空氣阻力

空氣阻力

空氣阻力,是指空氣對運動物體的阻礙力,是運動物體受到空氣的彈力而產生的。汽車、船舶、鐵路機車等在運行時,由於前面的空氣被壓縮,兩側表面與空氣的摩擦,以及尾部後面的空間成為部分真空,這些作用所引起的阻力。

基本信息

空氣阻力

空氣阻力是 汽車在空氣介質中行駛,汽車相對於空氣運動時空氣作用力在行駛方向形成的分力,空氣阻力與汽車速度的平方成正比,車速越快阻力越大。

空氣阻力空氣阻力
如果空氣阻力占 汽車行駛阻力的比率很大,則會增加汽車燃油消耗量或嚴重影響汽車的動力性能。 在 一級方程式賽車界中有這么一句話:“誰控制好空氣,誰就能贏得比賽!”。追求最佳的 空氣動力是現代一級方程式賽車中最重要的部分之一。在時速達300km以上的賽車世界中,空氣在很大程度上決定了賽車的速度。空氣動力中,要考慮的要素簡而言之有兩點。1:減少空氣阻力(drag);2:增加把賽車下壓的下壓力(downforce)。空氣阻力越小賽車的速度越能越快,下壓力越大賽車在彎道時的速度就越快。空氣動力學簡單說就是如何取決在某些時候這兩個完全相反的力的最佳平衡。實際操作時要與環境因素造成的氣流量的壓強掛鈎。 否則你將區別不出什麼是空氣動力和空氣阻力。
英文為 air resistance空氣阻力

摩擦阻力

指空氣粘度在車身表面產生的切向力在行駛方向的分力;該力僅占空氣阻力總額的9%,在航空和航天中其作為重點考慮對象,在地面一般車輛中可予以忽略
降落傘是利用 空氣阻力,依靠相對於空氣運動充氣展開的可展式 氣動力減速器,使人或物從空中安全降落到地面的一種航空工具。主要由柔性織物製成。是 空降兵作戰和訓練、航空航天人員的救生和訓練、 跳傘運動員進行訓練、比賽和表演,空投物資、回收飛行器的設備器材
在空中運動的物體,受到空氣的阻力,在空氣中如果速度 低於2.5 M( 馬赫),基本上認為其阻力f與 阻力係數k傘的面積S速度成正比 (f=ksv),這時k一般可取為2.937。當其在空氣中如果速度 高於2.5 M(馬赫),由於空氣的摩擦, 開始出現 氣動加熱現象。其空氣阻力可視為f=(1/2)CρSV^2
參考文獻降落傘的流場特性研究

汽車方面

壓力阻力

指汽車外表面大氣作用的法向壓力在行駛方向的分力;根據阻力源的不同,壓力阻力又分為: 形狀阻力、干擾阻力、內循環阻力及 誘導阻力。1.形狀阻力:
由車身形狀的不同而產生的空氣阻力(主要由作用在汽車前、後兩面的壓力差所至),其占空氣阻力總額的58%;2.干擾阻力:車身中局部突起部分(如:反光鏡、車門把手等)產生的空氣阻力,其占空氣阻力總額的14%;3.內循環阻力發動機進、排氣系統、冷卻系、車身通風系統等所需要和產生的空氣流流經車體內部所產生的阻力,其占空氣阻力總額的12%;4.誘導阻力
空氣升力在水平方向的投影(主要由作用在車身上、下兩面的壓力差所至),其占空氣阻力總額的7%;

空氣阻力的計算

根據空氣阻力的公式:F=(1/2)CρSV^2 計算。


式中:C為 空氣阻力係數;ρ為空氣密度;S物體迎風面積;V為物體與空氣的 相對運動速度。由上式可知,正常情況下空氣阻力的大小與空氣阻力係數及迎風面積成正比,與速度平方成正比。在空氣中如果速度達到2 M(馬赫) 附近, 由於空氣的摩擦, 開始出現氣動加熱現象

空氣阻力係數(Cd

)汽車的空氣阻力係數是一種車型的重要參數。對新車型設計和車型改裝來說,為減少空氣阻力係數,以獲得良好的 汽車動力性和燃料經濟性,是 汽車設計者的一項重要工作。
汽車在行駛中由於空氣阻力的作用,圍繞著汽車 重心同時產生縱向、側向和垂直等三個方向的空氣動力量,其中縱向空氣力量是最大的空氣阻力,大約占整體空氣阻力的80%以上。空氣阻力係數值是由風洞測試得出來的。
由於空氣阻力與空氣阻力係數成正比關係,現代轎車為了減少空氣阻力就必須要考慮降低空氣阻力係數。從20世紀50年代到70年代初,轎車的空氣阻力係數維持在0.4至0.6之間。70年代能源危機後,各國為了進一步節約能源,降低油耗,都致力於降低空氣阻力係數。現在轎車的空氣阻力係數一般在0.28至0.4之間。
試驗表明,空氣阻力係數每降低10%,燃油節省7%左右。曾有人對兩種相同質量、相同尺寸;但具有不同空氣阻力係數(分別是0.44和0.25)的轎車進行比較,以每小時88km的時速行駛了100km,燃油消耗後者比前者節約了1.7L。

減少空氣阻力的方法

汽車加裝尾翼法它的主要作用是可以有效地減少轎車在高速行駛時的空氣阻力和節省燃料。汽車在行駛過程中阻力可分為縱向、側向和垂直上升3個方面的作用 力。根據測試,當一輛車以80公里/小時前進時,有60%的耗油是用來克服縱向風阻的。為了有效地減少並克服汽車高速行駛時空氣阻力的影響,人們設計使用了 汽車尾翼,其作用就是使空氣對汽車產生第四種作用力,即對地面的附著力,它能抵消一部分升力,控制汽車上浮,減小風阻影響,使汽車能緊貼著道路行駛,從而提高行駛的穩定性。汽車尾翼形狀尺寸是經過 設計師精確計算而確定的,不宜過大也不宜過小,不然反而會增加轎車的行車阻力或起不到應有的作用。新型塗料法美國 芝加哥市一家化學公司研製成一種可減少空氣阻力的新型塗料。這種塗料塗在物體表面,會在被塗復物表面上形成緻密的塗膜,在顯微鏡下觀看,塗膜的排列象流線形的魚鱗狀。把這種塗料塗刷在飛機、汽車、 火車或其他交通工具上,可以減少行駛時的空氣阻力,降低燃料消耗。研究表明,非常光滑的表面在氣流和水流中並不是最佳選擇。像鯊魚那樣有細微顆粒的皮膚實際上更有利於在水中滑行。同樣,這樣的皮膚應該比光滑的皮膚更符合空氣動力學原理。研究人員希望將來在汽車、輪船和飛機上塗上這樣“粗糙”的表層,減少阻力,節省燃料。 新型噴射系統法國 雷諾在第76屆 日內瓦車展(76th International Geneva Motor Show)上發表了 概念車“Altic”。該車配備了可減少空氣阻力的“Synthetic Jet”系統。該技術的專利由法國雷諾擁有,能夠調整高速行駛時從車頂脫離後在車輛後方形成亂流的氣流。該系統在車頂後端設計有寬2mm的縫隙,從車頂流入縫隙的空氣遇到嵌裝在縫隙內的振動膜時就會被間歇性噴射出去。這樣便可防止氣流脫離車頂、減小在車輛後方產生的亂流,從而達到減小空阻力的目的。在車速達到130km/h時,噴射系統耗電10W可減少15%的空氣阻力

空氣阻力的利用

降落傘

利用空氣阻力使人或物從空中安全降落到地面的工具。它廣泛套用於航空航天人員救生,空降兵作戰和訓練,跳傘運動,空投物資,回收飛行器和設備等。 降落傘按用途分為人用傘和物用傘。人用傘有 救生傘、 傘兵傘、 運動傘和備用傘。物用傘有投物傘、回收傘等。用以縮短飛機著陸滑跑距離的阻力傘,就其工作原理來說,也屬於降落傘。
據《 史記》記載, 利用兩個斗笠,從著火的倉廩上跳下,安全落地,說明當時已有人懂得利用空氣阻力減小物體從空中降落速度的道理。12世紀,中國已有人用兩把帶柄的傘從高塔“跳傘”成功的記載。14世紀, 中國雜技藝人用類似降落傘的裝置作 “跳傘”表演。15世紀, 義大利著名藝術家 達·芬奇曾畫了一個角錐形降落傘草圖,並作了說明。氣球的出現,促進了降落傘的發展。1783年,法國人L.S.勒諾芒研製了帶剛性骨架的降落傘。1797年,法國人A.J.加爾納蘭用降落傘從氣球上跳傘成功。20世紀初期,歐美一些國家先後發明能摺疊在傘包里、可由跳傘員手控打開的降落傘。1912年,美國人A.貝利第一次從飛機上跳傘成功。降落傘最初用於航空氣球救生。 第一次世界大戰期間,大約有800名氣球偵察員被救,大戰末期用於飛機救生, 第二次世界大戰中廣泛用於空降作戰,60年代用於航天員救生和太空飛行器回收。
降落傘一般由引導傘、傘衣、傘繩、背帶系統、傘包、開傘設備等組成。引導傘用於拉直傘衣、傘繩,使傘衣張開;傘衣用於產生空氣阻力;傘繩連線傘衣和背帶系統;背帶系統用於承受開傘衝擊力;傘包用來包裝引導傘、傘衣、傘繩;開傘設備用於封鎖和打開傘包。現代降落傘除少數部件用金屬部件製成外,大多用強度大、重量輕的化學纖維織物製成。傘衣形狀有方形、圓形、導向面形和翼形等。物用傘的傘衣面積,一般為幾平方米到90平方米,重型投物傘多用幾個傘組合而成。人用傘的傘衣面積通常為40~90平方米,下降速度一般不大於7米/秒,開傘衝擊力較小,下降穩定,操縱靈活,大都裝自動開傘器。70年代研製成翼型降落傘,傘衣為氣囊結構,面積約20平方米,傘衣張開後氣囊充滿空氣,展開呈機翼形狀,能產生一定升力,操縱輕便靈活,可獲得10米/秒左右的 水平運動速度。隨著航空航天事業的不斷發展,降落傘的使用範圍將日益廣泛,其性能將朝著更加安全可靠、輕便靈活的方向發展。

減速傘

減速傘也叫阻力傘,是用來減小飛機著陸時滑跑速度的傘狀工具。通常由主傘、引導傘和傘袋等組成,裝在飛機尾部的傘艙內。飛機著陸滑跑中,由飛行員操縱打開傘艙門,引導傘首先張開,將傘袋拉出,打開主傘,傘衣被拉出張開後可增大空氣阻力,向後拖拽飛機,使之減速,縮短滑跑距離

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