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SOLIDWORKS Flow Simulation：分析羽毛球的空气动力学

羽毛球是一项流行的球拍运动，与许多其他用球进行的球拍运动不同，这项运动中的运动员使用羽毛球。它们的独特之处在于它们可以实现比其他项目更高的速度。此外，由于空气动力阻力更大，副翼制动速度更快。这是由于它们的外观，同时对飞行轨迹有重大影响。

在现代羽毛球比赛中，使用两种羽毛球：羽毛球和尼龙球，通常被称为合成或塑料。传统的羽毛球通常由从一根鹅翅中选出的十六根羽毛制成。但由于其耐用性较差（比赛期间，一场比赛使用了27个羽毛球），制造商开始生产合成羽毛球，其特点是使用寿命较长，但在飞行过程中变形较多。这导致它们的空气动力特性和飞行轨迹存在差异。如今，羽毛球成为职业羽毛球运动的首选。江苏SOLIDWORKS

两种类型的飞镖具有相似的重量分布。软木塞比身体的其他部分重得多。因此，所有副翼倾向于沿运动方向排列。飞行中最稳定和占主导地位的副翼配置是零迎角，轴向运动方向。

不同类型的羽毛球之间的飞行差异从何而来？羽毛球的外观又是如何形成的？为了找到这个问题的答案，应该进行风洞实验研究或数值模拟。SOLIDWORKS Flow Simulation 软件允许您创建空气动力学仿真。

假设

在下面的文章中，我将介绍三种不同类型副翼在稳定状态下的模拟。第一个羽毛球将由鹅毛制成，第二个羽毛球将是塑料羽毛球，第三个羽毛球将是几何形状没有孔的羽毛球。所研究的几何形状的外观如下所示。每个飞镖具有完全相同的直径（70 毫米）和相同的长度（85 毫米）。

图1测试模型。从左至右依次为：羽毛球、塑料球、侧壁无孔球

在每次模拟中，我假设航天飞机沿其对称轴以50 m/s 的速度移动。此外，各处都使用相同的计算域，从副翼头前面 150 毫米开始，到副翼头后面 650 毫米结束。SOLIDWORKS价格

图2计算域

此外，选择具有默认属性的空气作为流体。

为了更好地捕捉所有物理现象，使用了初始化级别为4 的自动网格。此外，选择了“高级通道重发”选项。此外，为整个几何体分配了一个局部网格，其中“精炼流体单元级别”等于4。网格可以进一步细化，但由于计算的长度，决定保留这样的网格。

图3生成的网格

然后定义计算目标。在这种情况下，它是气动阻力和根据以下方程定义的气动阻力系数值：
C x = 2F d / ρv 2 A

在哪里：

Fd – 气动阻力
ρ – 空气密度
v – 航天飞机速度
A – 航天飞机表面积，即 A = πD 2 / 4

对于这样设置的预处理参数，雷诺数等于230,000，并对所得结果进行了计算和分析。

分析所得结果

气动阻力系数的数值总结如下表

飞镖的一种	由羽毛制成	合成的	无孔
CX值	0.50	0.62	0.32

正如您所看到的，合成材料航天飞机的阻力系数值最高。这意味着这样的航天飞机将是所有航天飞机中制动速度最快的。因此，如果你想把球打到球场的另一边，你必须使用尽可能大的力量。Cx系数最低值为无孔梭。这意味着这样的航天飞机制动速度最慢。因此，应该得出结论，孔导致了系数值的增加。购买SOLIDWORKS

下一阶段是分析通过羽毛球对称轴的平面上的速度分布。下图显示了完全展开的流动的面内速度分量。对于羽毛球和合成羽毛球来说，羽毛球与湍流区域中的轴向流相关。这是通过镖体上的槽吸入周围空气的结果。此外，值得注意的是，在副翼下方，轴向喷流被一个移动相对缓慢的环形区域包围。无孔羽毛球的流动曲线完全不同。在这种情况下，壁之间的空气速度为零。对称轴本身的流动与大的再循环面积相关。

图4沿副翼轴线的速度分布

下图中的环形区域非常清晰可见。结果可见的平面靠近省道几何形状的末端。

图5羽毛球上的速度分布

图6塑料梭上的速度分布

此外，还关注相对压力的分布。正如您所看到的，航天飞机内部的压力比其外壁上的压力低得多。这意味着羽毛球在飞行过程中会改变形状。它的尺寸将会减小。此外，压力之间的差异将导致阻力。压力差越大，阻力越大。

图7副翼壁压力分布

下一步是呈现流线的轨迹。以羽毛制成的羽毛球为例，您可以看到气流轨迹在羽毛球后面旋转，这是由于流体获得了相当大的切向速度。这导致羽毛附近产生高流动涡度。这样的事情会增加阻力。当检查塑料制成的梭子时，您可以看到空气管路没有汇聚到中心，这在没有孔的梭子的情况下是可见的。这让我们可以断言，用这种方法制作的羽毛球将提供更大的阻力。

而且，您可以看到，在穿过航天飞机的其余部分后，速度值发生了变化。这意味着羽毛或塑料网造成了阻力。梭头仅承担总阻力的11%。