空气动力学原理(经典)
-2017年全国两会
空气动力学原理
(
经典
)
空气动力学原理
空气动力学在科学的范畴里是一门艰深的度量科学
,
一辆汽车在行使时
,
会
对相
对静
止的空气造成不可避免的冲击
,
空气会因此向四周流动
,
而蹿入车底的
气流便会
被暂时困于车底的各个机械部件之中
,
空气会被行使中的汽车拉动
,
所
以当一辆汽车
飞驰而过之后
,
地上的纸张和树叶会被卷起。
此外
,
车底的气流会
对车头和引擎舱
内产生一股
浮升力
,
削弱车轮对地面的下压力
,
影响汽车的操控
表现。
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另外
,
汽车的燃料在燃烧推动机械运转时已经消耗了一大部分动力
,
而当汽
车高
速行使时
,
一部分动力也会被用做克服空气的阻力。
所以
,
空气动力学对于
汽车设
计的意义不仅仅在于改善汽车的
操控性
,
同时也是降低油耗的一个窍门。
对
付浮升
力的方法
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对付浮升力的方法
,
其一可以在车底使用扰流板。不过
,
今天已经很少有
量产型汽
车
使用这项装置了
,
其主要原因是因为研发和制造的费用实在太过
高
昂。在近期的量
产车中只有
FERRARI 360M
、
LOTUS ESPRIT
、
NISSAN SKYLINE GT -R
还使用这样的
装置。
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另一个主流的做法是在车头下方加
装一个坚固而比车头略长的阻流器。
它可
以
将气流引导至引擎盖上
,
或者穿越水箱格栅和流过车身。
至于车尾部分
,
其课
题主
要
是如何令气流顺畅的流过车身
,
车尾的气流也要尽量保持整齐。
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如果在汽车行驶时
,
流过车体的气流可以紧贴在车体轮廓之上
,
我们称之为
ATTECHED
或者
LAMINAR
(
即所谓的流线型
)
。
而水滴的形状就是现今我们所知的
最
为流线的形状了。不过并非汽车非要设计成水滴的形状才能达到最好的
< br> LAMINAR ,
其
1 / 9
实传统的汽车形态也可以达到很好的
LAMIAR
的效果。
常用的方法就
是将
后挡风玻
璃的倾斜角控制在
25
度之内
。
FERRARI 360M
和丰田的
SUPRA
就是
有此特点的双
< br>门轿跑车。
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其实仔细观察这类轿跑车的侧面
,
就不难发现从车头至车尾的线条会朝着车
顶向
上呈弧形
,
而车底则十分的平坦
,
其实这个形状类似机翼截面的形状。
当气
流流过
这个机翼形状的物体时
,
从车体上方流过的气体一定较从车体下方流过的
快
,
如此一
来便会产生一股浮升力。
随着速度的升高
,
下压力的损失会逐渐加大。
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1
虽然车体上下方的压力差有可能只有一点点
,
但是由于车体上下的面积较大
,
微
小的压力差便会造成明显的抓着力分别。
一般而言
,
车尾更容易受到浮升力的影
响
,
而车头部分也会因此造成操控稳定性的问题。
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传统的房车、
旅行车和掀背车这类后挡风玻璃较垂直的汽车
,
浮升力对它们
的
影响会较为轻微
,
因为气流经过垂直的后窗后就已经散落
,
形成所谓的乱流效
果
,
浮
升力因此下降
,
但是这些乱流也正是气流拉力的来源。有些研究指出像
GOLF
之类的两
厢式掀背车
,
如车顶和尾窗的夹角在
30
度之内
,
它所造成的气流
拉力会较超过
30
度
的设计更低。所以有些人就会想当然的认为只要将后窗的和
车顶的夹角控制在
28
至
32
度之间
,
就能同时兼顾浮升力和空气拉力的问题。
其
实问题并没有那么简单
,
在
这个角度范围里气流既不能紧贴在车体上也不足以造
成乱流
,
如此一来将很难预计空
气的流动情况。
因为汽车在行驶时并非在一个水
平面上行驶
,
随着悬挂系统的上下
运动
,
其实汽车的离地距离是一个变量
,
而气
流在流过车体上下所造成的压力
差也会
随时改变
,
同时在车辆过弯时车尾左右的
气流动
态也会对车尾的气流情况造成影响。
当尾窗与车顶的夹角介于
28
至
32
度时
,
车尾将介于稳定和不稳定的边缘
,
这其实非
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常危险的。
举个例子
, AUDI TT
在推出时曾经发生高速翻车的问题
,
当时的事故调查
报告指出
AUDI
TT
的后轴在
高速时浮升力过高
,
造成后轮抓着力太弱。
而
TT
在设
计时以风格作为首要前提
,
在空气动力学上有所牺牲。后窗与车尾的弧度就介于以上
那个尴尬的
角度之间。
车厂在设计掀背车时宁愿将车尾设计的平直一点
,
一来可以增
加车内的空间
,
二
来也克服了空气动力学上的不足。
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尾翼的基本设计
尾翼和扰流器的诞生正是要解决气流和浮升力的问题
。
我们见到过的尾翼可
谓
五花八门、千万百怪。不过它们却有着相同的特点
:
表面狭窄、水平面离开车
身安装
(
如果尾翼紧贴在车身安装
,
如果它不仅仅起到装饰作用
,
便只有扰流器
般的作用
,
这
两者是不同的。
)
尾翼的主要作用是增加下压力
,
所以尾翼的
外形
必须像倒置的机翼才
行
,
这样的设计会使流经尾翼下端的气流的速度较流经尾翼
上端的来得高
,
从而产生
下压力。
还有一种产生下压力的方法是将尾翼前端微微
向下倾斜
,
虽然这种设计会
比水平式的尾翼产生更大的空气拉力
,
但是在调节下
压力大小的方面却较有弹性。
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2
WING
和
SPOILER
的分别
尾翼和车尾扰流器的分别是后者与车尾连为一体
,
或者干脆就是车身整体设
计的
一部分。
车尾扰流器其实也可以用来制造下压力
,
但是常见的功能扔是减少
浮升力
和气流拉力。
掀背车的尾扰流器集结了大量的空气于扰流器的前方
,
目的
是分隔车
尾的气流
,
从而降低浮升力。
后扰流器也可以令气流更顺畅的流经车尾
,
< br>避免气流长
时间的徘徊或紧贴在车尾上
,
如此一来便可以减少空气拉力
,
同时也
可以减低导致浮
升力的车底气压。
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3 /
9
所以
,
有很多车书喜欢统称车尾上的凸出物为尾翼是很不专业的行为
,
比如
普通
版的
911
那个可以自动升降的东西该被称为扰流器
,
而
GT2
上的那个才是货
真价实
的尾翼。
一般来说
,
欧洲的车厂比较注重汽车的美学设计
,
同时也很在意
SPORTS
SEDAN
和
RACING
EDITION
之间的分别。所以
,
欧洲的车厂比较忌用尾翼
,
而日本的车
厂则将尾翼作为卖点推给顾客
,
从这种分别中也可以轻易的体会出不
同国家造车哲学
的不同。
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尾翼和扰流器的简史
早在上世纪
30
< br>年代
,
各大车厂已经开始致力于降低气流拉力
,
而对于浮升
力的研
究
,
各车厂大致要到
60
年代才开始关注。
FERRAR
的赛车手
RICHIE GINTHER
于
1961
年发明了能产生下压力的车尾扰流器
,
他也因此闻名于世。随后
的
FERRARI
战车
也都使用此
项设计。而第一部使用前扰流器
(
俗称气霸
)
的汽车应
该是大名鼎鼎的
FORD
GT40
。这部车在超越时速
300KM/H
时所产生的浮升力令其
成为一部根本无法驾
驭的汽车
,
据说
在加装了前气霸之后
,
GT40
在达到极速时
前轮的下压力由原来的
310
磅激增至
604
磅
!
! !
至于第一部使用尾翼的汽车我
没有准确的资料
,
不过据说时道
奇于
60
年代末生产的
CHARGER DAYTONA
PLYMOUTH SUPERBIRD
。
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韵敕洲车厂方面
,
< br>保时捷可以算首家兼顾扰流器的功能和美学设计的车厂。
1975
的
911 TUBRO
的一
体式的气霸和鲸鱼尾式的扰流器大副降低了浮升力的产
生
,
其效用
高达
90%
。于是在
70
年代末
,
气霸和扰流器更成为保时捷的标志。
当时有很多以高
性能作为卖点的车厂也跟随保时捷的步伐以气霸和扰流
器作为
卖点。
(
< br>说到这里
,
我
到想起了一些题外
话。其实车厂都要经过一个发展阶段才
能走向成熟
,
其实日本车与
欧洲车的差距就体现在日本车其实在走欧洲车曾经走
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