減阻
關(guān)注創(chuàng)建者：條山鎮(zhèn)董家二爺 創(chuàng)建時間：2021-03-10
減阻的實例教程
對注入氣泡后流動參數(shù)改變的研究
對速度為 10 節(jié)時不同注入流速的研究
不同大小注入孔的流動參數(shù)比較
船體減阻系統(tǒng)
詳細了解 2018 年采用杰出西門子軟件進行的一項 3D 數(shù)值研究，研究內(nèi)容是通過在船體之下注入氣泡來減少摩擦阻力。此外，研究人員還探索并比較了不同水速下不同注入流速的差別。
仿真結(jié)果
ALS 效果取決于可減小雷諾應(yīng)力和剪應(yīng)力的液體局部有效粘度和密度
ALS 效果同時還受船舶速度和空氣注入流速的影響，后者決定了氣泡是否聚并以及是否形成空氣層不同
大小注入孔的減阻值變化微乎其微
部分資料截圖
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展開 那就看看仿真的計算結(jié)果，裸車的，統(tǒng)計一下風(fēng)阻是338牛。加一排渦流發(fā)生器的車身阻力320N，渦流發(fā)生器所受阻力19N。
看這個結(jié)果，車身的阻力可能降一點，但渦流發(fā)生器本身還有阻力，加一起基本差不多，所以綜合看，渦流發(fā)生器對于時速100公里的汽車，減阻效果可以忽略不計。在飛機上之所以有效，和飛機速度快息息相關(guān)。
在統(tǒng)計結(jié)果時我還偶然發(fā)現(xiàn)個有意思的現(xiàn)象，就是加一排渦流發(fā)生器的汽車，升力居然減小了131N。
最后做個總結(jié)：汽車頂部鯊魚鰭是用來放天線增強車內(nèi)通訊信號用的，而做成渦流發(fā)生器的形狀，理論上能減阻，但實際由于汽車速度不高，基本沒有減阻作用。但一排渦流發(fā)生器放車上，對于減小汽車升力，防止汽車發(fā)飄有點作用，所以在高速行駛的F1塞車上時而能見到。
本期就到這啦，下期見，拜拜。
展開 圖1 典型民機阻力分解圖
要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步減少機翼阻力（更準確的說法是提高升阻比），一方面取決于新技術(shù)的成熟使得飛機設(shè)計能夠選用更有效減阻的氣動布局形式，如翼身融合；另一方面可以通過精細的氣動力設(shè)計和流動控制技術(shù)來減少干擾阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力以及激波阻力。由于機翼表面的流動形態(tài)有層流和湍流之分，層流區(qū)域的摩擦阻力遠小于湍流區(qū)域，因此通過層流翼型、層流機翼設(shè)計以及層流流動控制技術(shù)減小摩擦阻力成為機翼減阻重要的發(fā)展方向。據(jù)某自然層流機翼研究項目（TELFONA）評估，采用自然層流機翼可有效減阻10%以上，采用混合層流控制技術(shù)，以A340為例，減阻量可達到14%。Fokker100飛機加裝自然層流翼套的飛行試驗表明，層流機翼可以獲得15%的減阻量。相比于其他阻力的減小量（如由于橢圓升力分布已盡力滿足、展弦比受構(gòu)型限制，誘導(dǎo)阻力的減小余地很?。┒?，這樣的減阻量是極具誘惑力的。
因此，層流機翼一直作為最具減阻潛力的技術(shù)之一，吸引著飛機設(shè)計人員的關(guān)注。美國NASA于2009年10月1日啟動了為期5年、計劃投資3.2億美元的環(huán)保航空ERA計劃，將層流機翼和層流控制技術(shù)研究列為3大研究內(nèi)容之一。與此同時，歐洲清潔天空聯(lián)合技術(shù)計劃投資超過5億歐元開展層流機翼和具有被動和主動層流控制與載荷控制的智能機翼的研究。國內(nèi)在“七五”“八五”期間，由航空工業(yè)一飛院牽頭開展了民機自然層流機翼設(shè)計技術(shù)的預(yù)研，從“八五”開始，國內(nèi)不斷通過自主創(chuàng)新及國外研究機構(gòu)的合作的形式，在先進高效自然層流機翼設(shè)計、試驗及飛行驗證等方面進行了大量的研究工作?？v觀國內(nèi)外對民用飛機新概念布局和先進設(shè)計技術(shù)的研究，無一例外都將層流機翼技術(shù)列為其中重要的內(nèi)容，可見該項技術(shù)在未來民機的研制中具有重要的價值。
展開 二、激波阻力的減阻設(shè)計
問：超音速飛行器設(shè)計盡量減小端頭尺寸，即使如此也會產(chǎn)生激波。激波本身是高能量載體，是不是飛行器設(shè)計時要避免激波“打”到飛行器，尤其避免打到翼或舵等部位。
激波不是高能量載體，但是我們要避免激波“打”到飛行器。
避免激波“打到”飛行器的表面，很重要。如果激波打到你，說明你已經(jīng)探出頭了，撞擊到了激波外靜止的空氣，在你的臉上產(chǎn)生新的激波。
翼、舵等部位，不得不探出頭，獲得反擊力，改變飛行器的方向，或者產(chǎn)生額外的升力。一不小心就撞擊到激波外的空氣，舵與空氣撞擊出什么事情，它也沒辦法，這是它的使命和宿命。
問：可以采取氣動撐桿設(shè)計手段嗎？長征火箭的逃逸塔是否也起到了氣動撐桿減租的作用？
長征火箭的逃逸塔，當(dāng)然是為了救命。幸好中國的火箭一直都沒有用到逃逸塔，我們的宇航員都很安全地上天，又安全地落地。逃逸塔也許真的一物兩用，既保證宇航員安全，又可以減阻。
氣動撐桿好比在飛行器的前方打開一把雨傘，將激波頂?shù)角胺?，讓飛行器“躲”在激波的陰影區(qū)里。氣動撐桿的迎風(fēng)面積很小，受到的阻力很小，以較小的面積頂在前面，承受第一波打擊，打開一條通道，較大的飛行器躲在后面，受到較小的阻力。這是氣動撐桿減阻的原理，一種奇妙的減阻方法。
你愿意四周的空氣是靜止的，還是已經(jīng)被頭車帶著向前跑的空氣？氣動撐桿就是車隊開道的頭車。
三、對激波的利用
問：神舟飛船大鈍頭設(shè)計，這種設(shè)計再入時會產(chǎn)生激波阻力，從而把大部分能量轉(zhuǎn)化為激波能，降低放熱的壓力，最為關(guān)鍵降低了飛船的速度，有利于低速著陸。類似圓錐外形的神舟飛船是不是也躲開了激波對飛船的打擊？
飛船要返回地球，進入大氣層的時候速度很快。所以飛船要阻力越大越好，快點將返回的速度減小。
飛船的設(shè)計目標與飛行器相反，要產(chǎn)生更強的撞擊，更大的阻力，更快地減速。
展開 盡管如此，高超聲速飛行器依然面臨著降熱、減阻、控制、進氣道起動等一系列難題，激波、激波與邊界層干擾、邊界層轉(zhuǎn)捩、湍流邊界層、流動分離等復(fù)雜流動現(xiàn)象極大地影響了飛行器的氣動性能與熱防護系統(tǒng)設(shè)計。清晰地認識高超聲速飛行器近壁典型流場的精細結(jié)構(gòu)，并對其施加合適的流動控制，已成為航空航天領(lǐng)域發(fā)展研究的熱點與難點。
面對高超聲速復(fù)雜流動與控制這一世界性難題，國防科技大學(xué)主動流動控制與吸氣式推進動力前沿交叉團隊負責(zé)人羅振兵教授從多學(xué)科交叉中創(chuàng)新發(fā)展了高超聲速流動控制理論和方法，解決了傳統(tǒng)合成射流高速流場控制環(huán)境適應(yīng)性差、能耗大和控制力不足的難題，將合成射流從低速流場控制拓展到了超聲速/高超聲速流場控制。
近年，該團隊在超聲速/高超聲速、低速/亞聲速飛行器主動流動控制、防除冰、主動流動控制飛行控制技術(shù)等方面取得系列重要進展。利用NPLS技術(shù)系統(tǒng)研究了附壁三角翼超聲速層流繞流流場，獲得了復(fù)雜激波干擾、尾跡擬序渦的空間結(jié)構(gòu)和時空演化特征，建立了超聲速三角翼渦流發(fā)生器尾流區(qū)的流動結(jié)構(gòu)模型。相關(guān)研究發(fā)表在APL等期刊。
團隊提出了基于速度-溫度耦合控制的超聲速湍流邊界層減阻控制方法，耦合了傳統(tǒng)壁面吹氣控制與壁面加熱控制的優(yōu)勢，通過直接數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增加壁面吹氣的溫度可以在保持凈節(jié)能率的前提下大幅增加減阻率，達到1+1=2的控制效果。相關(guān)研究發(fā)表在PRF、AST上。
利用新型無源逆向等離子體射流控制超聲速鈍頭體弓形激波，典型模式下鈍頭體弓形激波脫體距離明顯增大，流場中存在典型的短穿透模式和長穿透模式，該方法通過電參數(shù)進行操控，無需額外氣源，最高平均減阻效果達25.82%。相關(guān)研究發(fā)表在PoF、CJA等期刊。
展開 
減阻的最新內(nèi)容
參考案例-分析方法-劇本動畫：評估車輛空氣動力學(xué)
參考案例-分析方法-高級渲染：光線追蹤
· 減阻 (Drag Reduction)：通過仿真分析車身外流場，優(yōu)化車身造型（如A柱角度、車頂曲線、后視鏡設(shè)計、車尾擾流等），降低風(fēng)阻系數(shù)（Cd值）。每降低0.01的Cd值，對燃油車和電動車的續(xù)航都至關(guān)重要。
流體仿真技術(shù)正在各個行業(yè)深度滲透，從航空航天全機氣動布局的減阻優(yōu)化，到核工業(yè)反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器的流動換熱分析；從石油化工管道的水合物生成預(yù)測，到水利水務(wù)領(lǐng)域的洪水四預(yù)模擬，精準的流體計算已成為高端制造研發(fā)的核心驅(qū)動力。
邊界層模型設(shè)置
案例：NASA和麻省理工合作開發(fā)D8概念機，采用后置發(fā)動機吸入機身上表面邊界層減阻。
未來，天洑軟件將持續(xù)深化與國內(nèi)外合作伙伴及行業(yè)用戶的協(xié)同創(chuàng)新，推動CAESES在船型優(yōu)化、節(jié)能減阻等關(guān)鍵場景的深度應(yīng)用，助力全球船舶工業(yè)加速向智能化、綠色化方向升級，共同構(gòu)建開放共贏的船舶技術(shù)生態(tài)。
它的重力加阻力是2.8牛，我也計算了原來的小頭同等區(qū)域重力加阻力是4.7N，也就是新模型可以給頭部減阻40%。就用它了。
下午我便拿到了3D打印的精心設(shè)計的整流罩。換個頭，嗯，這回看著就舒服多了。
來到發(fā)射場地，給動力倉注入水，加水量影響到飛行的高度，這是個經(jīng)驗值，多數(shù)情況可加動力艙體積的三分之一。然后加到7個大氣壓。架好底座，設(shè)置好回收降落傘。
如果既想減阻，又想保持穩(wěn)定性，也有平衡折衷的辦法，就是用這種介于輻條車輪和封閉輪之間的“刀輪”。
本期就到這啦。希望看比賽時，能幫你一邊看熱鬧，一邊看門道，下期見，拜拜~
至于溝槽的減阻機理，目前學(xué)術(shù)界普遍認為，是溝槽結(jié)構(gòu)有助于引導(dǎo)流體平滑地流過固體表面，抑制湍流旋渦在固體表面的橫向遷移，進而減小了阻力。
理論理解起來很復(fù)雜，我們用天洑國產(chǎn)流體仿真軟件AICFD做個計算直觀地看一下。
兩個水槽模型，一個底面是平板，一個帶有溝槽。計算水流過時底面所受阻力。
最后做個總結(jié)：汽車頂部鯊魚鰭是用來放天線增強車內(nèi)通訊信號用的，而做成渦流發(fā)生器的形狀，理論上能減阻，但實際由于汽車速度不高，基本沒有減阻作用。但一排渦流發(fā)生器放車上，對于減小汽車升力，防止汽車發(fā)飄有點作用，所以在高速行駛的F1塞車上時而能見到。
本期就到這啦，下期見，拜拜。
從高爾夫球的坑，我們的思想做一下延伸和拓展，既然表面有坑，可減小阻力，那么，鉛球、足球、籃球、乒乓球、甚至汽車、飛機、火箭、導(dǎo)彈是不是都可以做成帶坑的來減阻？
仿真設(shè)計：
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】通過CFD數(shù)值仿真，可得到三維魚類游動規(guī)律及其流場分布
【工程應(yīng)用】群體運動減阻、柔性體流固耦合數(shù)值仿真等
【創(chuàng)新貢獻】浸沒邊界法+FSI+自主代碼研發(fā)
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