表面的凹坑減小空氣阻力,可以用於飛機 火車 汽車嗎?

時間 2021-05-30 08:34:51

1樓:

不管是凹坑還是凸起,只是想利用不平整表面破壞汽車或者飛機原有的外流場,達到減阻的目的,只是目前還有待於深入研究,技術並不成熟。除了加裝減阻裝置,這種仿生學的方法不管是否效果理想,倒是提供了一種思路,跨學科的思想可能會得到一些新的減阻方法,為空氣動力學開闢另一條分支。

2樓:秋名山車神

1. 物體繞流阻力包括兩部分:摩擦阻力和壓差阻力(形狀阻力),摩擦阻力由流體粘性引起,壓差阻力是物體表面壓力分布的合力。

2. 流動分離指邊界層內原來緊貼壁面流動的流體質點脫離壁面形成回流。層流邊界層抵抗分離能力弱,分離區大,壓差阻力大;湍流邊界層抵抗分離能力強,分離區小,壓差阻力小。

3. Golf球飛行的雷諾數大約為10四次方量級,此時飛行阻力主要來自於壓差阻力,摩擦阻力很小,幾乎可以忽略不計,因此要使Golf球飛得更遠,主要考慮如何降低壓差阻力。增大球表面粗糙度,雖然摩擦阻力會增大,但壓差阻力會減小,這是因為表面粗糙維持湍流邊界層的時間更長,抵抗分離的能力越強,壓差阻力下降。

因此總的阻力會下降。

粗略畫圖分析一下,假設速度隨時間線性變化,光滑情況下,維持湍流邊界層時間4s,層流邊界層時間3s;粗糙情況下,持湍流邊界層時間5s,層流邊界層時間2s;可見維持湍流邊界層時間多了1s。顯然虛線圍成的面積大於實線圍成的面積,面積即飛行位移。

以上分析了Golf球的情況,至於汽車,飛機,先占個坑,等學完了空氣動力學再來補充。

3樓:lolo

可以,而且國外已經驗證幾十年了,畢業前我老師接過乙個關於鯊魚皮表層的試驗,研究鯊魚皮表層對於飛機蒙皮的疲勞強度影響。國外播音和空客已經做了許多驗證鯊魚皮表層減少空氣阻力與省油的文章了,結論是證實過的啊(具體原因我不曉得,我是學疲勞力學的。)!

google學術搜的——德國漢莎航空對A340鯊魚皮蒙皮的省油測試,高亮部分中microscope grooves就是類似於題中Golf球的凹凸表面。

再發乙個鯊魚皮結構清晰圖,Amazing skin gives sharks a push

4樓:

現在做飛機表面凹坑減阻的研究。但是如何用得看具體情況,而且得小弄清楚為什麼Golf凹坑可以減阻。這裡阻力主要分為壓差阻力和摩擦阻力,Golf的主要阻力是由壓差阻力貢獻的,表面粗糙可以推遲流動分離,從而減小總阻力!

其實他的摩擦阻力應該是增大的,但是這不是阻力的主要組成部分。而對於流線型的,往往阻力主要由摩擦貢獻,所以子彈就沒有這樣坑坑窪窪的。用在飛機上同樣道理,得具體問題具體分析。

當然,飛機你不僅得看流體要求,還有材料結構的要求,做凹的,工程難度很大,很多時候不是好的就一定能用。

5樓:

@馬拉轟有長短答案,我來個中答案:

這個問題的核心其實是雷諾數,以及與雷諾數密切相關的轉捩。最後,直接決定這一措施是否有效的是,物體表面是否存在分離,以及分離是層流分離還是湍流分離。

Golf球雷諾數低,如果沒有凹坑,將發生層流分離,所以布置凹坑可以產生減阻的效果。如果物體表面極少存在分離(像正常飛行的飛機),或只存在湍流分離(汽車,火車,大迎角飛行的大型飛機),那麼布置凹坑對減阻是不會有太多益處的。

----耐心分割線----

雷諾數(Reynolds Number)=, 密度*速度*特徵長度除以粘性係數。我們可以認為空氣的密度和粘性是常數,這樣決定雷諾數的就是速度和特徵長度。特徵長度是個什麼長度呢,因為此處將考慮轉捩問題,我們就用物體的流向長度當作特徵長度。

好,雷諾數暫且按下不表。

為什麼說措施的有效性與分離密切相關呢?參看 @馬拉轟的答案,浸潤在氣流中的物體所受到的阻力,分為摩擦阻力和壓差阻力。而摩擦阻力可以認為是跟物體表面積,行話叫浸濕面積成正比。

你搞這麼多坑當然沒什麼好處了。所以,凹坑是通過抑制分離來達到減阻的效果,就像@馬拉轟的答案解釋的那樣。

那麼,這樣就比較清楚了,如果物體表面本來就沒有多少流動分離,那麼弄坑是沒有用的。所以飛機在絕大部分時間是用不到這玩意的。

為什麼凹坑能能降低Golf球的阻力呢?因為凹坑誘導了層流到湍流的提前轉捩,而湍流有比層流更強的抗分離能力。這是因為湍流有更旺盛的動量和能量交換,可以使遠離壁面的自由流的能量更多得進入邊界層。

這其中的機理非專業人士很難完全搞清楚,我們姑且暫時接受這一結論。

什麼是層流和湍流呢。哎呀,話說湍流可是經典力學領域內為數不多尚未完全解決的問題之一呀,這可不太好解釋。姑且這麼認為吧,層流是氣流的一種平靜的穩態,像姑娘柔順的秀髮。

當層流把持不住失穩以後,就會過渡到湍流,這是一種混亂激突的「穩態」,就像一頭自來卷。可以想像,湍流更容易把空氣摻和勻一點,也就是所謂的更強的動量和能量擴散效應。

一般浸潤在大氣中的物體,其表面的層流通常會維持到雷諾數幾十萬到一兩百萬的量級。空氣的密度大概是,而粘性係數只有。這樣,你會發現,如果不加干涉的話,Golf球表面處於層流狀態,而汽車,飛機,火車這些東西,在其尾部甚至表面絕大部分表面,已經自然浸潤在湍流中了,根本不需要,也沒有必要使用凹坑來迫使轉捩提前。

話說,流言終結者這期節目我也看了。我對他們這個實驗的設計還是持有比較大的保留態度的,畢竟對於汽車來講,主要的阻力不在風阻。更甚至他們用耗油量來估計阻力,實在有點糙。

前邊幾位有提到過渦流發生器,就是對付湍流分離用的。在外形不好再動手腳的時候,就會祭出渦流發生器這個難看但是好使的東西,攪起強勁的漩渦,把物面處的低速氣流吹個乾淨。機翼上那種看都看不清的小片片太不上檔次了,這才是真正的大殺器。

在起飛和著陸的時候,飛機的迎角比較大,發動機這個圓筒的後面難免會出現分離,進而影響到其下游的機翼。所以,狗急跳牆的氣動工程師就給發動機殼子上裝了這麼個玩意。

這個片片的安裝位置和角度都很考究的哦。如果沒記錯的話,這玩意當年還是空客的專利呢。

6樓:

原則上是可以實行的,不過我認為沒有實行的原因是材料強度或者工藝的限制。關於樓上說的流線型不需要凹坑的問題,目前在子彈上的表面凹坑,確實是可以減少阻力

7樓:柴健翌

表面凹坑這樣的原理其實在飛機上是有應用的,不過不全是為了降低阻力,有調整氣動效能的,也有降噪的

你坐飛機的時候看看機翼前排,上面有一排很小的像小刀片一樣的東西,其實並不是釘子,而是湍流發生器,擾動流過機翼的氣流,抑制機翼上的氣流分離,改善低速效能。類似的小調整片飛機渾身上下都有不少,每一片都有學問

此外737風擋玻璃前面也有一排,改善風擋玻璃前面的氣流,降低駕駛艙風噪

8樓:

不可以。不符合設計的基本規範。

運動型的設計,一般都不會使用凹陷。凹陷在結構上,有天然的缺陷,就是不耐撞。尤其是例如自行車等,基本上有稜角的設計都不可以有。

一般會選擇富有肌肉感的設計,就是凸起的設計,這樣結構強度會好很多。

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