动力学的发展简史
最早对空气动力学的研究,可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期,荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力;1726年,牛顿应用力学原理和演绎方法得出:在空气中运动的物体所受的力,正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。
1755年,数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程,即欧拉方程。这些微分形式的动力学方程在特定条件下可以积分,得出很有实用价值的结果。19世纪上半叶,法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程,后称为纳维-斯托克斯方程。
你说的是前定风翼吧! F1赛车定风翼空气动力学特性简单说:根据空气动力学基本原理,空气流动得越快,其压强就越低,而空气在物体表面的流动速度又于物体的表面长度有关系,即表面越长空气流动得越快,从定风翼的横截面我们可以看出,翼板的下部表面要比上面长一些,所以在赛车行驶时,相对于翼板下部的空气会比上部的空气流动得块,这就使翼板的上下表面产生了压强差,赛车因此从空气流动中获得了下压力。
显而易见,车速越快,空气的流动速差越大,下压力也会越大。后定风翼上,F1赛车的外露部件,比如悬架,同样也采用了这样的截面造型来为赛车提供下压力。
装备这些空气动力学元件之后,告诉行驶的F1赛车从空气中获得的下压力可以轻松超过本身的重力,因此也又人说:“理论上F1赛车可以倒着在屋顶的天花板上行驶!”。
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