流体力学应用/B32 潜艇升力和阻力
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潜艇是一种水下航行器，可以被认为是由半球体、圆锥体和圆柱体等几何形状组合而成。潜艇的鼻部和尾部可以是半球体或圆锥体，潜艇的主体是圆柱体。潜艇的所有外部组件都经过流线型设计，以提高效率。它能够在水下独立运行。
潜艇诞生于16世纪初。潜艇在第一次世界大战期间开始大规模用于海军作战，并在一些民用领域也有应用。
潜艇的主要组件如下：
潜艇如何在人类无法生存的环境中生存？其中一个原因是耐压壳。标准船舶的船壳是外部的金属，用来阻挡海水进入。大多数潜艇有两层船壳，一层在里面帮助它们生存。另一层船壳是防水的，而内部的船壳（称为耐压壳）更加坚固，能抵抗水压。最坚固的潜艇的船壳是用坚固的钢和钛制成的。
潜艇是否漂浮或下潜取决于潜艇的浮力。浮力由压载水舱控制，压载水舱位于潜艇的内外壳之间。潜艇停留在水面上的时候具有正浮力，这意味着它的密度小于周围的水，此时压载水舱主要充满空气。为了下潜，潜艇必须具有负浮力。压载水舱顶部的通风口打开，海水通过进水口进入，迫使空气从通风口排出，潜艇开始下沉。
现在充满海水的潜艇压载水舱比周围的水密度更大。可以通过调节压载水舱中的水和空气比例来控制精确的深度。潜艇在水下可以获得中性浮力，这意味着潜艇的重量等于它排开的水的重量。潜艇在这种状态下既不会上升也不会下沉。为了让潜艇再次上升，只需向水舱中吹入压缩空气，迫使海水排出，潜艇获得正浮力，变得比水密度小，然后上升。
大多数潜艇使用柴油发动机，一些大型潜艇使用船载核反应堆，一些小型无人潜艇使用纯电池供电。早期潜艇有时使用汽油发动机，最早的潜艇是人力驱动的。
柴油和汽油发动机需要氧气才能运行。在潜艇浮出水面或接近水面时，通过使用潜望镜来运行发动机。在这种设计中，螺旋桨不是直接由发动机驱动，发动机用于为电池充电。柴油发动机完全为电池充电后，潜艇可以下潜并使用电池动力推进。
潜艇呈雪茄形，以便于在水中平滑地滑行，但在潜艇的正中央，有一个高耸的指挥塔，里面装满了导航和其他设备。它也被简单地称为指挥塔或帆。
就像鲨鱼在身体上有鳍来帮助它们游泳和潜水一样，潜艇也有鳍，称为潜水平面或水翼。当潜艇螺旋桨向前推进时，水流过这些平面，产生向上或向下的力量，帮助潜艇逐渐上升或下降。这些鳍可以倾斜，以改变潜艇在海中爬升或下潜的角度。
还有一些辅助组件，如导航系统、生命维持系统等。
潜艇在水中，当它由螺旋桨运动向前运动时，会感觉到一种抵抗运动的力。这些力是升力和阻力，可以定义为：一个以速度“V”在流体中运动的物体，与流体流动的流线形成一定角度，该物体将受到一个作用在其上的力“F”。该力沿流线方向的分量称为阻力，该力垂直于流线方向的分量称为升力。阻力和升力以阻力系数和升力系数分别表示。这些系数被定义为相应的力与投影面积或平面面积上的动态力的比率。阻力系数
CD=D/(1/2)¶u2A
因此，阻力 D 由以下公式给出
D=Cd(1/2)¶u2A
升力系数 CL 被定义为
Cl=L/((1/2)¶u2A)
因此，升力 L 由以下公式给出
L=Cl(1/2)¶u2A
对称和非对称物体在流体中运动，与流体流线成“&”角或沿着流线运动。流线分离并绕过运动物体。流体必须沿着不同的流线绕过运动物体。这两条流线将覆盖不同的距离，因此覆盖更长距离的流线必须比覆盖较短距离的流线以更高的速度运动，这是由于*质量守恒*。快速移动的流线产生的压力比慢速移动的流线产生的压力更低，这是*伯努利方程*。这种跨越运动物体的压力差最终导致一个净力“F”，产生升力和阻力。此外，由于一定的攻角，流动方向发生改变，导致物体动量改变，在物体周围取一个控制体积并对控制体积应用*动量方程*。发现一个净合力作用在物体上。将质量守恒和动量方程这两个方面结合起来，在一个控制体积中，发现一个净合力作用在物体上，这在实践中更普遍。一艘以速度“v”运动且攻角很小的潜艇会在潜艇上产生升力，而当船在水下运动时不需要升力，因为如果潜艇产生升力，它最终会浮出水面，这不是我们想要的。潜艇用于在水下移动和执行操作。因此，在指挥塔中有一个辅助的滑水板装置来避免这种不必要的升力产生。这种滑水板的形状像机翼，起着襟翼的作用。通过倾斜鳍片并改变滑水板与水流线的攻角，产生一个负升力，抵消由于加压船体运动而产生的不必要的升力。现在，潜艇能够在水下移动，并根据信号执行操作。滑水板还与导航系统配合使用，以控制潜艇在运动中的方向。
流体力学 F.M.White 工程流体力学 K.L.Kumar