其实,W君就是在做情报分析工作的。收集情报,进行数据分析和筛选,然后整理成报告,再卖给客户并给出自己的建议,这件事挺好做的,而且客户中外都有。

对于我们怎么看待军迷呢?说句很口冷的话,大部分军迷其实都是一群傻二憨。原因并不是对特定群体的歧视,而是在于军事技术领域本身就不是一个大众科普知识的范畴,因此很多人会一知半解的去理解军事技术领域内的关键知识要点,但这种一知半解就会闹出很多笑话,而当事人还会不自知的认为是真理。这和强调食物酸碱性而不知道肝脏肾脏在人体体液酸碱度调节中的作用一样,都是属于傻盲傻盲的范畴。所以咱们不能说追求“碱性食物”的人不聪明,只能认为这群人认知有偏差。

对于最近说W君是间谍的事情……这样说吧:



99.9999%的网民评论内容都是极其不可信的,在我们这里只能算是垃圾数据,在数据清洗的过程中第一批要清洗掉的就是很多热心网民的留言。至于那0.0001%的所谓的“真实”“有价值”信息的辨别和甄选比砂子里面淘金还困难,对于情报来说是完全没有性价比的。但很多传播这些信息的网民来说颇具“这事就我知道”的感觉,以为手里握着的是一个酒壶,其实手里的往往是个尿壶。



这事情,不怪军迷,只能说,大部分相信某些谣言的人并不具备相关领域的知识背景。

举个例子:

提到咱们的新飞机甚至鸣镝飞行器,很多军迷往往会第一时间想到这架新飞机能飞“多少马赫”。那为什么“马赫”就那么深入人心呢?



原因是便于理解,大多数人的认知飞行速度2马赫就是声音的两倍,再一乘以声音的速度,就可以简单的得出每秒680米的速度。又加上很多叫做“马赫云”的具像化照片,让人有多少多少马赫的具像认知。但这事情对吗?真心有问题!

马赫数只是一个“无量纲量”,代表的是流体中的物体的速度与周围流体的声速的比值。并不是一个速度单位。



所以很多人信奉的网络百科,把马赫记作物理学单位本身这件事就很不科学。单位是“计量”的,我们可以说20米,1秒,40公斤。这些计量单位都会放在数字的后面——这是一种约定俗成的方法。这是我们说的基本计量单位。在基本数量单位的基础上,我们可以计算导出单位,例如速度,例如一个物体移动了20米的距离用了1秒的时间,这时候它的速度就是20米/秒。米和秒都是基本单位。那么“米/秒”呢这就是导出单位。我们来看速度公式 v=s/t。

其实在计算过程中我们就可以看到,在计算导出单位的时候 数值的部分做了除法运算,单位的部分也相应的做了除法运算,就被记作了“米/秒”

不理解?那么我们给它换算一下成时速(千米/秒)

这样我们就得到了 72km/h 的时数,其实“米”和“秒”一样还是在公式里面,只不过被除法的过程中被约掉了。

马赫数呢?海平面音速340米/秒,飞行器速度680米/秒,我们来计算一下:

这种没有单位的数就叫做“无量纲量”,“量纲”是指物理量的基本性质和特征,它表示物理量与基本物理量(如长度、质量、时间、电流、温度、物质的量和光强度)的关系。无量纲量就是没有量纲的物理量,本质上马赫数作为无量纲量存在,就是一个比值,可以说和速度没有一毛钱的关系。——声速是指声音在介质中传播的速度,受到温度、高度、空气密度的影响。在大气中的音速从200米/秒到360米/秒都有,一般的来说海拔高度不同,音速是不同的。因此如果硬要拿马赫当单位,就必须说明海拔高度了。这件事和一个人的血液酸碱度是受到肝脏肾脏机能是否正常而和吃的什么食物没关系是一个道理。

所以在W君这里,你可以看到马赫3、马赫5这样的写法,但如果不是举反例就绝对很难看到 3马赫、5马赫这样的写法。这其实也是看一个军事号能不能给大家提供稍微专业的军事知识的一个基本判断准则——连单位是什么都搞不清楚,你指望着这群人带给你什么真实的信息呢?

那么除了扯着脖子喊的马赫数,在空气动力学中还有哪些“无量纲量”数值是需要看的呢?简单的说几个:

雷诺数(Reynolds Number):这是流体惯性和粘性的比例数。也是一个空气动力学设计中的一个常用的“无量纲量”。对空气动力学的意义在于产生湍流的特性。

我们无论是造一个风洞也好还是设计一个飞行器也罢,雷诺数的重要度其实比马赫数还要大。马赫数代表了空气动力学的“量”,而雷诺数则是空气动力学中的“质”,只有两者能高度的统一,其实我们才能谈空气动力学的“质量”。

一个简单的例子:



在做风洞测试的时候,机翼在不同迎角下会产生不同的升力,但一旦迎角过大,气流就在机翼上表面形成湍流让机翼失去升力。

那么问题来了,在高速风洞中如何让初始的气流干净没有湍流呢?通常在风洞的设计中会有这种密密麻麻的管道



这个东西叫做整流器(flow straightener)用来将测试段前的气流“整理”成均匀的没有湍流的流场,这样层流气流的比例就大于了湍流气流。但是整流器到被测物体之间还有那么一段距离,就需要依靠改变腔体结构和气体特性来提高雷诺数了。通常的情况下可以把气体冷却,例如利用液氮降低气体温度。

其实这件事就和前几天咱们提到的纳维-斯托克斯方程有关联了。当然了,具体怎么推导到的会的自然会,不会的基本上你也看不明白。

这是风洞,对于飞行的设计来说,同样也有雷诺数的影子。很多人会想到平滑的机身没有突出的铆钉会让雷诺数提高从而降低湍流的出现。这也是为什么我们的歼-20采用那么光滑的机身的原因。



其次,超长的,经过修形的机身上表面实际上也是提高雷诺数的一个设计。不过雷诺数这个东西是需要灵活运用的,例如我们的双三角翼加鸭式布局的设计,就明显的看到了雷诺数的取舍关系。



欧拉数 (Euler Number):这是用于描述流体中局部压强损失和单位体积动能之间的比例。

如果说雷诺数是“质”,马赫数是“量”,那么欧拉数则是“势”。

当然了,如果你能看懂马赫数是什么,而勉强看懂雷诺数是什么的话,你就已经不是“傻二憨了”,但是如果你雷诺数是什么的话没看懂,那么——后面的内容其实对于你来说完全是天书。

用最简单的方法来说——流体是有黏性有惯性的,甩面见过没有,虽然面团是大家眼里的固体,但是严格意义上它属于不可压缩流体。



在甩动的时候面条会变长如果用惯性系的概念来说是因为甩动产生的惯性拉长了面条,但是如果从欧拉数的角度来说就是局部压强损失和单位体积动能之间的关系了。

还不明白?那么就看一下螺旋桨在液体中高速旋转,为什么会生成气泡。



“一小块”水在螺旋桨的带动下获得了极大的动能,由于获得了动能,那么这一小块水边界线上的压强就降低了,降低到水蒸发成水蒸气或者水中溶解的气体逸出(这两个都是压强降低后的现象),于是就出现了气泡。

欧拉数就是衡量这种关系的比值。固体液体气体本就没有分别,只不过是他们的弹性、粘性不一样罢了。

改善欧拉数的表现在飞机的设计中其实至关重要。因为飞机的设计不仅仅是依靠喷气式发动机把燃气喷出去,而且还要依靠进气道把前面的空气“兜”进来,这两件事其实都有欧拉数在起作用。不仅仅如此,飞机的气动设计,飞机的机翼前缘和机翼后缘依然是撞入和离去的关系,这里面还是有欧拉数的作用。再有就是飞机的机翼产生了升力,其实就是上表面压强减小下表面压强加大或不变——看欧拉数的定义中“局部压强损失”其实也是适应于机翼的设计的。

其实,在机翼设计中,欧拉数通过反映压强力与惯性力的比值,直接影响气动性能优化。合理的翼型选择,如超临界翼型,能够平滑机翼表面的压强分布,减少激波和波阻力,从而提升跨音速和超音速飞行性能。机翼后掠角设计通过改变气流相对角度,延迟激波产生,有效降低局部压强梯度,改善升阻比。例如采用负扭转(Washout)设计可平衡升力分布,避免翼尖失速,优化局部压强差。



以F/A-18 E/F为例,这型飞机的机翼根部和机翼末梢的角度并不是相同的,相差了4度,这样的设计就给了这个型号的飞机一个极大的飞行攻角兼容性,例如当机翼根部的迎角达到了10度开始逐渐失去效力的时候,在翼梢的位置上迎角只有6度,还可以处在极高的工作效率范围内。这样一来根-梢的配合就赋予了F/A-18 E/F极高的机动性。

另一个基于欧拉数的机翼设计方式则是下垂翼梢(hoerner wingtips),前阵子伊朗出了一架叫做F-313的战斗机,很多人就在笑话翼梢的下垂设计。



认为波斯人做出了一架怪异的不可思议的战斗机。

12月26日,我们的沈飞试飞的新一型战机,也有很明显的hoerner wingtips特征。



这回国内的很多军迷就不去笑话了。这两者的本质实际上是一样的。

带有这种设计的机翼其实都是在释放一个信号,飞机的设计师着重设计了飞机的低空低速性能,又不希望在飞机的高速性能上做出妥协。

只有波斯人和我们这样设计飞机,以“下垂翼梢”来提高低空低速的稳定性吗?还有一款绝大多数军迷很熟悉的飞机其实也采用了下垂翼梢的设计。只不过这架飞机本身就是突出低速飞行效果,采用了大展弦比的平直机翼,导致很多人没有注意它的翼梢设计。



这事情吧,W君不说,估计得有一大部分人根本不会注意到。所以呢,飞机的型号咱也就不说了,上面这张图片认不出是啥的,也就别说自己是军迷了。

还说吗?那继续。

升力系数(Lift Coefficient):升力系数其实是被很多军迷胡吹的一个无量纲量,起因是很多人为了吹嘘歼-20,就回去踩F-22,就杜撰出来一个F-22的升力系数是2.0的谣言,但关键很多人还是相信了这个谣言。

升力系数是计算升力的时候根据风洞测量求出来的一个无量纲量,就是一个为了计算方便凑出来的数字。

先看升力公式:



当一架飞机或者一个机翼翼形在风洞中吹风测试的时候,我们可以通过拉力传感器直接测量出来飞机在特定的气流速度下所产生的升力L,同时,我们又知道风洞中气流的速度以及气流的密度,还知道机翼(包括升力体机身)的面积。通过这些数字,我们就要将升力和这些已知数构建数学上的关联。于是就有了CL,那CL怎么来的呢?把CL放在等式左边,L放在等式右边分子位置,这是初中数学吧???于是就有了:

都是风洞内的已知量了,直接计算一下就可以得出来,这件事并没有什么神秘的。甚至我们也可以结合F-22的飞行参数来计算出F-22的升力系数。

例如:F-22的最大起飞重量:约 38000 kg,我们以满载飞行重量来计算,这样F-22飞行的时候所需要的升力就是:

也就是37万2780牛的升力可以让F-22在空中平飞。

那么此刻的升力系数是多少呢?

F=22机翼面积78.4平方米;巡航飞行高度为15240米,这个位置的大气密度约为0.193公斤/立方米;巡航飞行速度为马赫1.82,这个高度的声速为295米/秒,所以F-22在15240米的飞行速度是563.9米/秒。

所以升力系数是:

哪有2.0啊,0.172而已,差了一个数量级呢!为什么很多军迷喜欢说更大的数字呢?数大显得牛欢喜。

当然了,这是平飞情况,F-22最大的过载可以做到9个G,如果这些过载都是由机翼的升力实现,那么0.172 X 9 也就是1.548。

这里的计算我们只计算了机翼面积,F-22是升力体机身,这个面积我们还没有放到公式的S中去,如果放进去之后S是变大的,因此CL会再小于0.172。



单就CL值来说F-22就是使出了吃奶的劲也打不到很多人说的2.0,那么网传我们的歼-20的升力系数2.3呢?有了前面的例子其实大家可以自己去查下资料自己去算。实际上两者相差并不大。根本就没有压一头踩一头的必要性。

和升力系数类似的还有阻力系数 (Drag Coefficient),这个东西最可靠的方式依旧是垂风洞来计算。通常在风洞中测量升力的同时,可以在另一个维度上计算出被测物体所受到的推力。由于被测物体本身没有动力,因此测量出来的推力也就是物体在某个速度下某种空气密度下所受到的阻力



和升力公式类似,阻力公式中也有一个需要配平等式凑出来的数字,这个数字就是阻力系数——“Cd”。

不过,飞行器在计算阻力系数的时候为了设计的统一性,公式中的S仍旧使用机翼面积而不是迎风面来做,这是因为在设计改动的时候在后面的计算就更加方便。由此我们可见无论是CL还是CD都是一个“既定事实”,只是为了后期计算方便通过测量给出的一个数值而已,优化气动设计的目的的确是会改变升力系数或者阻力系数,但设计的目标却不是向着某个系数向更大更小值的方向进行的。

再有的一些无量纲数在空气动力学设计中也是至关重要的,例如斯特劳哈尔数(Strouhal Number):这个数值表示物体在流体中运动时,惯性力和局部加速度(或振动效应)之间的比值。它描述了涡流脱落的频率与物体尺寸和流速的关系。简单说下:



前面咱们说过在某种意义上来说没固体液体气体的区别,只有他们之间的弹性和粘性不同罢了,斯特劳哈尔数就是涡流的震动。



如果低斯特劳哈尔数的数值很低,那么气流的惯性力就占据主导,如果低斯特劳哈尔数的数值很高,气流的“震动”或者用专业术语叫做“局部非定常效应”占据主导,这时候就会让涡流提前发生。



看公式:

f是频率,L是特征长度,V是速度。这次我们发现V罕见的放在分母的位置了,其实,这个数值和飞机的飞行速度成反比,飞机飞行速度越快,St数值越小。那么给我们带来的意义在哪里呢?首先,飞机并不是一直都是高速飞行的,必须要起降嘛,也就是说V总有小的时候。这个数值恰恰就代表了低速飞行时候性能指标。



其次,飞机的发动机是要减速的气流的,适当的增加进气道部分ST值其实有助于飞机飞行的稳定性。



看烦了吧?W君也讲烦了,其实类似于前面这些无量纲量,在空气动力学设计中基本上常用的有73个,马赫数只是其中的一个而已,并且并不算是最重要的一个。如果非得推崇一个马赫数,我们大可以把战斗机都做成一枚枚大火箭——无他,这玩意马赫数高。

知道为什么W君为什么总觉得一些军迷是“傻二憨”了吗?这件事和现实中男人和女人买车是一个道理。



一个男人在买车的时候往往看的东西很多,而女人只会看颜色是不是喜欢,这时候在男人的眼里,女人也是一个个“傻二憨”。

军迷也一样,尤其是那种只抱着一个数字,甚至还觉得一个数字是什么大不了的绝密资料的主儿,憨的都挺可爱的,难道不是吗?

写这篇文章的目的倒不是为了嘲讽大伙,技术本来就有它的严谨性和综合性。



例如这位爷,这样提出来下雨水滴的问题,还能还能很自傲的觉得自己的见识多广泛。其实这件事是因为表面张力和终端速度的共同作用结果,即便雨滴在形成的位置上有极大的势能(其实也没多大),在 下落加速的时候会把势能转化成动能。但是空气是有阻力的,参考前面的阻力公式,你会发现阻力和速度的平方成正比,因此最终雨滴会在空气中达到终端速度,以维持阻力和速度的平衡。同时过大的阻力会打破雨滴的表面张力,使雨滴破碎成更小的雨滴。



通常自然形成的雨滴在经过上面的过程后落在人身上的直径最多也就5毫米,速度最快也就是10m/s,套用下动能公式,这时候雨滴的动能也就是0.00327焦耳。咱们是研究军事的嘛,告诉大家一个基本概念,如果要对人体头部最脆弱的位置造成致命伤害需要的动能是78焦耳,而雨滴那3.27毫焦的动能——差不多也就是两个屁的动能。

所以,在讨论技术的时候别自做聪明的那这些屁事来耍宝。

PS:不求大家真正的能理解和灵活运用空气动力学的常识,但至少以后别说“7马赫”了吧,得知道马赫数只是个数而已。



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