空气阻力的计算
根据空气阻力的公式:F=(1/2)CρSV^2 计算.式中:C为空气阻力系数;ρ为空气密度;S物体迎风面积;V为物体与空气的相对运动速度.由上式可知,正常情况下空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积成正比,与速度平方成正比.在空气中如果速度达到2 M(马赫) 附近,由于空气的摩擦,开始出现气动加热现象.
空气阻力系数(Cd)
汽车的空气阻力系数是一种车型的重要参数.对新车型设计和车型改装来说,为减少空气阻力系数,以获得良好的汽车动力性和燃料经济性,是汽车设计者的一项重要工作.汽车在行驶中由于空气阻力的作用,围绕着汽车重心同时产生纵向、侧向和垂直等三个方向的空气动力量,其中纵向空气力量是最大的空气阻力,大约占整体空气阻力的80%以上.空气阻力系数值是由风洞测试得出来的.由于空气阻力与空气阻力系数成正比关系,现代轿车为了减少空气阻力就必须要考虑降低空气阻力系数.从20世纪50年代到70年代初,轿车的空气阻力系数维持在0.4至0.6之间.70年代能源危机后,各国为了进一步节约能源,降低油耗,都致力于降低空气阻力系数.现在轿车的空气阻力系数一般在0.28至0.4之间.试验表明,空气阻力系数每降低10%,燃油节省7%左右.曾有人对两种相同质量、相同尺寸;但具有不同空气阻力系数(分别是0.44和0.25)的轿车进行比较,以每小时88km的时速行驶了100km,燃油消耗后者比前者节约了1.7L.
减少空气阻力的方法
汽车加装尾翼法
它的主要作用是可以有效地减少轿车在高速行驶时的空气阻力和节省燃料.汽车在行驶过程中阻力可分为纵向、侧向和垂直上升3个方面的作用 尾翼
力.根据测试,当一辆车以80公里/小时前进时,有60%的耗油是用来克服纵向风阻的.为了有效地减少并克服汽车高速行驶时空气阻力的影响,人们设计使用了汽车尾翼,其作用就是使空气对汽车产生第四种作用力,即对地面的附着力,它能抵消一部分升力,控制汽车上浮,减小风阻影响,使汽车能紧贴着道路行驶,从而提高行驶的稳定性.汽车尾翼形状尺寸是经过设计师精确计算而确定的,不宜过大也不宜过小,不然反而会增加轿车的行车阻力或起不到应有的作用.
新型涂料法
美国芝加哥市一家化学公司研制成一种可减少空气阻力的新型涂料.这种涂料涂在物体表面,会在被涂复物表面上形成致密的涂膜,在显微镜下观看,涂膜的排列象流线形的鱼鳞状.把这种涂料涂刷在飞机、汽车、火车或其他交通工具上,可以减少行驶时的空气阻力,降低燃料消耗.研究表明,非常光滑的表面在气流和水流中并不是最佳选择.像鲨鱼那样有细微颗粒的皮肤实际上更有利于在水中滑行.同样,这样的皮肤应该比光滑的皮肤更符合空气动力学原理.研究人员希望将来在汽车、轮船和飞机上涂上这样“粗糙”的表层,减少阻力,节省燃料.
新型喷射系统
法国雷诺在第76届日内瓦车展(76th International Geneva Motor Show)上发表了概念车“Altic”.该车配备了可减少空气阻力的“Synthetic Jet”系统.该技术的专利由法国雷诺拥有,能够调整高速行驶时从车顶脱离后在车辆后方形成乱流的气流.该系统在车顶后端设计有宽2mm的缝隙,从车顶流入缝隙的空气遇到嵌装在缝隙内的振动膜时就会被间歇性喷射出去.这样便可防止气流脱离车顶、减小在车辆后方产生的乱流,从而达到减小空阻力的目的.在车速达到130km/h时,喷射系统耗电10W可减少15%的空气阻力.
直升机主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成.普通固定翼飞机飞行浮力源自固定在机身上的机翼.当定翼飞机向前飞,机翼与空气的相对运动产生向上升的浮力.直升机的浮力也来自相同的原理;但是直升机上的机翼并不是固定在飞机上,随著飞机向前运动;而是在机顶上旋转.所以直升机上的螺旋桨其实是旋转中的机翼,故称为“旋翼”.当旋翼提供浮力的同时,也会令飞机与旋翼作相反方向旋转,必须以相反的力平衡.旋翼在做圆周运动时,由于半径的关系,翼尖处的线速度可以接近音速,但圆心处的线速度为零!所以旋翼在靠近圆周的地方产生最大的升力和推力,而在靠近圆心的地方实际上已经类似风车甚至失速状态,非但不产生升力和推力,还产生阻力.旋翼桨叶在圆周转动中,两侧产生的升力不均匀,可以使直升机在飞行中向一侧迅速翻滚,必须加以补偿.另外桨叶在左右两侧和空气的相对速度之差还带来对直升机飞行速度的限制.用旋翼产生推力时,直升机的前飞速度不可能超过旋翼翼尖的线速度.另外,由于旋翼前倾才能产生前飞的推力,阻力在倾斜的旋翼平面上形成一个向下的分量,造成速度越大、“降力”越大的尴尬局面,必须用增加的升力来补偿,白白浪费发动机功率.这些原因使得直升机的速度难以提高.多数做法是以小型的螺旋桨在机尾作相反方向的推动,也有新型直升机是靠在尾部吹出空气,用附壁效应产生的推力平衡,好处是大幅减少噪音,而且也可以避免尾部螺旋桨碰损的可能性,提高飞机安全性.部分大型直升机则使用向不同方向旋转的旋翼,互相抵消对机体产生的旋转力.