流體是力學的一個分支,是研究流體(包括氣體、液體和等離子體)現象和相關機械行為的科學。
流體力學根據研究對象的運動方式分為流體靜力學和流體動力學。 流體力學按其應用范圍分為空氣動力學和水力學。
流體力學必須滿足以下條件:質量守恒、能量守恒、動量守恒和連續介質假設(對于空氣動力學非常重要)。
1. 浮力
流體力學的研究至少可以追溯到古希臘時代,當時阿基米德研究流體靜力學和浮力。 他在《論浮體》一書中提出了阿基米德定律。 本書被認為是第一本專注于流體力學的著作。
01.阿基米德浮力原理
古希臘城邦錫拉丘茲的海倫二世國王讓一位工匠制作了一頂純金王冠。 為了驗證是否是純金,他請阿基米德測試。
阿基米德在洗澡時看到浴缸里的水溢出,得到了靈感。 他把王冠和等重的純金放在兩個盆里。 他發現皇冠盆里溢出的水比另一個盆里的水多,這證明皇冠的體積比同重量的純金大,即密度不同,這揭示了皇冠上混有其他物質(銀)。
后來,阿基米德發表了著名的《論浮體》,根據漂浮在水中的各種固體的比重變化來確定其位置,并闡述和總結了后來舉世聞名的阿基米德浮力原理。
阿基米德發現的浮力原理奠定了流體靜力學的基礎,使人們對物體的下沉和漂浮有了科學的認識。
阿基米德定律公式:F浮力=G排開液體(物體在液體中獲得的浮力=物體排開液體的重量)。
02.浮力原理
地球上的浮力來自重力。 沒有重力,就不會有浮力。 浮力是重力的另一種形式。 使浸入液體中的物體垂直向上提升的力稱為浮力。
產生浮力的原因:液體受重力影響,在不同深度有不同的壓力。 由于浸沒在液體中的物體上下表面之間的壓力差而產生浮力。
產生浮力的主要因素: 1.物體浸沒在液體中的體積; 2.液體的密度。 3. 當重力=浮力時,物體漂浮在液體上。 例如,船和水都受到向下的力,但由于密度和結構,水將船擠壓到上面。
03.浮力的應用
1、木頭浮在水面上是因為木頭的密度小于水的密度。
2、由于鋼制船的船體是中空的,所以排開的水體積增大,受到的浮力增大。 此時船受到的浮力與自身重力相等,因此可以浮在水面上。 船舶的浮力通常用排水量(滿載時排開的水的質量)來表示,即排水量=船舶本身的質量+滿載時貨物的質量。
3、潛入水中的潛艇無論潛多深,排開的水量都保持不變,因此潛艇所受到的浮力也保持不變。 潛艇的漂浮和下沉依靠壓縮空氣來調節水箱中的水量。 來控制自身的重力。
4. 在熱氣球中,氣球內的空氣被燃燒器加熱,導致氣球內的空氣體積膨脹,密度低于氣球外的空氣,從而產生升空的浮力。
5、死海每100公斤海水中含有20公斤以上的鹽。 死海水的密度大于人體的密度,因此人體所受的浮力大于或等于人體所受的重力。 因此,人可以輕松地漂浮在海上。
6.煮餃子。 當餃子剛放入水中時,由于餃子受到的浮力小于重力,所以餃子會沉入水中。 當餃子快熟的時候,餃子內的空氣膨脹,體積增大,浮力也增大。 餃子剛剛出爐。
2. 電梯
牛頓的萬有引力告訴我們,地球上的任何東西都會在重力的作用下落到地面上。 船可以通過擴大排水量來克服重力并漂浮在水面上,但是物體如何獲得浮力并升到空中呢?
想要在空中飛翔,唯一的辦法就是利用空氣。 幸運的是,地球大氣層的密度足以承擔這項任務。
最簡單的辦法就是讓飛機比空氣輕,依靠空氣的浮力將其托起。 熱氣球和氦飛艇就是這種類型的飛機。 它們可以一動不動地漂浮在空中,但這不是飛行。
三國時期,諸葛亮被司馬懿困于四川平陽。 諸葛亮測量了風向,綁上寫有求救信息的紙燈籠,放在空中報告自己獲救了。 這就是孔明燈的由來,也是人類最早利用熱空氣產生浮力,使其比空氣重的技術。 物體被提升到空中的示例。
直到1903年12月17日,美國萊特兄弟才首次飛行了完全受控的自動力飛機,這種飛機比空氣重,可以留在空中而不著陸。 這是世界上第一架真正的飛機。 人類宣告戰勝了上帝的意志,可以像鳥兒一樣在蔚藍的天空中自由飛翔。
01.飛機靠什么飛上天?
鳥類和昆蟲通過拍動翅膀將空氣向下推來獲得升力。 飛行時,機翼上表面的氣壓低于下表面的氣壓。
風箏產生升力的原理本質上與飛機相似。 風箏本身有重量,會掉到地上。 它之所以能在空中漂浮、飛行浮力產生的原因,是因為它受到空氣的力量向上的支撐。 這種力稱為升力。 繩索的張力使其相對于空氣移動,從而獲得向上的升力。
直升機通過旋翼向下推動空氣來獲得升力。 升力作用在旋翼的葉片上,類似于固定翼飛機的機翼。
飛機通過使其機翼以前進速度與空氣相互作用來獲得升力。
02.什么是升力?
升力(lift),當流體流過物體表面時,會在其上產生表面力,這個力垂直于流體流動方向的分力就是升力,相反就是阻力與流體的流動方向平行。
如果流體是空氣,它產生的升力稱為空氣動力。 如果飛機想要起飛浮力產生的原因,它必須能夠產生克服自身重力的升力。
升力取決于相互關聯的因素,例如空氣的密度、速度的平方、空氣的粘度和空氣的可壓縮性。
升力取決于機翼的大小,大致與機翼面積成正比。 對于具有特定迎角的機翼,在特定流動條件下產生的升力系數(公式如下):
空氣動力學是航空理論最重要的部分之一,升力是空氣動力學的核心部分之一。 因為涉及的內容太多,而且還沒有任何理論能夠完整解釋升力這個物理現象,所以只能留到后面再討論。 一步步解釋。
03.飛機如何獲得升力?
上一篇文章解釋了飛機的機翼。 如果了解了飛機機翼的各種機翼輪廓,就可以了解升力與機翼之間的關系。
飛機的升力主要來自機翼上下表面速度差引起的氣壓差,但機翼上下表面速度差產生原因的解釋比較復雜。 一般的解釋是:升力的原理是機翼周圍圓周體積(附生渦)的存在,導致機翼上下表面的流速不同,因此壓力也不同,產生一個力垂直于相對氣流。 這種力稱為升力。
我學過太多關于升力的理論,解釋也各不相同。 我個人的理解是:機翼產生的升力主要依靠上表面的吸力,而不是下表面的正壓力。 一般情況下,機翼上表面形成的吸力約占總升力的60-80%,下表面正壓形成的升力僅占總升力的20-40%左右。 因此,不能認為飛機被懸在空中主要是空氣從機翼下方沖擊機翼的結果。
飛機升力的產生離不開機翼,但升力的實際產生卻非常復雜。 它與飛機的整體氣動外形、飛機的姿態以及飛機附近的氣流有關。
例如殲20的設計就是一個成功的例外。
2019年9月29日,我在河北滄州機場近距離參觀了殲20。 北航畢業的機械博士給我解釋:殲20采用升力體機身、鴨翼、側條帶、渦流控制技術。 機翼、后機身縫翼、弧形雙腹鰭和弧形全動雙垂直尾翼的一體化非傳統氣動布局。
看完后感覺:殲20的鴨式布局離機翼較遠,中間有邊條過渡。 它不僅可以利用不同氣動表面產生的多渦干涉來改善飛機的升力和阻力特性,而且可以有效增加鴨翼與飛機之間的距離。 重心距離提高了控制效率。
可以說,殲20是機身和機翼同時產生升力的飛機。 特殊的氣動布局設計讓我看到我國的航空工業已經開始突飛猛進,追趕世界一流水平。 看著殲20巨大的機身和矢量尾噴,就連董鑫也流下了激動的淚水。
3. 莊氏的空氣動力學哲學
2336年前的夏天,子秀剛滿36歲,他坐在宋代菏澤東明縣莊寨村西頭的老槐樹下,看著河里的魚兒和盤旋的鷹。天空。 他想知道為什么老鷹能在天上飛而不會掉下來,于是他的心也飛向了藍天。
于是,《北明有魚》的熱門文章草稿便油然而生。 這就產生了后來的美文【莊子. 逍遙游】
01.北明魚空氣動力學的哲學思考
《北冥魚》講述了大鵬、小、雪九的哲學故事,但也蘊含著關于空氣動力學的哲學思考。
莊子曰:北明有魚,其名鯤。 坤之大,不知有多少萬里。 它變成了一只鳥,它的名字叫鵬。 莊子認為老鷹還太小,只好造一個巨大的飛行物,讓它飛得更高更遠。 他給這架飛行器起了個名字叫“鵬”。 這大概就是彭的由來。
文中寫道:鵬行南明,水擊三千里,上涌九萬里,休六個月。 關鍵字是tuan,就是依靠的意思。 鵬之所以能夠飛行九萬英里、六個月,是因為它依靠風——空氣與機翼相互作用的升力,以及上升氣流的力量來飛行。 莊子非常明確地指出,利用空氣是人類飛向天空的唯一途徑。
莊子曰:氣浮水不稠,則不能載大船。 我們這里所說的是浮力原理的前提:F浮力=G來排開流體。 只有大江大海才能容納大型船舶的排水量。
莊子接著說:如果風的積累不厚,那么它的大翅膀就無法承載它。 這就是說,水如此,風亦如此。 如果風(氣流)不夠強,風箏可能無法飛翔。 尤其是這么大的一只大鵬,怎么能飛呢?
莊子也說:故九萬里,風吹而下,則為沛風。 大鵬的翅膀需要九萬里的風才能飛翔。 關鍵詞是“pei”,也有“依賴”的意思。 追隨潮流,必須依靠風的能量。 大鵬依靠風,展翅飛向藍天。 風在下,這清楚地告訴人們,要想飛翔,必須依靠風,即翅膀與空氣的相互作用。
這是中國最早的空氣動力學哲學思想。 哲學是思想的鑰匙。 只有掌握了這個關鍵,我們才能發展科學。
02.莊子哲學的啟示
莊子和老子都是道家思想的代表。 莊子的思想繼承了老子的道、自然、無為等思想。
但老莊之間還是有區別的。 莊子拋棄了老子思想中馬基雅維利主義的一面。 章太炎道:他的功力看似與老子一樣,但他的內心卻與老子完全不同……他不想讓老子的威力功力玷污自己。
如果歷代不是以儒家為中心,而莊子的哲學能夠在官場和市井中得到包容,自然科學也許會在中國得到很大的發展。
03.我不會嘗試我的舊技能。
紫云,我不會嘗試,這是老技藝了。
因為我目前正在上英語網課,個人理解有限,所以寫的文章都是復習時隨便拿的。 有沒有廢話? 壞方法? 我愿意被鞭打、被教訓,但我保證。
希望詢問并...
(謝謝閱讀)