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小细节大学问 空气动力学知识

2013-03-06 14:30:15  汽车之家   冯景毅 11828次阅读

空气动力学在科学的范畴里是一门比较艰深的学科,所研究的东西是看不见摸不着的,但是对于高速运动的物体,又确实不可忽视它的存在,超跑相比普通家用车要更注重空气动力学效应的应用,优秀的设计不但可以最大化的减小车辆前进的阻力,同时可确保为车辆提供所需的下压力。

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空气通常给人们的感觉是轻柔、温雅的,但是运动中的空气却充满着力量,这种力量可以让重达上百吨的飞机冲向蓝天,反过来,它也可以让赛车产生远超过自身重量的下压力,使其紧贴地面。​


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小实验

伯努利原理

​    在日常生活中,我们可以很容易地感受到空气动力学效应的存在。当你坐在一辆行驶的车辆中,将手伸出车外并尝试着不断调整手与迎风方向的角度,这时你便可以感受到空气的升力和下压力。

关于这个实验的原理研究,从亚里士多德(公元前384-322年)就开始了,直到18世纪,由丹尼尔·伯努利提出的“伯努利原理”,才较为准确的揭示了这个现象,而这套理论的实质内容,用最简单的话来讲就是:在水流或气流里,如果速度小,压强就大;如果速度大,压强就小。这样来看,当你向纸的上表面吹气时,气流的速度会加快,从而导致白纸上表面的压强减小,压强大的下侧就会将纸向上推,这样白纸就如我们看到的那样飘起来了。

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此原理首次应用于汽车上的实例可谓是汽车界最伟大的发明之一——化油器。当活塞处于吸气冲程时,空气被吸入管内,并在流经相对狭窄的喉管时流速加大,从而压强变小,汽油便从安装于狭窄部位的喷管流出,被喷成雾状,形成油气混合物进入气缸。


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了解空气动力学的基本原理以及常见的实例将有助于我们理解超跑以及赛车的外形设计。一辆车在行使时,会对静止的空气造成冲击,空气因此会向车的四周流动,一部分流经车体表面,一部分蹿入车底,还有一部分会进入车体内部,如何高效的疏导和利用这些气流来为车辆提供充足的下压力,同时迅速带走发动机、制动系统产生的热量对于超跑来说则显得尤为重要。


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不过相比于赛车,增加下压力并非是民用级超跑所要追求的一切,因为追求下压力和减小空气阻力就像翘翘板的两端。车辆在高速行驶时(100km/h以上),发动机所做的功绝大部分要用于克服空气阻力,所以对于讲求排放和油耗的民用车来说,如何减小空气阻力也显得十分重要,而成功的关键是如何在最大下压力与最低空气阻力之间找到一个平衡点。下面我们来看看超跑是如何利用这些气流的。


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车身表面的空气动力学设计

    首先要说明,作为民用级的超跑,其车身表面不能遍布像赛车一样经过大量风洞试验、纷繁复杂并对车身气流的疏导起到承前启后作用的翼片,因为这将使得车辆看上去不是特别具有美感。而根据车辆的品牌传承、设计理念、市场定位等因素,绝大部分超跑在外形上都遵循了光滑、流畅的设计原则,这也使得空气从车辆四周平缓流过,将阻力减至最小。

  其实仔细观察超跑的侧面造型,就不难发现从车头至车尾的线条呈中间高两边低的弧形,而车底则十分的平坦,而这个形状十分类似机翼的截面。当在单位时间内,气流流过这个机翼形状的物体时,由于车体上方的路程相对更长,所以上方流过的气体一定较从车体下方流过得快,如此一来便会产生一股浮升力。

    随着车速的提高,浮升力会加大,同时下压力的损失也在加大。虽然车体上下方的压力差可能只有一点点,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的差别。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受到牵连,导致操控稳定性差。

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