空氣動力學理論的案例
汽車中的空氣動力學
說到空氣動力學，大家往往都會覺得這是一個很學術，其學術研究成果和結論都被大量的應用在航空航天領域和賽車運動上。但其實不然，早在20世紀初期，汽車比剛發明不久的飛機速度還要快，早于飛機突破了時速兩百公里，這都是當時賽車的空氣力學比飛機更先進的證明。早在20世紀50年代第二次汽車變革之前，許多車廠就已經采用了人們常說的“流線型”造型車身造型設計，而這次變革之后，車身設計領域則可謂是百家爭鳴，百花齊放了，如魚形，船型，楔形，甚至火箭型，是的，沒錯，就是火箭型！
簡單介紹下前面提到的2次汽車改革19世紀末期，汽車剛被發明不久，極低的車速讓空氣阻力根本無法顯現，所以那個時候的汽車就是在馬車車廂上加裝發動機和操縱機構。隨著時間的推移，到20世紀初慢慢演變成廂型車，代表就是福特T型車（1908年誕生）。在此期間，科學界注意到了空氣阻力的影響，因此在1899就有人按照空氣動力學觀點設計了最早的汽車。可惜，上面的這些設計并沒什么實質性作用，阻力依然很大，也僅僅比廂型車強些。因為那個時候人們沒有意識到，車底的輪子對氣流的影響，還有地面對氣流的影響，所以想當然的應用這些基本流線型是行不通的。真正的轉機是在20世紀20年代以后，人們意識到地面效應的影響，把空氣動力學理論應用在汽車上，使汽車外形設計取得巨大的進步，出現了氣動阻力Cd為0.28的低阻汽車（1924的拉普勒）。這個時期的汽車的顯著特點是，車身呈半水滴狀，或者是兩個半水滴的組合結構。這種類型的優秀代表是1937年問世的太拖拉87型（Cd為0.36，是當時世界上最快的轎車）。后來大名鼎鼎的甲殼蟲就是以此為靈感設計的。既然流線型車造型優雅，空氣阻力也相對較小，為什么會被淘汰呢？因為流線型車有個很大的缺點，它阻力雖小，抗側風能力卻非常差。所以當人們發現問題后，就進入了船型車時代（20世紀50年代后）。
展開 不得不學的空氣動力學！ 附空氣動力學陳再新下載
Evija的空氣動力學設計
可是由于它采用碳纖維結構，它本身的重量只有1.68噸，這說明理論上講，它是可以倒立著懸在平的隧道頂部狂奔的。
當然，這只是理論上，大家千萬不要嘗試。還有一個原因是，這輛車價格在2000萬左右，絕大多數人也沒法嘗試。
從研究一杯水，一口氣，到一架飛機，一輛跑車。科技正在越來越快的改變著世界。孔子說：學而時習之，不亦說乎。有許多人把“習”理解成復習。我倒覺得，理解成實踐更好。科林查普曼把他學到的空氣動力學知識用到了汽車上，并且創造了超一流的跑車品牌路特斯，這是一件多么快樂的事啊！
下載地址：空氣動力學陳再新
展開 空氣動力學 | 豐田借力仿真穿越天地之間
2017年，中江團隊首次在比賽前測試了他們關于飛機空氣動力學的理論。
飛機空氣動力學結果有利于汽車設計
在飛機領域，空氣動力學分析通常在靜止狀態下進行，因此讓航空競賽團隊將汽車仿真中使用的知識和專業技巧應用于飛機競賽設計確實是一大挑戰。
部分問題在于空氣速度的差異。
飛機速度非常快（螺旋槳飛機以每小時350公里的速度飛行），而汽車速度很慢，以每小時100公里的速度行駛。此外，飛機是流線型的，而汽車則不是，所以其基體周圍的空氣流動是完全不同的。這意味著研究人員無法準確計算空氣動力，除非他們能夠再現空氣的流動（尤其是在湍流條件下）。
機翼的空氣動力學仿真
幸運的是，目前有大量關于飛機機翼的實驗數據，因此中江團隊可以選擇適當的湍流模型開展飛機應用分析。
該團隊仿真了不同運動導致的不同的空氣動力，他們采用高性能計算機進行復雜的計算、編譯數據、可視化，并與航空競賽團共享。
在航空競賽期間，團隊對飛行技術進行測試，分析他們所記錄的數據，然后對更新的技術進行迭代測試。一位參賽對手甚至注意到室屋盤旋半徑更大而其總時間卻減少了。
航空競賽結果給新雷克薩斯汽車帶來了靈感
豐田/雷克薩斯從此經驗中獲益匪淺。
“我學會了如何控制渦流，從氣動阻力的角度而言，有必要避免產生渦流，”中江說道。
展開 車企都在“吹”的空氣動力學究竟是什么？ 附空氣動力學基礎劉沛清下載
很多人第一次聽到空氣動力學這個詞時，或許會比較頭痛，感覺進入到了一個玄之又玄的領域。畢竟在大家印象中，空氣動力學大多與飛行器有關，比如飛機、火箭、戰斗機等等。但其實，空氣動力學其實距離我們日常生活很近。
從字面理解，空氣動力學解決的就是如何讓物體在空氣中保持更高效運動的科學。因此，一切需要運動的物體，就比如，跑步中的人、騎行中的自行車，甚至是行駛中的高鐵、汽車等，想要保持更快速、更省力、更節能的運動，都與空氣動力學息息相關。
當然，雖然空氣動力學對汽車領域非常重要，但在汽車百年多發展歷史中車企真正開始研究空氣動力學的歷史并不是特別長。我們都知道早期的汽車造型都非常方正，沒有任何流線型的設計概念，而一直到20世紀中葉以后，車企才開始重視起汽車空氣動力學的設計，而在汽車空氣動力學中需要解決的兩個問題就是風阻和升力。
車企為何愛吹噓“風阻系數”
在力學中，空氣動力學其實是流體力學的一個分支，空氣也被認為是流體的一種。而我們都知道，流體密度越大，對任何通過它的物體形成的阻力就越大，汽車在高速行駛中所遇到的最大阻力就是“風阻”。風阻形成了一個平行于車輛行駛平面的力，阻礙汽車運動，而且這個阻力也會隨著車速變快而變大，風阻變大也意味著油耗越高、車輛最高車速也降低得越多（發動機功率輸出保持恒定的情況下）。
同時一輛車想要保持更高時速，那背后所需要解決的技術難題也成幾何數增長，這也是為什么當布加迪Chiron創下490km/h時速記錄時，會引起那么大關注的重要原因。當然，如果你無法理解，那么以F1賽車為例會更容易想象背后的難度。
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關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
展開 關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
展開 空氣玩家JIM HALL 空氣動力學黑科技的故事
Chaparral系列車型的問世改變了汽車運動的發展方向，Jim Hall作為一個工程師，用創造性的思維處理問題，大膽實踐有條不紊，Jim Hall是將空氣動力學運用在汽車運動領域的先驅者。
空氣動力學優化方法
研究人員發現，通過粒子群算法很容易實現空氣動力學解算器，并且不需要價格高昂的存儲器，僅通過簡單的數學運算就可以實現計算。
典型的氣動優化粒子群算法結構示意圖
模擬退火是一種基于熔融金屬物理冷卻過程的隨機逐點優化算法。在空氣動力學領域主要運用于發動機進氣道擴壓器設計、收斂擴張噴管和超音速軸對稱噴嘴。
非梯度法的模型魯棒性很優秀，不需要目標函數連續就能可靠地找到全局最優點；其缺點是研究人員要付出更多的時間在數值計算上。
論文作者S.N.Skinner和H.Zare-Behtash指出，對于有效的空氣動力學優化，我們必須深刻理解以下幾個問題：參數化設計空間的范圍；設計變量的類型（離散/連續）；單目標優化亦或是多目標優化；優化的約束條件；設計空間的屬性（局部最優化/全局最優化）。將數學優化問題與空氣動力學相結合還有很多工作研究需要進行，從幾何參數化，最優化問題如何定義函數，最優化算法，到如何嵌套調整優化算法都是重要的考慮因素。
展開 剃腿毛與空氣動力學
時間追溯到1987年，自行車空氣動力學先驅工程教授切斯特·凱爾（Robert Kyle）研究發現腿部剃刮減少了0.6％的阻力，換算下來是37km/h的時候節省5秒鐘。
似乎并沒有什么卵用，基于風動測試的昂貴價格（500美金/小時），后續就很少有團隊愿意為這件事花錢了。
20多年過去了，2014年閃電的兩位空氣動力學家馬克·科特（Mark Cote）和克里斯（Chris Yu）在為托馬斯做空氣動力學改善的時候，偶然間發現：
相同的速度下，托馬斯剃腿毛后阻力減少了約7％，節省了15瓦功率，相當于40km/h時速可以1小時節省79s。
這是一項難以置信的發現，Mark立刻找到其他五名測試者，結果毫無意外：這五位測試者在剃腿毛之后節省了50到82秒不等。
包含托馬斯在內的六位測試者的測試圖表：
在這種情況下，Mark聯系到了1987年時對腿毛做空氣動力學測試的凱爾，了解到了當時的實驗情況：只是對一條粘毛和不粘毛的假腿進行了測試。
似乎6位車手的抽樣調查并不足以完全說明問題，不過理論支持也是有的：NASA研究員Rabi Mehta博士在2000年的時候研究發現，一個網球的絨毛對速度的影響安全超過了球本身的大小或者重量，而腿毛則更像是網球的絨毛。
在正常情況下人類是永遠不可能達到網球的時速，但是，腿毛對速度的影響已然已經不在是30年前0.6%的認知了。
下面是關于測試的視頻：
寫在最后
剃腿毛本是一件看起來很Euro Cool的事，在歐洲甚至有一種說法，刮腿毛和曬痕是自行車運動員的標志。
但是，這絕對不是一件強制性的事情，每個國家的文化風俗不同，美國的鐵三運動員們就有不少選擇不剃腿毛。
展開 空氣動力學優化方法
研究人員發現，通過粒子群算法很容易實現空氣動力學解算器，并且不需要價格高昂的存儲器，僅通過簡單的數學運算就可以實現計算。
典型的氣動優化粒子群算法結構示意圖
模擬退火是一種基于熔融金屬物理冷卻過程的隨機逐點優化算法。在空氣動力學領域主要運用于發動機進氣道擴壓器設計、收斂擴張噴管和超音速軸對稱噴嘴。
非梯度法的模型魯棒性很優秀，不需要目標函數連續就能可靠地找到全局最優點；其缺點是研究人員要付出更多的時間在數值計算上。
論文作者S.N.Skinner和H.Zare-Behtash指出，對于有效的空氣動力學優化，我們必須深刻理解以下幾個問題：參數化設計空間的范圍；設計變量的類型（離散/連續）；單目標優化亦或是多目標優化；優化的約束條件；設計空間的屬性（局部最優化/全局最優化）。將數學優化問題與空氣動力學相結合還有很多工作研究需要進行，從幾何參數化，最優化問題如何定義函數，最優化算法，到如何嵌套調整優化算法都是重要的考慮因素。
展開 【技術】AICFD助力汽車空氣動力學設計
概述
隨著汽車工業發展與汽車行駛速度日益提高，汽車的空氣動力學亦愈來愈受到重視，優秀的空氣動力學設計不但可以達到高效節能的目的，還能夠減少噪音、提高車輛的平順性和行駛穩定性，提供更強的安全保障。如今，它已經不是航空航天領域的專利，而是現代工業設計必不可少的元素之一。
汽車空氣動力學研究主要有兩種方法：一種是進行風洞實驗，另一種則是利用計算流體動力學（CFD）技術進行數值仿真。相比風洞實驗，CFD數值仿真有著可再現性、周期短、成本低，以及全面且豐富的流場分析功能等優點。隨著計算機性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，通過數值仿真，在產品開發的初期就確立設計方案。外流場空氣動力學仿真計算作為CFD的一個方面，在現代汽車設計中扮演著至關重要的角色。
AICFD軟件介紹
AICFD 是由天洑軟件研發的一款智能熱流體仿真軟件，它實現對流動及傳熱的快速智能仿真。
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汽車空氣動力學分析2 ￥10
空氣速度為 30 m/s（更新），使用的湍流模型為 SST。網格由大約 350 萬個元素組成。汽車表面四周采用6棱鏡層。使用 ANSYS CFX 執行穩態仿真。
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*采購近兩期發行的期刊
四等獎
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包含：空氣動力學、航空航天技術概論、飛機空氣動力學、近代空氣動力學（湍流）等等
航空航天行業官方前沿資料
領取方式
活動時間：截止至11月30日
抽獎形式：小程序抽獎，即開即抽即兌獎
目標人群：航空航天行業
活動費用：免費免費免費！！
參與方式：微信掃碼下方小程序碼，參與抽獎（手機端保存圖片）
額外福利：已參與抽獎用戶還有機會參與二次抽獎哦~
隱藏福利
二次抽獎
參與第一次抽獎的用戶沒有抽到自己心儀的獎品？
還有第二次機會！！！
展開 空氣動力學車身 F1概念車 ￥8
使用 SolidWorks 進行參數化建模，基于 F1 設計理念的空氣動力學車身
- 具有多單元輪廓的前后翼組件 -
懸架系統布局（雙叉臂式、推拉桿式結構）
- 底盤布局和組件集成
- 精確的車輛比例和工程細節 -
用于可擴展性的結構化特征樹和裝配層級。
該 CAD 模型適用于：
- CFD 分析（外部空氣動力學和流動相互作用）
- 結構和運動仿真
- 設計優化和學術研究
- 經過少量 DFM 調整后用于增材制造/3D 打印
- 可視化和工程作品集應用
本項目的目標是在專業的 CAD 環境中應用賽車工程原理，同時培養高級曲面建模、裝配設計和面向分析的設計工作流程方面的能力。
這是一個非商業性的教育工程概念模型，僅用于學習、分析和作品集展示。??
展開 空氣動力學魔法，機翼的故事
從20世紀20年代到40年代，航空工程方面的進步導致了更有力、更復雜的機翼的出現，而且在這些機翼上采用了現在為我們所熟悉的增升裝置和現代化的空氣動力學剖面。盡管如此，機翼在翼展、安裝角和幾何形狀方面的改變仍在不斷涌現。對某些人來說，其最終的目標是取消除機翼之外其他所有的翼面，或者是取消全部或部分的機翼。
空氣動力學戲法
自20世紀40年代后期以來，空氣動力學方面的進展以越來越快的速度加速發展著，在結合了新的要求之后，現代工程學方法和材料打造出了全新的機翼結構。當時，精巧的增升裝置被安裝到了機翼的前緣和后緣上，以便在飛機著陸的過程中發揮作用，其中縫翼和襟翼可以像魔術師袖筒里的手帕那樣折疊起來。
機翼上的一些“副產品”已經變得相當復雜了。道格拉斯公司的C-47“笨鳥”（Gooney Bird）運輸機那厚厚的機翼可以讓飛行員永遠穿行過寒冷、潮濕的云層，用氣動除冰套除去凝結的冰塊（譯者注：除冰套安裝于飛機機翼前緣，由多層橡膠組成，內部有可以充氣膨脹的腔體，平時是薄薄的一層，緊貼在前緣表面，工作時充氣膨脹，撐裂前緣表面的積冰）；而一些現代化的機翼──如法國宇航/阿萊尼亞（Aerospatiale/Alenia）公司研發的ATR-42型飛機的機翼──的效率是如此之高，以至于即使是生成了很小的一塊冰也會發生致命的危險。
安裝在機翼前緣的氣動橡膠除冰套的工作原理示意圖
另一方面，隨著機翼的復雜性越來越高，有時偶爾也會讓人們回到早期發明家們提出的一些理念當中──這些理念在當時由于技術、機械甚至政治上的原因而沒能實現。
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