流體力學應用/B32 潛艇升力和阻力
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潛艇是一種水下航行器，可以被認為是由半球體、圓錐體和圓柱體等幾何形狀組合而成。潛艇的鼻部和尾部可以是半球體或圓錐體，潛艇的主體是圓柱體。潛艇的所有外部元件都經過流線型設計，以提高效率。它能夠在水下獨立執行。
潛艇誕生於16世紀初。潛艇在第一次世界大戰期間開始大規模用於海軍作戰，並在一些民用領域也有應用。
潛艇的主要元件如下：
潛艇如何在人類無法生存的環境中生存？其中一個原因是耐壓殼。標準船舶的船殼是外部的金屬，用來阻擋海水進入。大多數潛艇有兩層船殼，一層在裡面幫助它們生存。另一層船殼是防水的，而內部的船殼（稱為耐壓殼）更加堅固，能抵抗水壓。最堅固的潛艇的船殼是用堅固的鋼和鈦製成的。
潛艇是否漂浮或下潛取決於潛艇的浮力。浮力由壓載水艙控制，壓載水艙位於潛艇的內外殼之間。潛艇停留在水面上的時候具有正浮力，這意味著它的密度小於周圍的水，此時壓載水艙主要充滿空氣。為了下潛，潛艇必須具有負浮力。壓載水艙頂部的通風口開啟，海水透過進水口進入，迫使空氣從通風口排出，潛艇開始下沉。
現在充滿海水的潛艇壓載水艙比周圍的水密度更大。可以透過調節壓載水艙中的水和空氣比例來控制精確的深度。潛艇在水下可以獲得中性浮力，這意味著潛艇的重量等於它排開的水的重量。潛艇在這種狀態下既不會上升也不會下沉。為了讓潛艇再次上升，只需向水艙中吹入壓縮空氣，迫使海水排出，潛艇獲得正浮力，變得比水密度小，然後上升。
大多數潛艇使用柴油發動機，一些大型潛艇使用船載核反應堆，一些小型無人潛艇使用純電池供電。早期潛艇有時使用汽油發動機，最早的潛艇是人力驅動的。
柴油和汽油發動機需要氧氣才能執行。在潛艇浮出水面或接近水面時，透過使用潛望鏡來執行發動機。在這種設計中，螺旋槳不是直接由發動機驅動，發動機用於為電池充電。柴油發動機完全為電池充電後，潛艇可以下潛並使用電池動力推進。
潛艇呈雪茄形，以便於在水中平滑地滑行，但在潛艇的正中央，有一個高聳的指揮塔，裡面裝滿了導航和其他裝置。它也被簡單地稱為指揮塔或帆。
就像鯊魚在身體上有鰭來幫助它們游泳和潛水一樣，潛艇也有鰭，稱為潛水平面或水翼。當潛艇螺旋槳向前推進時，水流過這些平面，產生向上或向下的力量，幫助潛艇逐漸上升或下降。這些鰭可以傾斜，以改變潛艇在海中爬升或下潛的角度。
還有一些輔助元件，如導航系統、生命維持系統等。
潛艇在水中，當它由螺旋槳運動向前運動時，會感覺到一種抵抗運動的力。這些力是升力和阻力，可以定義為：一個以速度“V”在流體中運動的物體，與流體流動的流線形成一定角度，該物體將受到一個作用在其上的力“F”。該力沿流線方向的分量稱為阻力，該力垂直於流線方向的分量稱為升力。阻力和升力以阻力系數和升力係數分別表示。這些係數被定義為相應的力與投影面積或平面面積上的動態力的比率。阻力系數
CD=D/(1/2)¶u2A
因此，阻力 D 由以下公式給出
D=Cd(1/2)¶u2A
升力係數 CL 被定義為
Cl=L/((1/2)¶u2A)
因此，升力 L 由以下公式給出
L=Cl(1/2)¶u2A
對稱和非對稱物體在流體中運動，與流體流線成“&”角或沿著流線運動。流線分離並繞過運動物體。流體必須沿著不同的流線繞過運動物體。這兩條流線將覆蓋不同的距離，因此覆蓋更長距離的流線必須比覆蓋較短距離的流線以更高的速度運動，這是由於*質量守恆*。快速移動的流線產生的壓力比慢速移動的流線產生的壓力更低，這是*伯努利方程*。這種跨越運動物體的壓力差最終導致一個淨力“F”，產生升力和阻力。此外，由於一定的攻角，流動方向發生改變，導致物體動量改變，在物體周圍取一個控制體積並對控制體積應用*動量方程*。發現一個淨合力作用在物體上。將質量守恆和動量方程這兩個方面結合起來，在一個控制體積中，發現一個淨合力作用在物體上，這在實踐中更普遍。一艘以速度“v”運動且攻角很小的潛艇會在潛艇上產生升力，而當船在水下運動時不需要升力，因為如果潛艇產生升力，它最終會浮出水面，這不是我們想要的。潛艇用於在水下移動和執行操作。因此，在指揮塔中有一個輔助的滑水板裝置來避免這種不必要的升力產生。這種滑水板的形狀像機翼，起著襟翼的作用。透過傾斜鰭片並改變滑水板與水流線的攻角，產生一個負升力，抵消由於加壓船體運動而產生的不必要的升力。現在，潛艇能夠在水下移動，並根據訊號執行操作。滑水板還與導航系統配合使用，以控制潛艇在運動中的方向。
流體力學 F.M.White 工程流體力學 K.L.Kumar