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空气的力量-热门资讯

更新时间:2020-01-08 13:01点击:

  空气是影响汽车行驶的重要因素,说到汽车与空气,我们会想到风阻、风洞等一系列名词。在近年各大品牌的新车介绍中,提到风阻系数的厂商不在少数。在提倡环保的今天,车厂们愈发重视可以有效提升汽车行驶素质与排放水平的空气动力学设计。空气与汽车究竟有什么不解之缘?下面由小编带领大家揭开市售车在空气动力学设计上的奥妙。

  风阻系数是衡量一辆汽车受空气阻力影响大小的一个标准。风阻系数越小,说明它受空气阻力影响越小,反之亦然。风阻与速度成平方正比关系,权威测试表明,当车辆以80km/h的速度前进时,60%的耗油是用于克服风阻消耗;当车辆以200km/h前进时,85%的油耗是用于克服风阻。一辆车的风阻系数每降低10%,至少能降低7%的油耗,而百公里加速将可能提高23% 。合理地对车身造型进行设计,可以大幅降低车辆的Cd值。

  风洞是空气动力学研究和试验中被使用得最广泛的工具,风洞中的气流需要有不同的流速和不同的密度,甚至不同的温度。风洞中巨大的人造风,可模拟各种行车环境中遇到的空气阻力、噪声、热力学状态,以及天气环境甚至太阳辐射等,用以测试样车的安全性和操纵稳定性,以优化车辆的车身设计,最大限度地减少汽车在行驶中损失的动力。

  随着越来越多的汽车厂商在它们的新车介绍中加入低风阻系数这一特点的强调,消费者们也渐渐地了解到了空气动力学这一汽车设计中需要考量的重要环节。下面我们用一些简单的例子,看看空气动力学是如何服务于汽车的。

  很多人可能好奇一个问题——为什么两厢车的后窗玻璃上会有雨刷,而大部分三厢车都没有?这是和空气动力学相关的一个问题,我们可以看图中气流的流向。汽车上下表面流过的气流在车尾部相遇,会形成类似于真空区的区域,车头为正压,车尾为负压,造成车头与车尾形成压力差,从而有了方向向后的阻力。

  从图中可以明显看出,两厢车的负压区的形成在后风挡的附近,容易卷起尘土或雨水,然后糊在玻璃上进而影响视线,而两厢车的后窗加上雨刷对其阻力系数影响不大,所以两厢车会在后风挡上配备一个雨刮器。

  然而三厢车型就不一样了,它的负压形成在后备箱的尾部,为了使车身更加光滑从而减小阻力,所以大部分三厢车都不会配置后雨刷。

  大多数汽车的引擎罩上都会有如上图这样两道延伸到A柱的棱线,这两道线条存在的意义不仅仅是美观效果,更多的是空气动力学的考量。事实上一辆车的线条处理很多都是为了导流而设计,引擎罩上这两道线条的意义在于将车前部的一部分气流引向车辆后视镜附近的一个区域而降低风阻,在大型越野车上亦可减少大量气流直接撞在挡风玻璃上所带来的噪音。

  如今的很多车款的底盘上都会配置护板,这项配置除了可以减少飞石等磕到底盘对底盘部件造成的损坏外,还可以使车底的形状更加平整,从而使空气能够更顺畅地流过底盘,从而达到减小行驶时的空气阻力,提高燃油经济性的效果。

  众所周知,飞机的机翼设计成上凸下平是为了使上表面的空气流速大于下表面形成压差,从而产生升力,进而使飞机更加自由地腾空飞行。汽车不需要飞,但是我们可以看到汽车的形状也是上凸下平的,这就会带来一个问题——行驶速度越高,气流所带来的升力也会变得越大。这便是多年前一些小型车车主反映的“在高速上开车的时候车子发飘”的原因。

  所以,一辆汽车空气动力学设计的好坏,并不是仅仅是一个风阻系数就能代表得了的,在这里小编给大家举一些车型风阻系数的例子:

  我们会发现Hypercar与方程式赛车的风阻系数要远高于CLA级的0.23Cd,很多人可能会好奇——跑车的车身远比一般家用车低矮扁平,为什么风阻系数还会这么高?

  我们以兰博基尼在自家跑车Huracán Performante上使用的ALA主动式空气动力学系统为例来看看超级跑车是如何处理流过车身的空气的。

  在最大下压力状态下,阀门会处于水平状态,从而使气流通过前进风口进入刹车盘区域,既可以在过弯的时候给车增加下压力从而获得更大的抓地力与速度,又可以起到冷却刹车盘的作用。由于气流从车体中穿过,所以风阻自然就会变得比较大。

  较高的下压力是车辆在赛道中劈弯的利器,但是到了直线上它带来的阻力会阻碍车辆直线性能的发挥。这时候ALA就会进入最小阻力状态,在这种状态下,阀门会将一个导流通道释放开来,使得气体尽可能地从车底流过,达到使气流更集中,也就是间接使得车身更平滑的效果。阻力减少了,车辆直线上的速度与加速度便得到了提高。

  我们再来到车尾,ALA在尾翼上做了一个很有意思的设计。这支尾翼看起来平淡无奇,但是它的翼片与两根支撑杆都是中空的,与引擎罩后的两个通风口相连(详见上方左图),那气流从哪里出去呢,这就比较难找了,小编也是研究了一会才在一张照片上找到了答案,就是右图圈出来的虚线状的通风口(从左到右都有,小编只圈出了照片上能看见的部分)。它工作时也同样分为最大压力与最小阻力两种工作状态。

  在过弯时尾翼处于最大压力状态,此时进风口出的阀门关闭,车尾气流大部分都会经过尾翼,上平下凸的尾翼则会产生与车身相反的压差,从而给车一个向下的压力,起到增强抓地力,提高过弯稳定性的效果。在这种状态下ALA尾翼与一般的尾翼是基本没有区别的。

  回到直线上,ALA便进入最小阻力状态。这时候阀门打开,一部分气流会通过进风口进入尾翼内部,再通过尾翼下部的出风口流出。

  这里才是这套尾翼真正的厉害之处,从尾翼中流出的气流会与从尾翼下部流过的气流相遇,从而将其打乱,这时候尾翼下部气流的流速是不会快于上部气流的,这样一来尾翼便不会为车辆增加不必要的压力,从而减小了传统尾翼在直线上带来的额外阻力。

  ALA对空气掌控的本领还不止于此,它的另一个厉害之处在于尾翼的左右是两个独立的单元,入弯时系统会通过车辆走过的弯道的方向,而改变尾翼左右的工作状态。

  如上图,车辆过右弯的时候,右侧的尾翼会处于最大压力的状态,而左侧会处于一个下压力小的状态,这样既可以减小过弯侧倾,提高稳定性,又能够有效地通过更小的转弯角度来提高过弯速度。

  很多人会认为汽车的风阻系数越低越好,但是通过以上的介绍,我们会发现空气给汽车带来的绝不仅仅是阻力,近年来随着技术的不断进步,各大车厂也频频出招,研发自己的空气动力学科技。合理地引导空气,汽车的能耗与噪音可以得到显著的减少;高效地利用空气,汽车的行驶素质可以得到质的提高。近来,代号为G30的宝马5系与奔驰不久前推出的新一代A级已经将量产车的风阻系数下探到了0.22Cd的水准,各大跑车制造商也不断地在自家新车上配置主动式空气动力学系统,未来汽车与空气还会摩擦出什么样的火花,让我们拭目以待。

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