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主题: [原创]高尔夫球的学问
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作者 [原创]高尔夫球的学问   
木辛
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头衔: 海归元帅

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声望: 院士

加入时间: 2004/02/23
文章: 7094

海归分: 1808921





文章标题: [原创]高尔夫球的学问 (3560 reads)      时间: 2008-9-12 周五, 18:12
  

作者:木辛海归茶馆 发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

高尔夫球的学问可大了。我主要讲的是力学方面的学问。空气动力学算是其中之一。

我在德国国家研究所搞科研时,接待了一个人,说是可以搞科研合作。他纠集了一些俄罗斯的流体力学科学家将与Vortex(涡旋)有关的研究结果应用在某些领域,其他我都记不得了,我只记得他提到高尔夫球。高尔夫球表面的凹陷结构在飞行中产生小漩涡,改变了球体表面的边界层湍流,使高尔夫球的阻力减小,因而飞行距离更长。
这是我第一次接触到高尔夫球的空气动力学。昨天看到网上一张图片,高尔夫球的表面流体的图像,我突然又想起这个题目。




不妨就此简单介绍一下,好在这里有些不是搞理工的,也算科普一下,还不算班门弄斧。

球绕流是流体力学永恒的题目。简化的流体运动,如果没有考虑粘性的话,相当于用伯奴利方程计算,小球的绕流前后压力相等,不会产生阻力。

可见不计阻力的话,球体流动的压力差造成的阻力效果为零。
当然实际上不是这样,因为有了粘性阻力。粘性阻力产生了边界层,边界层随着流体的相对速度增加而加厚,这个指标就是雷诺数。雷诺数越高,边界层越厚,最后实在挂不住了就脱离了球体表面,专业术语是转捩点,形成漩涡,即死水区。如图:上图是流线图,下图是压力分布图。



正面的压力大,背面的压力小,因而形成压差,使得小球受到压力的阻力,速度就降了下来。

可见,小球表面边界层分裂的角度对飞行阻力的影响很大,角度越大则阻力越小。

通过球体表面的凹陷结构,会产生微小的漩涡Vortex,这些小漩涡可以使层流的边界层变成湍流边界层,这样就使得边界层分裂的地点往后,及角度变大,使得气压阻力变小。

如图:




这就是为什么高尔夫球表面会有凹陷结构的原因。几百年前的高尔夫球是皮做的。人们发现表面粗燥的旧球反而比新球飞得远。到了19世纪,马格努斯发现了旋转球会产生升力,被人叫做马格努斯效应。但是人们仍然没有确认绕球流体运动的问题。但是已经开始采用不光泽表面的高尔夫球了。另外,高尔夫球的自旋也会产生额外的上升力。




总的效果是高尔夫球的飞行距离增加了。光滑表面的球可以击出60多米,有凹槽的可以击出270多米。




围绕着高尔夫球的设计,还有许多要求要满足,最主要的是,球要对称,不能让球的飞行偏向某个方向。如何设计凹陷,保证这个要求,要多深的凹陷,多大,什么形状,这是主要是数学问题,造就了许多的专利。

对高尔夫球的研究甚至成为美国宇航局NASA专家们的课题,无论是试验,是计算,是观测,都投入了大量的精力。虽然,中国也可制造高尔夫球,但是未必有人愿意投入这么多心血去研究高尔夫球的原理,并开发出更好的高尔夫球,模仿别人大概就够了。

但是,中国生产的高尔夫球目前也只能是模仿,而不会成为高端和前沿。

作者:木辛海归茶馆 发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com






上一次由木辛于2008-9-13 周六, 07:26修改,总共修改了3次





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