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什么是空气动力学?什么是空气动力

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什么是空气动力学?什么是空气动力

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空气动力学是流体力学的一个分支,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。
应用领域:
除航空航天外,空气动力学在其他领域也有非常重要的应用。在包括汽车在内的所有交通工具的设计中,它都是一个很重要的因素。大型建筑物涉及到风载荷,市内空气动力学研究城市的微气候环境,环境空气动力学研究大气环流和飞行对生态系统的影响。还有引擎设计所涉及的热流和内流也是空气动力学非常重要的一个方面。
研究过程:
空气动力学研究的过程一般是:通过实验和观察,对流动现象和机理进行分析,提出合理的力学模型,根据上述几个方面的物理定律,提出描述流动的基本方程和定解条件;然后根据实验结果,再进一步检验理论分析或数值结果的正确性和适用范围,并提出进一步深入进行实验或理论研究的问题。如此不断反复、广泛而深入地揭示空气动力学问题的本质。
20世纪70年代以来,空气动力学发展较为活跃的领域是湍流、边界层过渡、激波与边界层相互干扰、跨声速流动、涡旋和分离流动、多相流、数值计算和实验测试技术等等。此外,工业空气动力学、环境空气动力学,以及考虑有物理化学变化的气体动力学也有很大的发展。


物体与空气作相对运动时作用在物体上的力,简称气动力。
它由两个分布力系组成:一是沿物体表面面元法线方向的法向分布力系,另一是在表面面元切平面上的切向分布力系。空气动力通常就是指这两个力系的合力。以飞行器(如飞机)为倒,为便于对飞行器的运动规律进行分析,通常取一个原点位于飞行器重心的气流坐标系,将空气动力分解为三个方向上的分量。设坐标系的x轴平行于气流方向且正向与气流方向相反,y轴在飞行器对称面内与x轴垂直且正向指向飞行器上方,z轴垂直于xy平面,指向右翼,则合力在x、y、z三个轴上的分量分别称为阻力、举力和侧向力。若空气动力作用点与飞行器重心不重合,则飞行器还受到一个合力矩的作用,它在x、y、z三个轴上的分量分别称为滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩。飞行器所受的空气动力与它的飞行速度、高度和飞行姿态有关。空气动力的分布和大小是飞行器结构和强度设计的依据,而且关系到飞行器的飞行性能、操纵性能和稳定性。空气动力学的一个主要任务就是确定飞行器的空气动力。确定空气动力需要知道空气的性质和运动规律。相应于低速流动、亚声速流动、跨声速流动、超声速流动、高超声速流动、稀薄气体流动和高温气体流动等不同情况,空气动力的分析有不同的理论和实验方法。


空气动力学是力学的一个分支。主要研究与气体相对运动的物体的受力特性、气体流动规律及其伴随的物理化学变化。它是在流体力学基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而兴起的一门学科。

最早的空气动力学研究可以追溯到人类对飞行中鸟或弹丸的力和作用模式的各种猜测。17世纪末,荷兰物理学家惠更斯首次估算了空中运动物体的阻力;1726年,牛顿运用力学原理和演绎方法得出结论:物体在空气中运动时所受的力与物体的运动速度、物体的特征面积和空气密度的平方和成正比。这项工作可视为经典空气动力学理论的开端。

1755年,数学家欧拉得到了描述无粘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可以在特定条件下进行积分,得到非常实用的结果。20世纪以来,随着航空业的飞速发展,空气动力学从流体力学发展而来,形成了力学的一个新分支。如何获得飞机所需的升力,降低飞机的阻力,提高飞机的飞行速度,是航空领域需要解决的首要问题。因此,有必要从理论和实践上研究飞机相对于空气运动时力的产生和规律。1894年,英国兰彻斯特首先提出了无限翼展机翼或翼型产生升力的环流理论和有限翼展机翼产生升力的旋涡理论。但兰切斯特的想法在当时并没有得到广泛的重视。

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以及实验理论、实验方法和测试技术的发展。世界上第一座风洞于1871年在英国的韦尔姆建成。目前,有几十种适合各种模拟条件、目的、用途和测量方法的风洞,风洞实验的内容非常广泛。20世纪70年代以来,激光技术、电子技术和电子计算机的飞速发展极大地提高了空气动力学的实验和计算水平,促进了对高度非线性问题和复杂结构流动的研究。



空气动力学的原理是:空气是动力,也是动力的媒介,更是动力的阻碍。

空气动力学是力学的一个分支,研究飞行器或其他物体在同空气或其他气体作相对运动情况下的受力特性、气体的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。

空气动力学的应用范围:

1、在低速空气动力学中,介质密度变化很小,可视为常数,使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、升力线理论、升力面理论和低速边界层理论等;对于亚声速流动,无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程。

2、在超声速流动中,基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动(压缩波与膨胀波的基本关系模型及其函数模型)、锥型流,等等。主要的理论处理方法有超声速小扰动理论、特征线法和高速边界层理论等。



空气动力学的原理是:空气是动力,也是动力的媒介,更是动力的阻碍。

空气动力学是力学的一个分支,研究飞行器或其他物体在同空气或其他气体作相对运动情况下的受力特性、气体的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,导弹等飞行器在各种飞行条件下流场中气体的速度和密度等参量的变化规律,飞行器所受的升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。

扩展资料:

空气动力学的应用范围:

1、在低速空气动力学中,介质密度变化很小,可视为常数,使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、升力线理论、升力面理论和低速边界层理论等;对于亚声速流动,无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程。

2、在超声速流动中,基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动(压缩波与膨胀波的基本关系模型及其函数模型)、锥型流,等等。主要的理论处理方法有超声速小扰动理论、特征线法和高速边界层理论等。

3、高超声速流动的主要特点是高马赫数和大能量,这些特点是流动具有一般超音速流动所没有的流体动力特征和物理化学变化。

4、工业空气动力学主要研究在大气边界层中,风同各种结构物和人类活动间的相互作用,以及大气边界层内风的特性、风引起的质量迁移、风对运输车辆的作用和风能利用,以及低层大气的流动特性和各种颗粒物在大气中的扩散规律。

参考资料来源:百度百科:空气动力学



基本相同。
空气动力产生风力,比如,风力发动力也是根据空气动力学设计,建造的。可以说风力就是空气动力。从学术角度来讲,风力是空气动力学中的一部分。既然学者这么分类自然有它的道理,二者肯定在一定程度上是相同的。风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力,数千年前就有了帆船用于交通运输,后来有了风车用来磨面与抽水等。近年来,由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重,风能作为清洁的新能源得到人们的重视。

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

中国对轿车、大客车和高速列车等开展空气动力学实验,为改进或选择车型提供科学依据。 汽车行进时所受阻力大致可分为机械阻力和空气阻力两部分。随着车速的提高,空气阻力所占比例迅速提高。以美国60年代生产的典型轿车为例,车速为每小时60公里时,空气阻力为行驶总阻力的33%~40%;车速为每小时100公里时,空气阻力为行驶总阻力的50%~60%;车速为每小时150公里时,空气阻力为行驶总阻力的70%~75%。各类汽车的空气阻力系数Cd的范围见表2。
汽车空气阻力可分解为:
①车型阻力,即由车体外形决定的阻力;
②表面摩擦阻力;
③干扰阻力,即由于安装在车体外的零部件,如后视镜、车门把手、车灯、车头装饰件等对气流干扰引起的阻力;
④由拖曳涡引起的涡阻;
⑤内部气流阻力,即气流通过车头内的散热器、发动机等引起的阻力。
现代轿车的空气阻力中,车型阻力和涡阻约占62%,表面摩擦阻力约占9%,干扰阻力约占17%,内部阻力约占12%。缩小车辆的迎风投影面积,改进车身外形,减少安装在车外的零部件,将车身下面的部件合理布置或用托板封闭,均可使空气阻力系数显著下降。空气阻力每减小10%,车辆燃料消耗大约可降低5%。
汽车空气动力学研究主要有下列四个方面:
①汽车运行中所受的空气动力和力矩,包括阻力、举力、俯仰力矩、侧倾力矩和摆动力矩,其中举力和俯仰力矩的研究涉及车辆操纵稳定性;
②汽车运行中各部位的流场,包括雨水流的路径,污垢附着的过程和原理,风噪声和面板颤振,风挡玻璃上的作用力等;
③发动机的冷却问题;
④汽车内的气候条件。 火车的空气动力学研究同汽车的空气动力学研究有许多类似的地方。但由于火车在固定轨道上运行,车身细长,因此也有自己的特点,主要有:
①火车横向稳定性:在大风地区,当火车受到超过某个临界值的横风作用时,会发生翻车事故。一般说来,运货棚车的临界翻车风速值小。而在运货棚车中空棚车最易翻车,载货重量越大越不易翻车。中国某地区典型地段上空棚车的临界翻车风速为32米/秒,相当于风力11级(风级)。
②火车通过隧道时的气动问题:由于隧道容积有限,火车进入隧道时,气流受到约束,使火车所受阻力比在开阔地行驶时增加1.6~3.4倍。这方面问题包括车体强度、通风、散热和两火车会车时气流的相互影响以及隧道截面设计等。
③电气列车受电弓的气动问题:列车高速行驶时受电弓所受空气阻力、负举力和动载荷引起的振动会影响受电弓与输电网之间的接触压力,而使受电性能变化,影响列车正常行驶。这方面的研究包括选择性能良好的受电弓弹簧,确定受电系统的固有频率和设计合理的悬挂结构等。
④火车行驶时边界层问题:火车行驶时边界层的作用范围和强度取决于火车的速度,这方面的研究包括轨道外安全距离的确定和双线铁路线路间距的确定等。

汽车上的空气动力学原理是:在低速行驶或者无风的情况下,汽车与空气间的相互作用力通常可以忽略不计。但在高速行驶或遇到大风天时,空气阻力将对车辆的加速性能、操控性能和燃油效能产生巨大影响。

根据空气动力原理设计的汽车能够获得更好的加速性能和燃油效能,因为引擎不需要产生太多能量帮助车辆穿越气墙。工程师们已经设计出数种方法。

汽车空气动力学空气动力学的一个分支,研究汽车与周围空气在相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的学科,它属于流体力学的一个重要部分,主要研究汽车、火车等车辆的空气动力性能、行驶稳定性、操纵性和气动噪声等问题。

前向下压力是指汽车车头加装大包围等附带装置,引导气流从而得到向下的气流压力,后压力一般是指尾翼所带来高速行驶中,引发的气流向下压力。

汽车动力学中的前下压力是指汽车向前运动时空气作用于汽车向下的阻力。当汽车向前运动时空气从汽车顶棚向车尾运动的时候就会形成一股向下的压力,这就是为什么要加扰流板使的这股向下的压力变成向上的升力,从而有效减轻汽车负荷。

汽车风洞就是用来研究汽车空气动力学的一种大型试验设施。
其实风洞不是个洞,而是一条大型隧道或管道,里面有一个巨型扇叶,能产生一股强劲气流。气流经过一些风格栅,减少涡流产生后才进人试验室。风洞的最大作用是用来测量汽车的风阻,风阻的大小用风阻系数CD表示,风阻系数越小,说明它受空气阻力影响越小。
当然,除了用来测量风阻外,风洞还可以用来研究气流绕过车身时所产生的效应,如升力、下压力,还可以模拟不同的气候环境,如炎热二寒冷、下雨或下雪等情况。这样,工程师们便可以知道汽车在不同环境下的工作情况,特别是冷却水箱散热、制动器散热等问题。 新车在造型设计阶段,必须将汽车制成风洞试验模型进行风洞试验,以便改进汽车的形状,提高空气动力性能。+按照尺寸的大小,风洞可分为供缩小比例模型试验的风洞和供整车试验的大型风洞,按照气流流动的形式,风洞又可分为直流式和回流式两种。
用道路试验的办法,不可能同时测得空气作用力的6个分力,因而风洞试验就成为研究汽车空气动力性能的最有效的手段,风洞是在飞机制造业最先应用的。从20世纪60年代起,世界各大汽车公司和有关机构开始建立自己的风洞试验室。如大众汽车公司的多用途风洞实验室可模拟多种环境条件下的汽车风洞实验,空气温度可在-30-45度调节,湿度为5%-95%,最大风速为180km/h。
目前我国最大型的风洞是中国航空动力研究所的风洞实验室。它主要承担中国航天和航空机械的风洞实验任务,也可用作汽车、建筑物、运动设备的风洞实验,最大风速100n/s。风洞的洞体由收缩段2、试验段3和扩散段5组成。在电动机8带动的风扇7作用下,空气从蜂窝栅1(起整流作用)进入风洞,经收缩段加速而进入试验段,再经扩散段流出。在试验段3中放置汽车模型4,其下部的固定装置9与测定6个分力的天平相连,通过工作室10中的相关仪器可测定汽车承受空气作用力的情况。风洞试验还可测定汽车模型表面的压力分布情况以及借助于烟、丝带、油膜等显示汽车周围的气流流动情况。

标签:空气   动力学   汽车

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