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涨姿势|盘点汽车空气动力学设计

汽车这项发明至今已有400多年的历史了。从最期简洁的结构和不靠谱的性能,演变到牢固而笨重的自重,再发展到现在追求轻量化和高性能……这400多年里,工程师们逐渐发现了汽车在做为一项方便于人类日常生活的工具以外,同时还将是一件充满着科技的玩具……
与船只和飞机不同,虽然同样作为交通工具,但是汽车工业所涉及到的空气动力学以及阻力是最为复杂的一个。在正常行驶过程中,汽车即受到地面的带来的摩擦阻力,又会受到不同速度情况下空气所带来的影响。现代化的汽车制造行业中,车辆自重已经不再是决定车辆本身的行驶稳定性的绝对因素,车辆的外观空气动力学设计以及主动的空气动力学装置成为了融合人类科技和大自然为一体的最有力武器。
毫不夸张的说,目前人类最顶尖的汽车空气动力学设计和研究项目都投入到了最顶尖的F1方程式赛车中。虽然这些我们不常接触的赛车与大部分人没有太多交集,但是我们平常日常所驾驶的代步汽车以及价格昂贵的性能跑车的外观设计也都蕴含着很多看似不起眼的空气动力学设计以及主动调节装置。
今天Ray哥就给各位简单介绍一些汽车外观设计以及主动调节车辆空气动力学的装置。这些平时看似不起眼,或是你觉得没有必要的装置和设计到底有哪些功能?
Air Curtain

风幕

众所周知,大部分车辆的前保险杠的两侧都会有开口或是格栅的设计。这两侧的进气设计大部分并不是为了给大部分“前置引擎”车辆的进气做辅助的。要知道,车辆在行驶过程中,轮胎在运行时周围的空气阻力以及地面的摩擦阻力超过了车辆全部阻力的15%。
前保险杠两侧下方的开口设计Air Curtain汽幕的作用就是让空气通过进气口,导流空气的同时让通过的空气变成一个稳定而柔和的风带。在这一个稳定的气流区域里,轮胎高速运行时的阻力会被通过的空气“安抚”一些,从而为车辆减少不少的阻力。空气在通过汽幕再经过轮胎的同时,也同样会为车辆前轮以及刹车系统进行降温作用,一举两得。
在一些追求性能以及车辆稳定性的车辆还会在前轮叶子板处再进行一个导流开孔设计。这类设计不仅让前轮和刹车系统的降温效果大大提高的同时,也让空气更贴合车辆侧面的车体结构,从而车辆的侧面稳定性也更好。
Air Scoop

风斗

Air Scoop,叫做风斗或是更简单点就叫进气口吧。这一个空气动力学的设计或是加装部件的本意并不是为了提高车辆的稳定性,更多的用途是为了增加车辆引擎对于空气的渴望,从而榨取更多引擎动力的设计。对于大部分的前置引擎的性能车来说,特别是美式肌肉车和JDM的几款涡轮车,它们的引擎盖上都会加装直接隆起状进风口。这类进风口是直接让空气流入引擎舱内达到目的。
而另一种兼顾了空气动力学稳定性以及强制进气的引擎盖设计就是上图的这一款凹陷式风斗系统。熟悉流体力学的朋友应该清楚:在同一个区域内,空气流过一个表面的速度越快,压强越小。从而不难看出,凹陷式的引擎盖风斗切口的上表面风通过的速度明显要高于引擎盖内侧的流速,从而空气被强制压进了切口内。与此同时,该设计的空气动力学稳定性要比突兀的隆起状的进风口要高的多。
而对于很多中置引擎的超级跑车而言,引擎所渴望的空气则是被车辆前保险杠的开口以及车辆侧身腰线的流体力学设计导入到后轮之前。通过各种导流设计以及开口装置,利用“撞风效应”强制将高速贴合车身的空气推入位于驾驶舱后部的中置引擎中,从而获取动力的来源。同时,大部分有侧身风斗设计开口的跑车都会利用这一设计将车辆后轮的降温性能同时兼顾,保障良好的刹车散热性能。
最后,比较稀有的后置引擎车辆,例如保时捷的911车型,工程师会在车辆的尾部,或者更牵强一点说它是Roof Scoop顶部风斗。这类风斗是利用了通过车辆上方比较贴服车身的气流,顺带着导入位于车辆尾部的引擎进气口。当然,许多中置引擎的车辆也会加装顶部风斗,为中置引擎舱增加更多空气通过率。
Front Lip/ Dam

前唇/前铲

Front Lip或者Air Dam相信大部分人都见过许多超跑和改装车的前保险杠下都安装了比较“接地气”的一个套件,这类套件比较粗犷的朋友称之它为“前铲”,比较儒雅点的朋友称之它为“前唇”。您可别觉得这这个东西装着是为了霸气,这一个装置是一件兼并了外观美感和空气动力学稳定性的高性价比装备。当车辆相对于空气进行行驶时,车辆的头部会与相向而来的空气产生对撞。对撞的空气不是贴着引擎盖上去了,就是顺着保险杠到车辆底部了。在流体区域内,一旦发生了碰撞导致了流速不同,就会在该区域内产生一个紊乱区,这个区域内的空气非常混乱,空气的阻力也非常不稳定。
而“前铲”或“前唇”的作用把通过的空气挡住的同时也将这个装置以下区的小区域变成了一个低压“真空区”。在“真空区”的上面,也就是铲子的上面的压力很大,会产生强大的下压力。这样以来,就非常巧妙得利用空气动力学将车辆的头部下压了。
当然,加装了固定的“前铲”后,高速状态下它能为车辆提供良好的下压力,但是势必也会为车辆轮胎与地面的摩擦阻力增加不少,从而影响到车辆的加速性能。部分非常聪明的跑车厂商就为高性能车型加装了“Active Front Lip”主动调节前唇。比如保时捷的911 Turbo/S车型以及阿尔法罗密欧的Giulia顶配车型都配有这种能够主动调节的装置,在车辆低速行驶时前唇处于收起状态,当车辆高速行驶需要更多下压力时,该前唇自动放下提供下压力。
Diffuser

扩散器/扰流器

与上面Ray哥刚介绍完的“前铲”和“前唇”息息相关的车辆尾部以及底部的装置就是Diffuser了。人们称之为扰流器或者扩散器。同样,这个安装在许多超级跑车以及赛车尾部的帅气而又夸张的装置同样能够兼顾车辆的颜值和车辆高速行驶稳定性。
虽然上述的“前铲”和“前唇”能够给车辆头部部位提供下压力,但是气流还是会通过车辆底部流过车身。由于大部分的车辆传动系统和排气系统都在车辆底部,因此在看似“平缓”的车辆底部的气流其实是非常混乱的。在车辆底部加装全尺寸的扰流板不仅能够保护底盘的机械部件,也同时能够让流过车辆底部的气流在不产生上扬或下压力的同时平顺的通过。
在气流通过车辆底部到达车辆尾部的时候,会与车辆顶部过来的气流汇聚,两股气流又会发生碰撞产生一个非常混乱的区域。这时候,尾部的扩散器或者扰流板就能够引导大部分车辆底部的气流直接向车辆后方传递,减少尾部上升气流与车辆顶部传来的气流相撞。
在顶级的赛车比赛中,为了让赛车的自重减小到最轻,车身部件和底盘几乎都是碳纤维材料打造而成。因此,在时速超过300km/h的比赛中,车辆高速出弯和入弯时,只有几百公斤自重的车辆的上升力和下压力全都靠这些物理机械部件来保障。为了让赛车达到最好的车辆稳定性,各种大号的GT尾翼和夸张到可以拿来耕地的扩散器都用来给车辆带来大自然力量的呵护
而对于搭载了最新科技的顶级的Hypercar来说,这些车辆不仅是在赛道上如鱼得水,更是有着在大街小巷多人目光的作用。因此,顶级的跑车制造商为了让超级跑车能够兼顾赛道和街道的使用途径,为车辆安装了各种非常隐蔽而又非常有效的黑科技:自动控制的扰流部件。保时捷918 Spyder车型的前风幕可以又电脑自动控制开关,与之相连的是车辆底部的一个自动控制扰流装置。电脑通过控制风幕和底部扰流装置的开合来自动调节车辆底部的稳定性。
好了,Ray哥已经介绍完了汽车上大部分大家常见的有关于空气动力学部件的作用了。哦?你还在等Ray哥介绍“尾翼”? 呵呵,尾翼是必不可少的,但是关于尾翼这个在汽车上“举足轻重”的“双刃剑”,目前已经被很多“改装迷”拿来当做“装B”的工具。自己胡乱加装尾翼的这个行为的美观性,现在已经远远超过了这个部件本身所将要给这台车带来的性能影响了。稍安勿躁!下一期Ray哥就给各位朋友详细介绍一下“尾翼”的作用以及它的重要性!
作者介绍

Ray哥

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不拘泥于现状的汽车、摩托车爱好者,定期编写汽车相关文章,制作汽车相关测评视频。致力于将汽车安全驾驶经验以及积极向上的汽车文化传递给大家,让纽约百车汇成为爱车人士的温馨港湾。

 

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