從殲20的鴨翼到汽車的尾燈凸起 無處不在的渦流發生器

氣體以一定流速流進物體的過程中 由於流體粘性的存在 越接近物體表面 氣體的流動速度就越慢 直至趨近於0 這個從0到流速的過渡區域被稱爲負面層 隨着流動距離變長 負面層內的流速變慢 過渡區域也變得越來越厚 當厚到一定程度時 這層慢速空氣難以維持自己的形狀 和高速氣流混在一起扭成一團 將動能消散於物形 少了負面層的維繫 氣流對物體的作用力大幅削弱 對於時刻需要高速氣流來維持生力的飛機而言 這種分離是十分危險的 特別是在大影角起飛狀態時 機翼上表面因爲前緣的遮擋 機翼發生負面層分離 分離後這團混沌空氣產生的大量阻力 不僅會使機翼失去生力 還會影響到後部舵面的控制效果 這也被稱爲飛機的失速現象 大型飛機一旦墜入失速區間 很難脫離這一狀態 爲了儘可能地延緩機翼上表面的負面層分離 除了在大翼前緣安裝縫隱 通過將下一面的高速氣流引入上翼面 加速負面層內的空氣流動 延緩分離的這種常規操作 還有一種更爲絕妙的控制方法 渦流發生器 自旋的物體總是有着保持穩定的趨勢 就像我們生活的地球 萊昂納多手裏的陀螺 名人丟出去的大魚螺旋丸 強烈自旋的颱風 即便失去了溫熱海水的能量源 依然能在陸地上奔馳上千公里 渦流發生器的工作原理也是如此 它通過一塊和來流方向有一定角度的薄片 人爲製造高低壓兩股氣流 它們在邊緣處相遇時會產生強烈的旋轉 這股緊貼翼面的渦流因爲自身穩定性較好 不僅可以在大翼上跑完全程 還將上方的高速氣流帶到了負面層內部 加速了負面層內的空氣流動 從而延緩了機翼在大鷹鳥狀態時的氣流分離 我們在737 767等客機的大翼上都可以看到它們的身影 如果運氣好的話 在乘坐這些飛機時還能觀察到它們正在發揮作用 發動機脣口在起降階段對氣流的遮擋更加嚴重 因此也催生了飛機上最大號的渦流發生器 絕大多數客機發動機的內側都安裝有這麼一塊負面層快樂片 少部分因爲發動機變得過大裝了兩片 不過要說對渦流控制的極大成者 我國的殲20應當最有發言權 位於機身前部的壓翼就像是兩臺天然的渦流製造機 在承擔控制飛機俯仰功能的同時 其產生的高速渦旋能極大的增加後方大翼的升力 通過複雜的控制和氣動設計成爲了五代戰鬥機中的佼佼者 其實不僅在航空領域 渦流發生器也漸漸走入了我們的日常生活中 在一些汽車的後視鏡、尾燈和底盤上都能看到它們的身影 工程師通過這些不起眼的小凸起製造漩渦 改善車體表面的氣流狀況 進而達到降低風阻的目的 甚至有公司專門爲卡車設計了渦流發生器 只需要在邊緣處貼上一圈 就能在80公里的時速下最多爲其降低5%的油耗 如果你是一名卡車司機 恰巧又有一個流體力學畢業的孩子 不妨拿起電話讓他用3D打印機 給你的卡車也製造一款這樣的空氣動力學套件 亞馬遜熱帶雨林中的蝴蝶到底引起了多少場颶風是個謎 但這枚小小的渦流發生器 確實已經在衆多角落爲我們節省了諸多成本 以上就是本次科普三分鐘的全部內容 歡迎點贊投幣關注轉發 我是張吱 這裏是極品煙花 我們下期節目見