空气动力学发展史论文

空气动力学对车身稳定性，燃油经济性和表面尘埃有影响。当一个物体穿过空气时，会使周围的空气发生位移，同时该物体会受到重力和阻力的影响，因此阻力会由固体穿过流质（比如空气或水）的过程中产生。

当物体加速时，其速度和阻力同时增加，速度越快，阻力越大，也就是说车速越快的话车身所面临的空气阻力越强，而且是以成倍的速率增长，最终阻力将与重量相等达到一个平衡点，此时物体将无法继续加速。

车在市区等一些低俗行驶的环境时，基本上的马力用在了对抗地心引力，在高速公路等高速行驶环境下，更大的是对方风阻。把空气想象成薄层的话，当气流经过车身时保持流线状态，说明空气阻力对车身的影响较小。

一旦这种流线气流被打破并与车身轮廓分离便会产生乱流，从而产生空气阻力。其实最理想的低风阻形状是类似水滴的圆滑造型，头部圆滑而尾部尖细。理论上，这种水滴造型的Cd风阻系数只有0.05。

扩展资料

在研究车辆的空气动力学时，工程师不仅会研究车体表面的空气流通情况，同时还需考虑车底气流的通过状况。简单的说，越规整的车底，其车底的空气阻力和升力也会越小。这也就是为什么大家看到很多赛车和豪华车的车底都是一整块平面（也起到一定的保护作用），否则可能会造成翻车等事故。

其中最常见的就是发动机盖导流槽、翼子板导流板、前后下包围、侧裙板等这些设计，说它们能简单有效地引导气流，减小空气阻力。

要说空气动力套件还要从车辆的空气动力学讲起，当汽车行驶时，汽车周围的空气流动会对车辆产生各种各样的影响，空气能对汽车产生阻力、消耗能量、影响行驶稳定性；但另一方面，车辆的发动机、刹车等主要部件冷却又需要空气。除此之外包括气流的噪声，车身外表面的清洁，各种覆盖件的震动，甚至还有雨刷性能都会受到空气气流的影响。

当汽车高速运动时空气的作用就很可观了，如果设计的不好就可能发飘。于是就有了尾冀来增加下压力。下压力过大又会造成动力浪费。

简介

卡尔·弗里特立奇·本茨（Karl Friedrich Benz，1844年11月25日－1929年4月4日），德国著名的戴姆勒－奔驰汽车公司的创始人之一，现代汽车工业的先驱者之一，人称“汽车之父”、“汽车鼻祖”。

汽车在改变我们的生活，它在带给我们极大便利的同时，的确也带来了一些烦恼。

但是，生活就是这样，对任何生活方式的评价都是相对的，没有绝对的好与坏。

这是一种观念，一种态度，更是一种文化哦。

编辑本段发展

1890-1920 马车过渡到汽车，金属车身出现1885年，德国工程师卡尔·本茨制成了世界上第一辆三轮车，并于1886年1月29日申请并获得了发明专利，所以，1886年1月29日被认为汽车的诞生日。

几乎同时，,德国工程师戈特利布·戴姆勒也成功研制成一辆公认的以内燃机为动力的四轮汽车.1894年奔驰velo是最早的量产汽车. 材料方面,1900年,金属车身获得专利,但主体结构仍是木材和连接（以前是这个“他”）它们的钢材.二十世纪初,JOHN PIERPONT MAN创建了美国钢铁公司,为迅速成长的汽车工业提供充足原料,1914年Edward G budd 发明了全金属车身.同年道奇公司生产了第一辆全金属汽车.1918年意大利蓝旗亚公司也开始生产全金属汽车.非承载式车身向承载式车身转变,汽车不再是底盘和车身的简单叠加,而是成为整体. 技术方面,1890年panhard levassor公司(法国)制造的第一批汽车为后来汽车设定了很多标准并沿用至今.如前置发动机后轮驱动布局和最早的变速器.1904年panhard levassor又对汽车布局做出了注解,包括发动机舱罩的身高和乘客座位的降低等,勾勒出了现代汽车雏形. 颜色方面,早期汽车只有黑色,1924年庞蒂亚克前身oakland公司与杜邦油漆公司合作,推出了第一辆彩色汽车(蓝色). 代表车型 1886 戈特利步.戴姆勒四轮汽车 1890 Systeme Panhard四轮汽车 1914 道奇Brotherrs 1922 蓝旗亚Lambda 1925 奥迪18/70 hp type M型

编辑本段1920年-1950年 哈利·厄尔时代

德国发明了汽车,美国则把这个行业带入了艺术设计的圣殿,而哈利厄尔则是有史以来最伟大汽车设计大师,对现代汽车的影响不可估量. 哈利厄尔进入通用公司,1927年设计出凯迪拉克 *** lle,哈利厄尔时代开始.它有圆润的线条,锥形的尾部,修长低矮的轮廓.1928年哈利厄尔在汽车设计中加入了镀铬装饰.三十年代开始,他建立的艺术色彩使通用汽车逐渐成为最强大的汽车帝国.1938年.他,设计出世界上第一款概念车别克Y job.船型车身,复杂曲面构建的流线型车身都是此后几十年厂商模仿的对象.Y job还第一次引入黏土模型技术,使汽车外形更加灵活.该技术一直沿用至今.1947年,凯迪拉克seda用银光闪闪的镀铬装饰和漂亮的尾鳍征服了世人是哈利厄尔将汽车从单纯的交通工具变成了艺术和时尚.

编辑本段1930年-1950年 流线型与船型车身

20世纪30年代的大萧条到二战结束的20年,是汽车设计向现代化转变的重要时期,由美国人独占鳌头的汽车设计领域也加入了欧洲人.欧洲在流线型设计方面走在前面.意大利giuseppe merosi1913年为count ricotti公司设计的汽车是流线型的最早期作品,paul jaray第一次开始了风洞实验并获得了美国专利. 由于经济不景气,美国制造商也认识到空气动力学在节省燃料方面的重要.流线型在30年代几乎就是时尚的代名词.车头变宽,将轮胎包入,前大灯陷入车头,挂在车尾的独立式行李箱也与车尾融为一体,奠定了现代三厢轿车的雏形,完全摆脱了马车的影子.1934年克莱斯勒airflow采用了更轻的承载式车身,达到了54:46的前后轴质量分配(当时同类产品为30:70)大幅提高了操控. 但习惯了浮夸风格的美国人并不甘心完全屈从于空气动力学,因为这让车看起来过于相似,不利于 *** 消费.到了40年代,流线型潮流如时装一样褪去.以别克J job为代表的新型汽车拥有了高高隆起的鼻子和向下的车尾,成为船型车身. 这段时间中,欧洲制造商却在工程技术方面取得了长足进步,雪铁龙在三十年代就将独立式前悬架和前轮驱动技术大规模应用于轿车traction avant.为了降低自重,它还采用了来自赛车的承载式车身. 19世纪末,汽车的最高速度达到了50km/h,开放式车身向封闭式车身过度. 20年代是美国汽车产业的第一个爆发期,为了 *** 消费,通用汽车在1924年第一次推出了"年度改款",这在现在几乎被所有的大型汽车厂商使用. 代表车型 1927年 paul jaray的流线型汽车 1934 年克莱斯勒airflow 1934 年泰托拉T77 1934 年雪铁龙traction avant

编辑本段1940年-1960 年国民车

美国在第一次世界大战前就凭借福特的流水线生产模式进入汽车普及时代,而汽车在意,英,法,德等欧洲国家是二战后才大量进入家庭的,并在6,70年代进入高峰. 希特勒在二战前提出的"生产国民大众使用的汽车"思想使二战结束后欧洲车坛诞生了很多实用,经典的国民车,采用尽可能简单耐用的机械结构,而造型只是附属品. 大众甲壳虫,汽车史上划时代的经典,也是历史上生产周期最长的一款车(即使今天甲壳虫依然是时尚实用的代名词,虽然与当时国民车的理念有所背离),出自费迪南德.保时捷之手,1930年诞生原型车,1939年正式开始生产,简单耐用,便宜省油,迅速成为当时世界上最畅销的车.也奠定了大众汽车今后在汽车界的地位. 1948年法国雪铁龙2CV,1948年英国morris minor,1957年意大利fiat500,1959年英国mini,都是那个时期国民车的经典,也是汽车史上的经典.1950年-1970 年长尾鳍到短尾，coupe短暂兴起当时典型的美国汽车是火箭式车头,飞船式车尾.二战结束后十几年美国汽车爆发式增长是史无前例的,更大更好成为格调,性能的重要性变得稍逊于外表,舒适和款式变为最重要.而长尾鳍这是那个时代美国车的典型特征.后来,楔形车身,即短尾设计的运动汽车开始普遍.60-70年代的中置发动机跑车兰博基尼,法拉利,玛莎拉蒂,以及福特野马,克维特,道奇蝰蛇,都采用了长车头(放置排量巨大的前置发动机),短而宽阔的车尾(容纳巨大的车轮). 美国经济的强大以及意大利英国为首的欧洲小厂热衷表现美学功底,使追求运动气息的年轻人开始追求coupe车型.阿斯顿马丁DB2,阿尔法罗密欧giulietta,,玛莎拉蒂A6和5000GT等,都是那个时代的经典.70年代后,石油危机爆发,人们逐渐失去对coupe的热情转向经济实用的小型车,尤其是日系车.

编辑本段1970年-1990年 平面直角和多元化

1974年是个重要的年份,马里奥.甘地尼设计的兰博基尼countach和乔治罗亚设计的大众高尔夫都在这年诞生,它们采用的直角造型降流行数十年的曲线美学无情抛到了一边.此 后几年乔治罗亚有设计出类似的fiat熊猫和兰西亚delta等.他们的出现改变了很多设计师的思维模式,同时也是对当时汽车零配件工艺的一种妥协,我们都知道要准确制造几个使用不同材料构成的带有复杂线条和曲面结构的零件并完美组合在一起的难度要远远高于搭几块 *** 积木.所以方方正正的造型能够在80年代异军突起,并被日本厂商发扬光大至90年代.其中最坚定的支持者非volvo莫属,70年代后期的240和后来的700.900,厂商希望方正的造型设计给驾驶者带来安全的心理暗示. 20世纪70年代受石油危机影响,80年代财政相对困难,汽车开始向多样化的实用性发展.来自军用,农用,远征等领域的设计,凭借特别"缺少风格"的怀旧情结和强烈的实用性特点,在汽车界掀起波澜并在后来成为时尚.最能体现这种转变的美式吉普逐渐成为40年代以后美国人文景观的一部分.1974年,第一辆切诺基诞生,成为吉普汽车史上最为成功的系列.但受到石油危机的影响,人们开始关注更精巧,外观更像轿车的运动多用途车.1984年新切诺基问世,吉普把以前的粗犷越野车变成了一种时尚都市汽车.同时期诞生的路虎揽胜则抓住了高端市场.80年代开始,MPV诞生,1983年11月克莱斯勒第一款也是全球第一款厢式旅行车-大捷龙问世,与以往面包车不同,这种车在为乘客提供更大空间的同时,还具有轿车般的安静舒适.MPV旋风至此从北美延伸至全球.雷诺espace则是欧洲第一款MPV.90年代,雪弗兰卢米娜和丰田大霸王也加入阵营.

编辑本段1990年-present 分裂的时代

"百家争鸣,百花齐放",现代经济发展迅速,人们更加追求个性,更加挑剔,思想更加多元化,这也导致多种风格同时涌现. 其中之一经典主义.其中又包含多种层次.一层是设计师本身对于过去经典的缅怀与尊敬,另一层是设计师力图在原来的经典车型中赋予自己的色彩,还有试图使用经典车型为公司开辟一条新的道路.各自代表分别为大众新甲壳虫,mini,和克莱斯勒PT漫步者. 另一分支是新经典主义,传统是要遵循的,但更多的还是要在这个基础上创新.90年代末宾利和劳斯莱斯分别被大众和宝马收购,随后在全新设计团队的操作下推出的欧陆GT和幻影虽然有着全新的面貌,但是依然有着对传统的尊重,这才换来其能够继续壮大 更为重要的,边锋主义和流线主义,他们虽然各有特点,但是设计中却摆脱不了对方的影响,可以说你中有我我中有你. 边锋主义(new edge)设计理念被普遍认为从福特GT90开始.宽大的曲面,尖锐的圆角,过渡凌厉,线条果断而富有张力,区别与圆润流畅的造型风格,设计上更注重线条层次感,这种对于线条强调的设计在视觉上会让人感觉车型尺寸更为宽大,针对小型车设计来说非常合适.所以颇受厂家欢迎,代表车型奔驰A级.可以看出,边锋主义的实施过程中依然摆脱不了流线主义,如果没有流线,设计出来的小型车只能是箱子一块,缺乏美感,当然,在边锋主义的影响下,流线主义的设计更为运动和时尚,这在90年代末出现的一些跑车上可以看出,比如第一代奥迪TT,福特雷鸟等,车型充满了气势和冲劲. 进入21世纪后,从现在的汽车设计趋势来看,最后边锋主义还是战胜了流线主义,不管是在内饰还是外部线条都追求极其硬朗的线条.这种线条可以让汽车看起来强劲有力,很安全,但缺点是它迫使汽车变得更长更宽更高.这可以从小车越做越大的状况上体现.但是这对于中大型车和跑车就非常合适,比较经典的如克莱斯勒300C,兰博基尼GALLARDO等.

空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。 空气动力学的发展简史 最早对空气动力学的研究，可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎方法得出：在空气中运动的物体所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。 1755年，数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程，即欧拉方程。这些微分形式的动力学方程在特定条件下可以积分，得出很有实用价值的结果。19世纪上半叶，法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，后称为纳维-斯托克斯方程。 到19世纪末，经典流体力学的基础已经形成。20世纪以来，随着航空事业的迅速发展，空气动力学便从流体力学中发展出来并形成力学的一个新的分支。 航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的举力、减小飞行器的阻力和提高它的飞行速度。这就要从理论和实践上研究飞行器与空气相对运动时作用力的产生及其规律。1894年，英国的兰彻斯特首先提出无限翼展机翼或翼型产生举力的环量理论，和有限翼展机翼产生举力的涡旋理论等。但兰彻斯特的想法在当时并未得到广泛重视。 约在1901～1910年间，库塔和儒科夫斯基分别独立地提出了翼型的环量和举力理论，并给出举力理论的数学形式，建立了二维机翼理论。1904年，德国的普朗特发表了著名的低速流动的边界层理论。该理论指出在不同的流动区域中控制方程可有不同的简化形式。 边界层理论极大地推进了空气动力学的发展。普朗特还把有限翼展的三维机翼理论系统化，给出它的数学结果，从而创立了有限翼展机翼的举力线理论。但它不能适用于失速、后掠和小展弦比的情况。1946年美国的琼期提出了小展弦比机翼理论，利用这一理论和边界层理论，可以足够精确地求出机冀上的压力分布和表面摩擦阻力。 近代航空和喷气技术的迅速发展使飞行速度迅猛提高。在高速运动的情况下，必须把流体力学和热力学这两门学科结合起来，才能正确认识和解决高速空气动力学中的问题。1887～1896年间，奥地利科学家马赫在研究弹丸运动扰动的传播时指出：在小于或大于声速的不同流动中，弹丸引起的扰动传播特征是根本不同的。 在高速流动中，流动速度与当地声速之比是一个重要的无量纲参数。1929年，德国空气动力学家阿克莱特首先把这个无量纲参数与马赫的名字联系起来，十年后，马赫数这个特征参数在气体动力学中广泛引用。 小扰动在超声速流中传播会叠加起来形成有限量的突跃——激波。在许多实际超声速流动中也存在着激波。气流通过激波流场，参量发生突跃，熵增加而总能量保持不变。 英国科学家兰金在1870年、法国科学家许贡纽在1887年分别独立地建立了气流通过激波所应满足的关系式，为超声速流场的数学处理提供了正确的边界条件。对于薄冀小扰动问题，阿克莱特在1925年提出了二维线化机冀理论，以后又相应地出现了三维机翼的线化理论。这些超声速流的线化理论圆满地解决了流动中小扰动的影响问题。 在飞行速度或流动速度接近声速时，飞行器的气动性能发生急剧变化，阻力突增，升力骤降。飞行器的操纵性和稳定性极度恶化，这就是航空史上著名的声障。大推力发动机的出现冲过了声障，但并没有很好地解决复杂的跨声速流动问题。直至20世纪60年代以后，由于跨声速巡航飞行、机动飞行，以及发展高效率喷气发动机的要求，跨声速流动的研究更加受到重视，并有很大的发展。 远程导弹和人造卫星的研制推动了高超声速空气动力学的发展。在50年代到60年代初，确立了高超声速无粘流理论和气动力的工程计算方法。60年代初，高超声速流动数值计算也有了迅速的发展。通过研究这些现象和规律，发展了高温气体动力学、高速边界层理论和非平衡流动理论等。 由于在高温条件下全引起飞行器表面材料的烧蚀和质量的引射，需要研究高温气体的多相流。空气动力学的发展出现了与多种学科相结合的特点。 空气动力学发展的另一个重要方面是实验研究，包括风洞等各种实验设备的发展和实验理论、实验方法、测试技术的发展。世界上第一个风洞是英国的韦纳姆在1871年建成的。到今天适用于各种模拟条件、目的、用途和各种测量方式的风洞已有数十种之多，风洞实验的内容极为广泛。 20世纪70年代以来，激光技术、电子技术和电子计算机的迅速发展，极大地提高了空气动力学的实验水平和计算水平，促进了对高度非线性问题和复杂结构的流动的研究。 除了上述由航空航天事业的发展推进空气动力学的发展之外，60年代以来，由于交通、运输、建筑、气象、环境保护和能源利用等多方面的发展，出现了工业空气动力学等分支学科。 空气动力学的研究内容 通常所说的空气动力学研究内容是飞机，导弹等飞行器在名种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律，飞行器所受的举力和阻力等空气动力及其变化规律，气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。从这个意义上讲，空气动力学可有两种分类法： 首先，根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度，空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。通常大致以400千米／小时这一速度作为划分的界线。在低速空气动力学中，气体介质可视为不可压缩的，对应的流动称为不可压缩流动。大于这个速度的流动，须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。 其次，根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性，空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。 除了上述分类以外，空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。例如稀薄气体动力学、高温气体动力学等。 在低速空气动力学中，介质密度变化很小，可视为常数，使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、举力线理论、举力面理论和低速边界层理论等；对于亚声速流动，无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程，研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法，普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和速度图法，在粘性流动方面有可压缩边界层理论；对于超声速流动，无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。 在超声速流动中，基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动、锥型流，等等。主要的理论处理方法有超声速小扰动理论、特征线法和高速边界层理论等。跨声速无粘流动可分外流和内流两大部分，流动变化复杂，流动的控制方程为非线性混合型偏微分方程，从理论上求解困难较大。 高超声速流动的主要特点是高马赫数和大能量，在高超声速流动中，真实气体效应和激波与边界层相互干扰问题变得比较重要。高超声速流动分无粘流动和高超声速粘性流两大方面。 工业空气动力学主要研究在大气边界层中，风同各种结构物和人类活动间的相互作用，以及大气边界层内风的特性、风对建筑物的作用、风引起的质量迁移、风对运输车辆的作用和风能利用，以及低层大气的流动特性和各种颗粒物在大气中的扩散规律，特别是端流扩散的规律，等等。 空气动力学的研究方法 空气动力学的研究，分理论和实验两个方面。理论和实验研究两者彼此密切结合，相辅相成。理论研究所依据的一般原理有：运动学方面，遵循质量守恒定律；动力学方面，遵循牛顿第二定律；能量转换和传递方面，遵循能量守恒定律；热力学方面，遵循热力学第一和第二定律；介质属性方面，遵循相应的气体状态方程和粘性、导热性的变化规律，等等。 实验研究则是借助实验设备或装置，观察和记录各种流动现象，测量气流同物体的相互作用，发现新的物理特点并从中找出规律性的结果。由于近代高速电子计算机的迅速发展，数值计算在研究复杂流动和受力计算方面起着重要作用，高速电子计算机在实验研究中的作用也日益增大。因此，理论研究、实验研究、数值计算三方面的紧密结合是近代空气动力学研究的主要特征。 空气动力学研究的过程一般是：通过实验和观察，对流动现象和机理进行分析，提出合理的力学模型，根据上述几个方面的物理定律，提出描述流动的基本方程和定解条件；然后根据实验结果，再进一步检验理论分析或数值结果的正确性和适用范围，并提出进一步深入进行实验或理论研究的问题。如此不断反复、广泛而深入地揭示空气动力学问题的本质。 20世纪70年代以来，空气动力学发展较为活跃的领域是湍流、边界层过渡、激波与边界层相互干扰、跨声速流动、涡旋和分离流动、多相流、数值计算和实验测试技术等等。此外，工业空气动力学、环境空气动力学，以及考虑有物理化学变化的气体动力学也有很大的发展。 阻抗是指车载扬声器输入信号的电压与电流的比值，其单位为欧姆(Ω)。通俗的说阻抗也就是车载扬声器对电流所呈现出的阻力，阻抗并不等于就是电阻，而是包括电阻和电抗，即包括电阻和电感、电容产生的感抗和容抗三个部分，是这三者在向量上的总和。 在相同电压下，阻抗越高电流越小，阻抗越低电流越大。在功放与输出功率相同的情况下，低阻抗的车载扬声器可以获得较大的输出功率，但是阻抗太低了又会造成欠阻尼和低音劣化等现象。通常，车载扬声器的阻抗越低，便越难于推动。阻抗并不是一个常数值，而是随着播放的音乐的频率而不断变化起伏，可能在某频率高到十几欧姆或二十几欧姆，也可能在某频率低到一欧姆或以下，一般以其谐振频率下共振峰之间所呈现的最低阻抗值来作为其标称值。目前，大部分车载扬声器的阻抗是在2-8欧姆。我国国家标准规定的音箱阻抗优选值有4Ω、8Ω、16Ω（国际标准推荐值为8Ω）。 在选购车载扬声器时，也一定要注意与车载功放的阻抗匹配问题，也就是其阻抗要在车载功放的负载阻抗范围之内，只有这样车载功放才能安全工作并提供最理想的功率输出。 F1中空气动力学的最基本原理和公式 推导出作用在风机叶轮上的功率P和推力T（忽略摩擦阻力）。由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。 根据伯努力方程 H=1/2（ρv2）+P…………（1） ρ—空气密度 H—总压 根据公式（1）， ρV02/2+P0=ρu2/2+p1 ρu12/2+P0=ρu2/2+p2 P1-p2=ΔP 由上式可得 ΔP=ρ（V02- u12）/2………（2） 运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为： T=m(V1-V2) 式中m=ρSV,是单位时间内的质量流量 所以： T＝ρSu（V0-u1） 所以： 压力差ΔP＝T/S=ρu（V0-u1） 由（2）和（3）式可得：u＝1/2[（V0-u1）] ……………………（4） 由（4）式可见叶轮平面内的风速u是上游风速和下游风速的平均值，因此，如果我们用下式来表示u。 u=(1-a)*V0 (5) a 称为轴向诱导因子，则u1可表示为： u1=(1-2a)*V0 (6) 功率P和推力T可分别表示为： T=ΔP*A (7) P=ΔP*u*A (8) 根据方程（2），（3）和（6）可得： P=2ρa(1-a) 2 * V03A (9) T=2ρa(1-a) V02A (10) 通过定义功率和推力系数： CP=4a(1-a)2 (11) CT=4a(1-a) (12) 方程（9）和（10）可写成如下形式： P=0.5ρV03 A CP （13） T=0.5ρV03 A CT （14） 对方程（11）求极值 ∂Cp/∂a=4(3a2-4a+1)=0 (15) 求得 a=(2±1)/3=1或1/3 根据公式（6）a〈0.5 所以a=1/3时，Cp有极大值 （Cp）max＝16/27≌0.59 (16) 当a=1/3时，Cp值最大。 2.尾涡的旋转 1. 中的公式推导是基于以下假设：力矩保持线性，没有旋转个发生。 然而，叶轮是通过作用在其上的扭矩Q来吸收风能的，根据牛顿第二定律，尾涡也在旋转，并且其旋转方向和叶轮相反。 U1=2ωrab (17) ω: 叶轮角速度 b: 切向诱导因子 作用在环素dr上的力矩为：dQ=mutr =(ρu*2πrdr)utr =2πr2ρu*utdr (18) m----- 通过环素的质量流 相应的功率为： dp= *dQ (19) 用a,b和方程（18）可以写出 dp=4πr3Ρv0ω2(1-a)bdr (20) 叶轮吸收中的总功率为： P=4π(V0/λ2R2) ρ∫0R(1-a)btr3dr (21) 尖速比 =V0/ωr (22) 空气动力学基础 由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。 根据伯努力方程 H=1/2（ρv2）+P…………（1） ρ—空气密度 H—总压 根据公式（1）， ρV02/2+P0=ρu2/2+p1 ρu12/2+P0=ρu2/2+p2 P1-p2=ΔP 由上式可得 ΔP=ρ（V02- u12）/2………（2） 运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为： T=m(V1-V2) 式中m=ρSV,是单位时间内的质量流量 所以： T＝ρSu（V0-u1） 所以： 压力差ΔP＝T/S=ρu（V0-u1） 由（2）和（3）式可得：u＝1/2[（V0-u1）] ……………………（4） 由（4）式可见叶轮平面内的风速u是上游风速和下游风速的平均值，因此，如果我们用下式来表示u。 u=(1-a)*V0 (5) a 称为轴向诱导因子，则u1可表示为： u1=(1-2a)*V0 (6) 功率P和推力T可分别表示为： T=ΔP*A (7) P=ΔP*u*A (8) 根据方程（2），（3）和（6）可得： P=2ρa(1-a) 2 * V03A (9) T=2ρa(1-a) V02A (10) 通过定义功率和推力系数： CP=4a(1-a)2 (11) CT=4a(1-a) (12) 方程（9）和（10）可写成如下形式： P=0.5ρV03 A CP （13） T=0.5ρV03 A CT （14） 对方程（11）求极值 ∂Cp/∂a=4(3a2-4a+1)=0 (15) 求得 a=(2±1)/3=1或1/3 根据公式（6）a〈0.5 所以a=1/3时，Cp有极大值 （Cp）max＝16/27≌0.59 (16) 当a=1/3时，Cp值最大。 2.尾涡的旋转 1. 中的公式推导是基于以下假设：力矩保持线性，没有旋转个发生。 然而，叶轮是通过作用在其上的扭矩Q来吸收风能的，根据牛顿第二定律，尾涡也在旋转，并且其旋转方向和叶轮相反。 U1=2ωrab (17) ω: 叶轮角速度 b: 切向诱导因子 作用在环素dr上的力矩为：dQ=mutr =(ρu*2πrdr)utr =2πr2ρu*utdr (18) m----- 通过环素的质量流 相应的功率为： dp= *dQ (19) 用a,b和方程（18）可以写出 dp=4πr3Ρv0ω2(1-a)bdr (20) 叶轮吸收中的总功率为： P=4π(V0/λ2R2) ρ∫0R(1-a)btr3dr (21) 尖速比 =V0/ωr (22) 诱导因子分别给V0和ωr一个诱导速度，并且产生一个相对速度W，因为假设的是无摩擦流动，诱导速度必定垂直于W，a和b并不是独立的，有以下关系： 〔bωr〕/[aV0]=[V0(1-a)]/[ ωr(1+b)] (23) λ(r)=V0/ωr (24) 由以上两式可得： a(1-a) λ2(r)=b(1+b) (25) 对于小的尖速比λ（r）来说，叶片转速相对风速来说较大，这时切向诱导系数b几乎可以忽略，轴向诱导系数几乎达到了0.333，对于大的尖速比λ（r），尾涡的影响较大，最大功率输出时,a减小到0.25。 理想的高速风机（无摩擦）其风能利用系数可达到贝兹极限（Cp=0.593），然而低速风力机如多叶片风机由于尾涡的影响其理论Cp值不会超过0.30。 扰流翼板在F1上的应用来得太猛了一些。一开始，扰流翼板还只是前后车身上的小小的凸起。但仅仅过了几个星期，工程师们就已经开始在车身上装置巨大的、突出车身许多的前翼和尾翼了。可惜的是，那个年代科技的发展还无法让工程师计算出翼板究竟给赛车带来多大的影响，而且翼板普遍装配得不够结实，高速下很容易折断，而这种情况一旦发生将会非常危险。 1969年，F1赛车设计得像火鸡的腿一样，扰流翼板的层数不断增多，高度不断提升，悲剧看来在所难免。西班牙巴塞罗那Montjuich赛道上两次严重的事故，使CSI(国际汽联主管赛事部门)得不痛下决心禁止F1赛车车身上出现任何扰流翼板。在那次事故中，两辆莲花赛车的尾翼先后脱落，险些造成重大人员伤亡。 扰流翼板本来应该全面禁止，但是一系列争执之后CSI做出了让步。扰流翼板没有完全取消，但是，对其非常严格限制，限制的内容包括尺寸、布置位置、强度以及连接等等。 表面的扰流翼板被限制了，赛车设计师开始想其他的办法来对抗，随后抽气机组件、地面效应组件开始出现，下压力还会继续提升，空气、设计师和FIA的游戏没有终止，悲剧也许也没有终结。