文档介绍：回旋镖飞行原理冯兴如陈经刚姜绍材高劲松陈海军冯冰(海洋环境学院03级海洋科学)摘要:回旋镖本是古人用来狩猎工具,它在被仍出后,假如没有击中猎物,就能够重新飞回猎手手中,一万多年后,它被大家用来娱乐和健身,深受大家喜爱。本文,将结合流体力学和理论力学相关知识,来介绍它飞行原理。关键词:回旋镖绕流翼形升力进动简介在人类发展早期,在波兰、中国、澳洲等地出现了一个狩猎工具,用以远距离攻击猎物,未打中物体话能够以优美曲线回到猎手手中,这就是大家所知回旋镖。回旋镖(Boomerang),又名飞去来器,有V型、香蕉型、十字型、三叶型、多叶型等多个形状,即使其形状存在差异,但在结构上却存在某一相同特点使其全部含有掷出后自转同时能够绕某一铅直回旋轴做圆周运动。但尽管回旋镖出现于石器时代距今已存在两万多年,但其为何能回旋到投掷者手中,却并不为广大爱好者所了解。以V型回旋镖为例仔细观察翼面结构,会发觉两翼并非以中心线镜面对称,通常称较厚一端为前缘,而较薄一端为后缘。回旋镖厚薄配置如右图一所表示。原理一、升力:在回旋镖飞行过程中,回旋镖(图一所表示)逆时针自转,较厚前缘一直在前,(来自《一般物理学教程——力学》)把坐标系固定在断面上,则研究此断面问题就归结为均匀来流绕流问题。紧靠上侧绕过翼型断面气流经过较长距离,粘性力影响较大,紧靠翼型断面下侧气流经过旅程较短,粘性力影响小些,于是两股气流在机翼尾部汇合时流速不一样,上侧流速较小,而下侧流速较大,所以在机翼尾部形成图二所表示涡旋,叫做起动涡,流体最初没有角动量,又未受到外力矩作用,,则流体另一部分肯定要沿反方向旋转,以保持角动量守恒,这反方向涡旋便是围绕机翼环流图二所表示(箭头只代表方向)。在上侧,环流方向和气流方向相同,,下侧流速就会比上侧小。当粘性很小时,只有物体表面周围很薄一层流体粘性作用含有较大速度梯度,这一层称为附面层,附面层内视为粘性流体,附面层外就看成无粘流体来处理。因为回旋镖飞行时速度不是很大,所以能够把空气当成不可压缩,再把此绕流视为定常运动,于是我们能够应用伯努力方程。假设上层流速为,下层流速为,一样上层压力对应为,下层压力对应为,忽略上下两层高度差,于是依据伯努力方程①能够得到:(1)因为所以能够得到,上下两个侧面压力差称为升力。由茹可夫斯基定理②可知,来流速度大时,此升力就大。图三所表示图三二、一个假设:在扔回旋镖时,主人右手握住图一中A处,而且镖稍微向右倾斜,其姿势图四所表示。所以回旋镖所受升力并不是同飞机一样竖直向上,而是近似水平(和水平方向有一个小夹角)此时对回旋镖进行受力分析,图五所表示因为回旋镖重力很小,所以稍微倾斜,升力就能够把重力抵消,所以在飞行过程中,回旋镖不会因为本身重力而落下。因为回旋镖倾斜角度很小,且其倾斜后重力很轻易被抵消,所以能够假设其在飞行过程中没有倾斜,且不受重力。三、回旋:在上述假设下,下面分析回旋镖为何能够回旋一周,而回到主人手中。飞行时图六所表示图所表示,回旋镖在飞行过程中,因为受到向左升力,质心速度方向会发生改变,不过假如回旋镖一直受到向左升力,也不会回旋到原来位置,其所以回旋是因为它在向前飞行同时,也在自旋。假设回旋镖一臂已抵达最高点,而另一臂几乎在最低点