汽車在行駛時會受到來自空氣的阻力,被稱為風阻。我們經常會聽到廠家介紹新車的風阻係數,似乎風阻係數越低就好。那麼空氣對於行進的汽車有什麼樣的影響?而風阻係數又是怎麼計算出來的?我們一起來了解下。
汽車在空氣中行駛,空氣對於車輛產生阻力主要來自這三種形式。第一,氣流撞擊車輛正面所產生的阻力。第二是摩擦阻力,空氣劃過車身一樣會產生摩擦力,不過由於汽車的速度並不算快,摩擦阻力很小,幾乎可以忽略。第三則是外型阻力,這塊主要產生的原因是汽車後方會產生瞬間真空,而劃過車身的空氣會去填補這個真空位置,從而形成向上向後的拉扯力。了解了這些,我們就知道為什麼水滴的風阻是最小的,它的前端光滑而後端很小。
那麼風阻係數怎麼計算出來的呢?是在風洞實驗室中利用風洞去吹測試物體計算出來的。這個計算公式為
風阻係數=正面風阻力×2÷(空氣密度×車頭正面投影面積×車速平方)
從這個公式中可以看到,正面風阻力要減小,可以將車頭的迎風面積縮小,比如將車頭做得更薄或製作更多空隙用來導流。另一方面,車體還要適當做大,這樣才能增加投身投影面積,當然較小的車頭和較大車身之間還要兼顧美學比例。第三,就是減小車後方真空的體積,最直接的方式就是減小車尾的垂直面積,這也解釋了為什麼轎車比或SUV的風阻要小了。
那麼一般車輛的風阻係數是多少呢?普通SUV的風阻係數在0.3-0.4,而轎車則是0.25-0.35 。再低就很難了,畢竟汽車得考慮外形和實用性,也不能為了風阻係數做成水滴(0.05 )的樣子。
那麼空氣阻力對汽車動力的輸出影響有多大呢?大概的比例是:當車輛在80km/h的速度行駛時,就要有60%的動力輸出用來克服空氣阻力,而且隨著車速的增加,這個比例還會直線上升,當車輛速度超過200km/h,就要有超過85%的動力輸出是用於克服空氣阻力。而我們一般在高速公路上駕駛,車速大都在80-120km/,這個過程中風阻對於動力或者說油耗是有決定性影響的。
看過F1比賽夥伴們,相信除了那驚人的速度留給人深刻的印象外,剩下的應該就是那炫酷的車身形狀了。F1賽車上面應用了大量的空氣動力學設計,使得它可以有極小的風阻和巨大的抓地力。日常使用的汽車上,其實也有很多優化空氣動力學方面的套件。
1. 尾翼
尾翼比較科學的叫法為“擾流器”“擾流板”或 “擾流翼”。尾翼與飛機機翼所起的作用剛好相反,機翼提供的是升力,而尾翼在汽車高速行駛時產生下壓力。來增強後輪的抓地力,保證車輛高速行駛時的穩定性。而一般在城市道路車速較低時,尾翼所起的作用並不大,並且會帶來一定的阻力,當車速達到120 km/h時尾翼的優勢才會凸顯出來。這也就是一些跑車在速度到一定值時,尾翼會自動彈出,而車速下降後又會自動縮回去。
還有就是現在比較流行的鴨尾式尾翼了,雖然看起來很小,但它所起的作用卻很大。低速行駛時不會因為增加阻力提升油耗,高速時又可以提升穩定性。
2.尾部擴散器
新款F-TYPE
尾部擴散器是在車尾增加一個向上翹的導流板,將汽車底部的氣流進行梳理,使氣流可以快速通過汽車底部。讓車輛上部的空氣流速小於下部的流速,從而達到增加汽車的下壓力的目的,提升穩定性。而且相比尾翼,尾部擴散器不會產生額外的阻力。在整個過程中,車底流速最快的部位是擴散器前面的車底部位,而非擴散器。因此真正形成下壓力的是車底,不是擴散器。擴散器只是起一個輔助的作用,幫助汽車產生下壓力。
但底部擴散器的侷限性較高,想持續獲得穩定的下壓力。路面必須平整,否則難以形成穩定的低壓。同時山路或坑窪不平的道路,底部擴散器也難以發揮其作用。
3. 側裙
F-TYPE
側裙的作用相當於形成一個氣壩,阻擋車體兩側的氣流進入車身底部,有一定的擾流作用,在一定情況下可以降低空氣阻力。安裝合適可以減少行駛時產生的逆向氣流,產生下壓力,提高穩定性。
4. 翼子板
二代毒刺
翼子板的通風裝置一般位於前輪拱的後面,主要作用是使車身平整化,並且降低風阻,降低油耗。後輪翼子板出於空氣動力學的考慮,略顯拱形弧線並且向外凸出。
5.前保險槓
前保險槓下面的擾流板一般是為了減少車底氣流的流量以及亂流,讓氣流能夠更快速地向車後流動。車頭前兩邊較窄的通道可以引導氣流穿過前裙板和車輪,從而減少輪中的空氣湍流,降低車輛油耗,減小阻力,並可以給剎車系統進行散熱。
6.引擎蓋開孔
引擎蓋上的開孔,可以幫助進氣和排氣,將空氣引流帶走發動機的部分熱量,同時將通過進氣格柵的氣體儘量往上導流,從而加大汽車的下壓力,這種設計多出現在馬力大,時速高的賽車上。
汽車設計之所以是高難度工作,就是因為要兼顧機械佈置、車廂空間、設計美學和空氣動力學等諸多因素。在當前車速越來越快的前提下,在降低油耗和排放的時代背景下,越來越多的廠家開始重視空氣動力學設計,最典型的一個例子就是轎跑式SUV的出現,這種車型雖然會犧牲一些載物空間,卻能有效改善風阻係數。另外就是對於喜愛改裝的朋友而言,外型上增加空氣動力學套件不能只追求視覺效果,還要根據實際情況選擇合適的套件才能真正的達到減低風阻的目的。
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