"

亚博电子拥有全球最顶尖的原生APP,每天为您提供千场精彩体育赛事,亚博电子更有真人、彩票、电子老虎机、真人电子竞技游戏等多种娱乐方式选择,亚博电子让您尽享娱乐、赛事投注等,且无后顾之忧!

"
首頁 > 在什么情況下用反向動力學_工程_匿名_天涯問答

在什么情況下用反向動力學_工程_匿名_天涯問答

互聯網 2021-03-07 02:09:57
0

xushujunsg

空氣動力學空氣動力學是力學的一個分支,它主要研究物體在同氣體作相對運動情況下的受力特性、氣體流動規律和伴隨發生的物理化學變化。它是在流體力學的基礎上,隨著航空工業和噴氣推進技術的發展而成長起來的一個學科??諝鈩恿W的發展簡史最早對空氣動力學的研究,可以追溯到人類對鳥或彈丸在飛行時的受力和力的作用方式的種種猜測。17世紀后期,荷蘭物理學家惠更斯首先估算出物體在空氣中運動的阻力;1726年,牛頓應用力學原理和演繹方法得出:在空氣中運動的物體所受的力,正比于物體運動速度的平方和物體的特征面積以及空氣的密度。這一工作可以看作是空氣動力學經典理論的開始。 1755年,數學家歐拉得出了描述無粘性流體運動的微分方程,即歐拉方程。這些微分形式的動力學方程在特定條件下可以積分,得出很有實用價值的結果。19世紀上半葉,法國的納維和英國的斯托克斯提出了描述粘性不可壓縮流體動量守恒的運動方程,后稱為納維-斯托克斯方程。 到19世紀末,經典流體力學的基礎已經形成。20世紀以來,隨著航空事業的迅速發展,空氣動力學便從流體力學中發展出來并形成力學的一個新的分支。航空要解決的首要問題是如何獲得飛行器所需要的舉力、減小飛行器的阻力和提高它的飛行速度。這就要從理論和實踐上研究飛行器與空氣相對運動時作用力的產生及其規律。1894年,英國的蘭徹斯特首先提出無限翼展機翼或翼型產生舉力的環量理論,和有限翼展機翼產生舉力的渦旋理論等。但蘭徹斯特的想法在當時并未得到廣泛重視。 約在1901~1910年間,庫塔和儒科夫斯基分別獨立地提出了翼型的環量和舉力理論,并給出舉力理論的數學形式,建立了二維機翼理論。1904年,德國的普朗特發表了著名的低速流動的邊界層理論。該理論指出在不同的流動區域中控制方程可有不同的簡化形式。 邊界層理論極大地推進了空氣動力學的發展。普朗特還把有限翼展的三維機翼理論系統化,給出它的數學結果,從而創立了有限翼展機翼的舉力線理論。但它不能適用于失速、后掠和小展弦比的情況。1946年美國的瓊期提出了小展弦比機翼理論,利用這一理論和邊界層理論,可以足夠精確地求出機冀上的壓力分布和表面摩擦阻力。近代航空和噴氣技術的迅速發展使飛行速度迅猛提高。在高速運動的情況下,必須把流體力學和熱力學這兩門學科結合起來,才能正確認識和解決高速空氣動力學中的問題。1887~1896年間,奧地利科學家馬赫在研究彈丸運動擾動的傳播時指出:在小于或大于聲速的不同流動中,彈丸引起的擾動傳播特征是根本不同的。在高速流動中,流動速度與當地聲速之比是一個重要的無量綱參數。1929年,德國空氣動力學家阿克萊特首先把這個無量綱參數與馬赫的名字聯系起來,十年后,馬赫數這個特征參數在氣體動力學中廣泛引用。小擾動在超聲速流中傳播會疊加起來形成有限量的突躍──激波。在許多實際超聲速流動中也存在著激波。氣流通過激波流場,參量發生突躍,熵增加而總能量保持不變。 英國科學家蘭金在1870年、法國科學家許貢紐在1887年分別獨立地建立了氣流通過激波所應滿足的關系式,為超聲速流場的數學處理提供了正確的邊界條件。對于薄冀小擾動問題,阿克萊特在1925年提出了二維線化機冀理論,以后又相應地出現了三維機翼的線化理論。這些超聲速流的線化理論圓滿地解決了流動中小擾動的影響問題。在飛行速度或流動速度接近聲速時,飛行器的氣動性能發生急劇變化,阻力突增,升力驟降。飛行器的操縱性和穩定性極度惡化,這就是航空史上著名的聲障。大推力發動機的出現沖過了聲障,但并沒有很好地解決復雜的跨聲速流動問題。直至20世紀60年代以后,由于跨聲速巡航飛行、機動飛行,以及發展高效率噴氣發動機的要求,跨聲速流動的研究更加受到重視,并有很大的發展。遠程導彈和人造衛星的研制推動了高超聲速空氣動力學的發展。在50年代到60年代初,確立了高超聲速無粘流理論和氣動力的工程計算方法。60年代初,高超聲速流動數值計算也有了迅速的發展。通過研究這些現象和規律,發展了高溫氣體動力學、高速邊界層理論和非平衡流動理論等。由于在高溫條件下全引起飛行器表面材料的燒蝕和質量的引射,需要研究高溫氣體的多相流??諝鈩恿W的發展出現了與多種學科相結合的特點??諝鈩恿W發展的另一個重要方面是實驗研究,包括風洞等各種實驗設備的發展和實驗理論、實驗方法、測試技術的發展。世界上第一個風洞是英國的韋納姆在1871年建成的。到今天適用于各種模擬條件、目的、用途和各種測量方式的風洞已有數十種之多,風洞實驗的內容極為廣泛。20世紀70年代以來,激光技術、電子技術和電子計算機的迅速發展,極大地提高了空氣動力學的實驗水平和計算水平,促進了對高度非線性問題和復雜結構的流動的研究。除了上述由航空航天事業的發展推進空氣動力學的發展之外,60年代以來,由于交通、運輸、建筑、氣象、環境保護和能源利用等多方面的發展,出現了工業空氣動力學等分支學科??諝鈩恿W的研究內容通常所說的空氣動力學研究內容是飛機,導彈等飛行器在名種飛行條件下流場中氣體的速度、壓力和密度等參量的變化規律,飛行器所受的舉力和阻力等空氣動力及其變化規律,氣體介質或氣體與飛行器之間所發生的物理化學變化以及傳熱傳質規律等。從這個意義上講,空氣動力學可有兩種分類法: 首先,根據流體運動的速度范圍或飛行器的飛行速度,空氣動力學可分為低速空氣動力學和高速空氣動力學。通常大致以400千米/小時這一速度作為劃分的界線。在低速空氣動力學中,氣體介質可視為不可壓縮的,對應的流動稱為不可壓縮流動。大于這個速度的流動,須考慮氣體的壓縮性影響和氣體熱力學特性的變化。這種對應于高速空氣動力學的流動稱為可壓縮流動。其次,根據流動中是否必須考慮氣體介質的粘性,空氣動力學又可分為理想空氣動力學(或理想氣體動力學)和粘性空氣動力學。除了上述分類以外,空氣動力學中還有一些邊緣性的分支學科。例如稀薄氣體動力學、高溫氣體動力學等。在低速空氣動力學中,介質密度變化很小,可視為常數,使用的基本理論是無粘二維和三維的位勢流、翼型理論、舉力線理論、舉力面理論和低速邊界層理論等;對于亞聲速流動,無粘位勢流動服從非線性橢圓型偏微分方程,研究這類流動的主要理論和近似方法有小擾動線化方法,普朗特-格勞厄脫法則、卡門-錢學森公式和速度圖法,在粘性流動方面有可壓縮邊界層理論;對于超聲速流動,無粘流動所服從的方程是非線性雙曲型偏微分方程。在超聲速流動中,基本的研究內容是壓縮波、膨脹波、激波、普朗特-邁耶爾流動、錐型流,等等。主要的理論處理方法有超聲速小擾動理論、特征線法和高速邊界層理論等??缏曀贌o粘流動可分外流和內流兩大部分,流動變化復雜,流動的控制方程為非線性混合型偏微分方程,從理論上求解困難較大。高超聲速流動的主要特點是高馬赫數和大能量,在高超聲速流動中,真實氣體效應和激波與邊界層相互干擾問題變得比較重要。高超聲速流動分無粘流動和高超聲速粘性流兩大方面。工業空氣動力學主要研究在大氣邊界層中,風同各種結構物和人類活動間的相互作用,以及大氣邊界層內風的特性、風對建筑物的作用、風引起的質量遷移、風對運輸車輛的作用和風能利用,以及低層大氣的流動特性和各種顆粒物在大氣中的擴散規律,特別是端流擴散的規律,等等??諝鈩恿W的研究方法空氣動力學的研究,分理論和實驗兩個方面。理論和實驗研究兩者彼此密切結合,相輔相成。理論研究所依據的一般原理有:運動學方面,遵循質量守恒定律;動力學方面,遵循牛頓第二定律;能量轉換和傳遞方面,遵循能量守恒定律;熱力學方面,遵循熱力學第一和第二定律;介質屬性方面,遵循相應的氣體狀態方程和粘性、導熱性的變化規律,等等。 實驗研究則是借助實驗設備或裝置,觀察和記錄各種流動現象,測量氣流同物體的相互作用,發現新的物理特點并從中找出規律性的結果。由于近代高速電子計算機的迅速發展,數值計算在研究復雜流動和受力計算方面起著重要作用,高速電子計算機在實驗研究中的作用也日益增大。因此,理論研究、實驗研究、數值計算三方面的緊密結合是近代空氣動力學研究的主要特征??諝鈩恿W研究的過程一般是:通過實驗和觀察,對流動現象和機理進行分析,提出合理的力學模型,根據上述幾個方面的物理定律,提出描述流動的基本方程和定解條件;然后根據實驗結果,再進一步檢驗理論分析或數值結果的正確性和適用范圍,并提出進一步深入進行實驗或理論研究的問題。如此不斷反復、廣泛而深入地揭示空氣動力學問題的本質。20世紀70年代以來,空氣動力學發展較為活躍的領域是湍流、邊界層過渡、激波與邊界層相互干擾、跨聲速流動、渦旋和分離流動、多相流、數值計算和實驗測試技術等等。此外,工業空氣動力學、環境空氣動力學,以及考慮有物理化學變化的氣體動力學也有很大的發展。 同一套空氣套件在不同的運動速度下下壓力不相同. 這個應該不關于F1吧 同一套空氣套件在不同的運動速度下下壓力不相同。 空氣動力學的另一重要方面是下壓力。下壓力是一個偉大的發明,它可以是車胎產生更多的抓著力,而無須增加車的重量。也就是說:你可以用更快的速度過彎。但是其缺點是:更多的下壓力通常意味著更多的阻力。 制造下壓力 有兩種解釋下壓力的方法,一種是簡單的,但另一種比較復雜。 讓我們先來看看簡單的一種。 擾流器、風翼、傾斜的車鼻……所有這些東西都是為了把空氣“鏟”向上方。 空氣被抬起,車子就被向下壓, 因為“作用力=反作用力”。所以更大的表面積,或者更傾斜的角度,可以產生更多的下壓力。 圖:空氣被向上推,車子被往下壓 ? 現在我們來解釋一下比較復雜的說法。 一個現實中的風翼的形狀,就象飛機的機翼一樣,不過它是反向的。飛機機翼產生升力﹔但汽車風翼產生反向的升力,這是下壓力的另一種說法。 升力(或者反向升力,無論怎么說其實是一回事)是由于風翼上下表面的不同壓強所產生的。為了更容易解釋,重新提醒一下:“壓力=壓強x面積”。所以更大的壓強差,或者更大的表面積,可以增加下壓力。 但是為什么會產生不同的壓強呢?讓我們仔細研究一下示意圖,你可以看到風翼的上表面比較平直,而下表面比較彎曲。 這意味著空氣在上表面流動的路徑,比在下表面更直,也更短。下表面空氣被迫沿著曲線流動,因此走了更長的距離。根據柏努利定理,一定體積的流體總能量是守恆的(除非加熱流體,或者機械的改變流體的體積)。如果假定空氣的流動方向不是改變太多的話,我們可以近似的認為:如果空氣(或者其他流體)速度增加,其壓強就會下降。從能量守恆的角度,我們可以認為,空氣的能量更多的用于保持粒子速度,那剩下用以維持施加于物體表面壓強的能量就減少了。 簡單的說,在風翼的下表面,空氣在相同的時間內走了更長的距離,其速度就更快,導致壓強下降。 上下表面的壓強差產生一個淨向下的力,這就是下壓力。 所以,如果你要找什么適當形狀的東西來產生下壓力的話,就找傾斜的,或者反向機翼形狀的,越大越好。 壓力中心點 但是,比下壓力的大與小,還有更多需要討論的東西。就是所謂的“壓力中心點”(CP)。就象重力分布一樣,這里是下壓力分布,或者說壓強分布。這表述得更清楚一些。 讓我們開始研究壓力中心點和重心(重力中心點,或者說質量中心點)。 重心是一個想象中的點,整部車的質量集中于這一點。所以,你將車的所有部分的所有質量與其所在的位置進行計算,就可以得到重心,簡稱 CG。其好處是你可以用一個點來計算,而不需要分別處理車的所有部分。只有一個點的重力是等于整車的重力,這就是重心。 壓力中心點也是類似的原理,空氣作用于整個車體,我們可以把所有這些作用力換算成作用在一個壓力中心點上的壓力。通常這個力可以分成兩個分量:一個是向下的下壓力,一個是向后的阻力。 因此,你可以建立一個計算機模型來模擬車體的空氣動力學特性,計算出壓力中心點。另外,你也可以仔細的研究你的車,估算出壓力中心點和重心的相對位置關系。 讓我們舉個例子:羽毛球的球體。 羽毛球大約95%的質量是分布在前端的半圓球上,很顯然,重心就在半圓球附近。? 但是從空氣動力學來看,如果你看看哪里產生大多數的空氣壓力, 那會在后方羽毛所在的地方。 羽毛組成了一個很大的表面,當羽毛球在前進的時候,這個表面把空氣向外推。 因此,壓力中心點應該在羽毛附近,相對來說比較靠后的地方。 當你用球拍打羽毛球,球體幾乎馬上掉頭,以半圓球朝著前方飛行。為什么會這樣呢?首先你需要了解一些基本的物理知識: 以下的圖表闡述了:兩個大小相等但是方向相反的力,作用在不同一條直線上,就會產生扭距。 圖:兩個相同的反向力作用在不同一條直線上產生扭距 ? 在空氣動力學的情況中,這意味著當重心不在壓力中心的正前方的時候,扭距就會出現,以改變這種狀況。這兩個力越大,或者中心和壓力中心之間距離月大,扭距就越大。 圖:側向飛行回到羽毛球的例子。來自球拍的作用力(紅色),是作用在重心上的,方向是遠離打球者。而空氣動力(藍色),在這里是純粹的阻力,作用在壓力中心點上,方向朝著打球者。如果重心不是準確的在壓力中心前方,就會產生一個扭距來改正這種狀況。 也就是說,重心在壓力中心的正前方,是物體移動時最穩定和最自然的姿態。 在圖畫中,假設羽毛球正在朝屏幕的左方前進。 圖:直線飛行在飛鏢中也有一樣的情況。質量主要集中在前端,因此重心也在前方。 而壓力中心就在后方的箭羽附近。同樣的,如果你在玩飛鏢的時候標頭朝后扔出去,飛鏢也會馬上改變方向,鏢頭朝前飛。 這并不令人驚奇,或許你會想:對于汽車來說,壓力中心點在重心的后方(而且通常在上方)。雖然不象羽毛球或者飛標那種極端的情況,但是效果是一樣的。 壓力中心點越靠后,當你的車偏離方向的時候,改正偏離的扭距就越大。 也就是說,壓力中心點在重心的后方越遠,車子就越穩定,可以很容易的保持方向,或者走直線。 那么怎樣改變壓力中心點的位置呢?基本上,可以通過改變風翼的位置。向后移動風翼,壓力中心點也隨之后移。向前移動風翼,壓力中心點就向前移。 在這里,前擋風玻璃的位置和大小也是很重要的因素。一個在車子前方的大面積擋風玻璃意味著壓力中心也相應的移向車子的前方。 一個現實中的例子是:Dodge Viper. 我們很難用它高速的轉彎。圖:Dodge Viper不過,這不是壓力中心點的全部,其高度也是很重要的因素。因為阻力是作用于壓力中心點的,而推進車輛的力是作用于重心的,所以其產生的扭距向后輪施加更多的壓力,同時減少前輪的壓力。 圖:超級燃料改裝車的壓力中心點(CP)和重心(CG) ? 圖:作用在CP和CG上的力產生一個扭距這個扭距使車子向后傾,就象那些機械狗玩具那樣。 這說明,當你把風翼裝的更高,將獲得更多的后輪抓著力,但是會減少轉向。 圖:風翼裝得相當高我們再次使用超級燃料改裝車的例子,我不大認為他們可以將風翼裝的那么高而不使車后傾。這里的第一個理由是:他們只需要后輪的抓著力!前輪的抓著力并不重要,因為它們只是支持車直線行駛。第二個理由是:風翼越高,空氣越“整齊”。整齊的意思就是沒有紊流。 雖然一級方程式賽車是一種高速汽車,但在機械概念上卻較接近噴射機,而非家庭房車。它們巨大的雙翼不但具用商業廣告牌的作用,同時還可以產生至關重要的「下壓力」。這種空氣動力會使流經汽車上方的氣流將車身向下壓,使車子緊貼在車道上。相反地,飛機則是利用巨大的雙翼產生「上升力」。 將車身壓在車道上可使輪胎獲得更大的抓地力,進而在彎道時產生更快的加速度。由于一般普通房車沒有下壓力,因此甚至無法產生1G(一個重力單位)轉彎力。一級方程式賽車能產生4個G的轉彎力。 在時速230公里時的狀況下,F1賽車上方氣流產生的下壓力足以使它在隧道里沿著隧道的頂部行走。 在設計當今一級方程式賽車的過程中,扮演重要角色的空氣動力學家正面臨著一個基本的挑戰:如何在產生下壓力的同時不增加空氣阻力。這正是汽車必須克服的問題。 在汽車空氣動力設計的過程中,風洞扮演著重要的角色。進行風洞實驗時,通常先制作一半體積的模型,而風洞就像一個巨大的吹風機,將空氣吹向靜止的模型。 雖然這個吹風機的價格非常昂貴,但積架車隊仍然編列四千九百萬美元的預算,將在該車隊新建的銀石(Silverstone)工廠建造一個風洞。 空氣動力可以根據不同賽車場的特征而調整。較直的跑道需要較低的下壓力設定值,如此可減少阻力,并且有助于賽車提高極速。較曲折的車道需要較高的下壓力設定值,如此可令賽車的極速降低。例如,在曲折的Hungaroring車道上,賽車很難達到300km/h的速度,但在Hockenheimring車道上,車速可以超過350km/h。 氣動力可以根據不同賽車場的特征而調整。較直的跑道需要較低的下壓力設定值,如此可減少阻力,并且有助于賽車提高極速。較曲折的車道需要較高的下壓力設定值,如此可令賽車的極速降低。例如,在曲折的Hungaroring車道上,賽車很難達到300km/h的速度,但在Hockenheimring車道上,車速可以超過350km/h。 同一套空氣套件在不同的運動速度下下壓力不相同。 氣動力可以根據不同賽車場的特征而調整 這是一個很難的問題,就拿F1賽車來說吧!下壓力和運動的速度有關,速度越快下壓力越大,為了在速度和因需要下壓力而產生的阻力中找到一個平衡點,所以F1賽車都要經過風洞的測試,使得賽車在高速的情況下,讓下壓力在賽車需要的降到最低值,這樣阻力也就降到最低了! 同一套空氣套件在不同的運動速度下下壓力不相同。 空氣動力學是力學的一個分支,它主要研究物體在同氣體作相對運動情況下的受力特性、氣體流動規律和伴隨發生的物理化學變化。它是在流體力學的基礎上,隨著航空工業和噴氣推進技術的發展而成長起來的一個學科??諝鈩恿W的發展簡史最早對空氣動力學的研究,可以追溯到人類對鳥或彈丸在飛行時的受力和力的作用方式的種種猜測。17世紀后期,荷蘭物理學家惠更斯首先估算出物體在空氣中運動的阻力;1726年,牛頓應用力學原理和演繹方法得出:在空氣中運動的物體所受的力,正比于物體運動速度的平方和物體的特征面積以及空氣的密度。這一工作可以看作是空氣動力學經典理論的開始。1755年,數學家歐拉得出了描述無粘性流體運動的微分方程,即歐拉方程。這些微分形式的動力學方程在特定條件下可以積分,得出很有實用價值的結果。19世紀上半葉,法國的納維和英國的斯托克斯提出了描述粘性不可壓縮流體動量守恒的運動方程,后稱為納維-斯托克斯方程。到19世紀末,經典流體力學的基礎已經形成。20世紀以來,隨著航空事業的迅速發展,空氣動力學便從流體力學中發展出來并形成力學的一個新的分支。航空要解決的首要問題是如何獲得飛行器所需要的舉力、減小飛行器的阻力和提高它的飛行速度。這就要從理論和實踐上研究飛行器與空氣相對運動時作用力的產生及其規律。1894年,英國的蘭徹斯特首先提出無限翼展機翼或翼型產生舉力的環量理論,和有限翼展機翼產生舉力的渦旋理論等。但蘭徹斯特的想法在當時并未得到廣泛重視。約在1901~1910年間,庫塔和儒科夫斯基分別獨立地提出了翼型的環量和舉力理論,并給出舉力理論的數學形式,建立了二維機翼理論。1904年,德國的普朗特發表了著名的低速流動的邊界層理論。該理論指出在不同的流動區域中控制方程可有不同的簡化形式。 同一套空氣套件在不同的運動速度下下壓力不相同 不同的運動速度下下壓力不相同 空氣動力學的另一重要方面是下壓力。下壓力是一個偉大的發明,它可以是車胎產生更多的抓著力,而無須增加車的重量。也就是說:你可以用更快的速度過彎。但是其缺點是:更多的下壓力通常意味著更多的阻力。 同一套空氣套件在不同的運動速度下下壓力不相同.

09-11-28| 添加評論| 打賞

◆◆

評論讀取中....

◆◆

修改失敗,請稍后嘗試

免責聲明:非本網注明原創的信息,皆為程序自動獲取互聯網,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責;如此頁面有侵犯到您的權益,請給站長發送郵件,并提供相關證明(版權證明、身份證正反面、侵權鏈接),站長將在收到郵件12小時內刪除。
亚博电子