瓦西里.康定斯基  城堡與教堂

我這半輩子都交給了流體力學，回頭想想，其他知識好像慢慢淡忘了，只有壓力系數Cp，成為我解決一切流體問題的法寶。

壓力系數Cp把流體統一了

如果沒有壓力系數Cp，我們使用具體的壓力。

我做完實驗告訴你測量的壓力是101000[Pa]，我還要附帶告訴你，這是在一個大氣壓的空氣中，飛行速度100[m/s]做的實驗。

你回去使用的時候，會打電話問：“速度快了一些是110[m/s]，壓力是多少？”，過一會你又會問：“在高空飛行，壓力是多少？”

這就是用具體壓力的麻煩。只要你飛得快一點、慢一點、高一點、低一點，具體壓力都會不同。這就意味著，你出發前要準備很多很多數據，才能夠覆蓋所有情況。

有了壓力系數Cp情況就不同了。

看看這個公式，壓力系數Cp是個無量綱參數。它減去了環境壓力，除去了密度，除去了速度。這是個與環境壓力無關、與密度無關、與速度無關的參數。

有了壓力系數Cp，你不用問我任何問題，回去用飛行速度、飛行環境參數自己算具體是多大壓力。哪怕你飛到水里、飛到高空，都可以用Cp換算出當時的壓力。

有了Cp的概念，我做實驗也方便了。我還可以在水里做個實驗，讓你拿去到天上用。因為水的密度很大，只要很小的速度就可以產生很大的壓力，方便測量。過去很多飛機機翼就是在水里做的實驗，現在高校里做流體研究也喜歡在水里做實驗。

反過來，我在空氣中做流體實驗，給你Cp，你也可以拿去到千米海底計算出具體的壓力。

壓力系數Cp是無量綱參數。這是不受具體場景限制，抽象的普遍適用的參數。

如果，一個流體工程師，告訴你Cp是多少的，這才是專業的流體工程師。如果他告訴你具體壓力是多大，你需要查一查他是否專業學流體力學的。

壓力系數Cp解釋流體現象

以高臺跳水為例，看看如何用Cp解釋跳水過程中的壓力變化。

密度：跳水運動員從高臺跳下，在空氣中的時候因為空氣密度很小，所以感受到的壓力很小。

密度：在接觸到水的一瞬間，接觸的介質空氣變為水，密度突然增加800倍，所以受到很大的沖擊。

速度：受到的壓力與速度的平方成正比，入水速度越快，跳水運動員受到的沖擊越大。

壓力系數Cp：這是跳水運動員入水時候的手形決定。跳水運動員都是優秀的流體工程師，他們設計出優良的手型，優化了壓力系數Cp分布，改變了入水壓力。

環境壓力：當跳水運動員進入水中后，如果繼續向深處扎下去，環境壓力越來越大，受到的壓力應當增大。但是水下阻力很大，減速很快，進入水中受到的壓力反而會減小。

用壓力系數指導設計

從這個公式看看，流體工程師可以做什么。

流體工程師的主要工作是設計航行器形狀。航行器的形狀只能決定壓力系數Cp分布，不能決定具體壓力有多大。

根據產品的要求，比如最低壓力、最高壓力的限制。我們用壓力系數Cp推算出，這個航行器適合飛多快，適合在多深的水里，適合在多高的天空使用。

例如，在水里航行最怕出現空泡，而空泡產生就是局部壓力太低。要防止出現空泡，可以用壓力系數推算出來，例如最低Cp是-0.8，那么在10米水深航行速度不能超過22[m/s]，否則就會出現空泡。你可以算一算，在這個速度具體壓力是多少？

反過來，也可以用航行要求推算出Cp應當是多大。還是這個例子，要求在10米水深，在22[m/s]速度以下航行不會出現空泡，推算出壓力系數Cp不得小于-0.8。

如果反推出來的壓力系數Cp你設計不出來，你可以要求更改航行器的使用場景。

總結：

壓力系數Cp是減去環境壓力、除去密度、除去速度影響的無量綱參數。

壓力系數Cp由形狀決定，具體的壓力大小由使用場景決定。

用壓力系數推算航行器適合什么場景使用，反過來推算，多大壓力系數才適合某使用場景。

注意：當飛行發生本質變化，例如亞聲速變為超聲速，層流變為湍流，同一個航行器的壓力系數Cp會變化，需要測量新的壓力系數Cp。