超跑秘密(四)：看不見的空氣動力學效應(yīng)

伯努利原理

雖然看不見摸不著，但高速車輛不能忽視它的存在。如果使用得當，它的積極效果可能會超出你的想象。超級跑車離不開它的輔助。仔細觀察精心打造的車身的每一個細節(jié)，這就是工程師們充分利用空燃氣為汽車提供出色的性能和行駛穩(wěn)定性。

空空氣通常給人溫柔和溫雅的感覺，但是空運動中的空氣充滿力量，可以使重達數(shù)百噸的飛機沖進藍天，反之，也可以使汽車產(chǎn)生遠遠超過自身重量的向下壓力，從而緊貼地面。​

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​●伯努利原理

​在日常生活中，我們很容易感受到空空氣動力學效應(yīng)的存在。當你坐在行駛的車輛上時，把手伸出車外，盡量不斷調(diào)整手與迎風方向的角度，這時你就能感受到空空氣的升力和下壓力。

我們還可以通過一個小實驗體驗空空氣動力學的奇妙之處:找一張A4大小的白紙，雙手握住紙的兩個長邊，讓短邊貼在嘴唇上，此時紙的另一端自然下垂。如果你在紙的上表面快速吹氣，你會發(fā)現(xiàn)紙是這樣浮起來的。停止吹氣后，紙張會再次回到自然下垂的狀態(tài)。如果將這一原理反過來應(yīng)用于跑車或賽車，空空氣會將汽車緊緊地壓在地面上。

對這一實驗原理的研究始于亞里士多德，直到18世紀（查成交價|參配|優(yōu)惠政策），丹尼爾·伯努利提出的伯努利原理才更準確地揭示了這一現(xiàn)象，而這一理論的本質(zhì)，用最簡單的話來說，就是:如果在水或空氣流動中速度很小，壓力就會很大；如果速度高，壓力低。這樣，當你在紙張的上表面吹氣時，氣流的速度會加快，這將導致白紙上表面的壓力降低，而強大的下側(cè)會將紙張向上推，從而使我們看到的白紙漂浮起來。

這一原理首次應(yīng)用于汽車的例子可以被描述為汽車工業(yè)中最偉大的發(fā)明之一——化油器。當活塞處于吸氣沖程時，空氣體被吸入管道，當它流過相對較窄的喉部時，流速增加，從而壓力降低，汽油從安裝在狹窄部分的噴嘴流出，噴成霧狀，形成油氣混合物，進入氣缸。

了解空空氣動力學的基本原理和常見示例，將有助于我們了解超級跑車和賽車的外形設(shè)計。汽車在行駛時，會撞擊到靜止的空空氣，所以空空氣會在汽車周圍流動，一部分會流過車身表面，一部分會跳到車身底部，一部分會進入車身內(nèi)部。如何高效地引導和利用這些氣流，為汽車提供足夠的下壓力，快速帶走發(fā)動機和剎車系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，對于超級跑車來說尤為重要。

但是，與賽車相比，增加下壓力并不是平民超跑者想要追求的一切，因為追求下壓力和降低空空氣阻力就像蹺蹺板的兩端。車輛在高速行駛時，發(fā)動機所做的大部分工作都是用來克服空空氣阻力的，因此如何降低空空氣阻力對于強調(diào)排放和油耗的民用車輛來說也非常重要，成功的關(guān)鍵在于如何在最大下壓力和最小空空氣阻力之間找到平衡。讓我們來看看超級跑是如何利用這些氣流的。

車身的空氣動力學設(shè)計

● 空車身表面的空氣動力學設(shè)計

首先，作為一款民用級的超級跑車，它的車身表面不可能像賽車一樣覆蓋著無數(shù)個經(jīng)過大量風洞試驗的復(fù)雜鰭片，起到承前啟后的作用，因為這樣會讓車輛看起來不是特別美觀。從車輛的品牌傳承、設(shè)計理念、市場定位等因素來看，大部分超級跑車在外觀上遵循流暢流暢的設(shè)計原則，這也使得空氣體在車輛周圍順暢流動，將阻力降到最低。

事實上，如果仔細觀察超級跑車的側(cè)面造型，不難發(fā)現(xiàn)從車頭到車尾的線條是一個高中心、低側(cè)面的弧形，而車底則非常平坦，這種造型與機翼的橫截面非常相似。當空氣在單位時間內(nèi)流過這個翼形物體時，由于車身上方的距離相對較長，其上方流動的空氣必然比車身下方流動的空氣要快，從而產(chǎn)生浮力。

隨著車速的增加，浮力會增加，下壓力的損失也會增加。雖然車身上下部分的壓差可能只有一點點，但由于車身上下部分的面積較大，輕微的壓差會造成抓地力的明顯差異。一般來說，車輛后部更容易受到浮動力的影響，車輛前部也會受到牽連，導致操縱穩(wěn)定性差。

——前部

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超跑的前發(fā)動機蓋配合大傾角的前擋風玻璃可以產(chǎn)生一定的下壓力。由于很多超跑都是采用發(fā)動機在中位或后位的布局，所以前發(fā)動機蓋通常會預(yù)留給空空氣動力學設(shè)計師發(fā)揮更大的空間空，比如可以通過在發(fā)動機蓋上開槽來合理引導氣流，從而產(chǎn)生額外的一部分下壓力。

隨著材料科學的發(fā)展，工程師們開發(fā)了一種被動變形擾流翼。這項技術(shù)曾經(jīng)以技術(shù)規(guī)則的擦邊球短暫出現(xiàn)在F1賽場，但后來被禁賽，但這并不妨礙它在民用車上做出巨大努力。這種機翼由柔性材料制成。轉(zhuǎn)彎時，由于速度較慢，風阻系數(shù)較低，使得機翼基本保持原來相對陡峭的形狀。一旦車輛高速行駛，較大的風阻系數(shù)會將機翼吹得更平，有助于降低空空氣阻力。

對于超級跑車來說，“快”是它們最突出的標簽之一，但它們強大的制動能力也不容忽視。如果制動系統(tǒng)在持續(xù)高負荷的情況下工作穩(wěn)定，散熱系統(tǒng)必不可少。因此，流過機車的一部分空空氣需要合理引入制動系統(tǒng)散熱，這也屬于對空的氣動效應(yīng)。

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——車身中部

車身中部通常是空一個空氣動力學很少大驚小怪的地方。工程師們大多對現(xiàn)有的車身零件進行優(yōu)化。比如從車身突出的后視鏡，在行駛過程中經(jīng)常會擾亂空氣的順暢流動。如果能很好地利用，后視鏡還能起到梳理氣流的作用。在接收到這些流暢順滑的氣流后，車尾部分也能得到更高效率/【另外，如果門把手設(shè)計成隱藏式，可以減少顛簸的產(chǎn)生。

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因為很多超級跑車都采用了發(fā)動機后置布局，車門后面會有相應(yīng)的進氣口，一部分氣流用來為發(fā)動機提供進氣口，另一部分用來提供散熱。

——后部

如前所述，車尾通常是汽車最需要向下壓力的地方。第一，高速行駛時車尾更容易產(chǎn)生升力。其次，很多超級跑車都是后輪驅(qū)動，所以車尾需要足夠的下壓力來保證抓地力。此外，氣流流經(jīng)車輛后部后，由于失去了車身的附著，變得混亂。這種顛簸會破壞車輛的行駛穩(wěn)定性，速度越高越明顯。因此，有必要在車輛后部引導氣流。

車底的氣流疏導/擴散器

很多超級跑車的尾部都裝有擾流翼，有些是固定的，有些可以根據(jù)車速自動升降。這種尾翼在低速時不影響車輛的外形，保持整體平展，同時在車輛制動時會上升并提供輔助制動。高速時，它可以疏通氣流，產(chǎn)生下壓力。

“固定擾流翼”

“可自動升降的擾流翼”

此外，pagani Huayra可以說將翅膀的作用發(fā)揮到了極致，該車前后都配備了四個可以自動升降的翅膀。車輛行駛時，每個機翼都可以獨立控制，計算機會根據(jù)當前的車身姿態(tài)實時調(diào)整每個機翼的張開角度，使車身姿態(tài)趨于穩(wěn)定，減少轉(zhuǎn)向時的側(cè)傾和制動時的俯沖姿態(tài)。

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​——車輪部分

車輛在行駛時，車輪是唯一與空氣接觸但又自身運動的部件，而它的旋轉(zhuǎn)會極大的擾亂流經(jīng)車身的氣流，好在民用級的車輛都有車輪罩，不過這對于超跑來說或許還不夠，設(shè)計人員依然要通過特殊的設(shè)計來進一步改善車輪罩周圍的氣流。但是對車輪其外部被稱作空氣簾的兩個附加垂直進氣口，可以明顯減少亂流，改善輪罩周圍的氣流。

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●可加速車下氣流速度的擴散器& # 8203；

我們來看看車底的空空氣動力學效果是如何應(yīng)用的。因為在車身上加裝擾流翼必然會增加空空氣阻力，人們開始好奇如何對底盤大驚小怪。根據(jù)伯努利理論，如果車輛下方流動的空氣速度能夠被加速，甚至超過車身表面流動的空氣速度，那么在底盤區(qū)域就會產(chǎn)生一個相對低壓的區(qū)域，然后車輛在大氣壓力的作用下緊貼地面。這種現(xiàn)象通常被稱為“地面效應(yīng)”。

事實上，直到20世紀（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）70年代末，這個看似簡單的原理才第一次應(yīng)用于汽車。當然，它還是先出現(xiàn)在F1賽車領(lǐng)域。車與地面的距離越近，就越能更好的發(fā)揮效果。由于使用這項技術(shù)的汽車取得了顯著的成就，這項技術(shù)后來受到了嚴格的限制。

“1978年布拉姆BT46B賽車”

除此之外，更有甚者，在車尾直接安裝了一個可以高速旋轉(zhuǎn)的風扇，可以快速將車底的氣流吸出車外，這無疑進一步增強了地面效果，但這種極端激進的做法只能快速禁止。

當然，民用超跑不需要這么極端的地效，但為了加快車下氣流，首先要保證盡可能少的凸起干擾車下氣流，所以一個平整的底盤是關(guān)鍵。其次，擴散器不可或缺。

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擴散器位于車輛后部，其功能主要有兩個方面:一是可以在車輛后部產(chǎn)生一定的向下壓力，引導車輛后部的氣流；第二個功能類似于前面提到的安裝在車輛后部的風扇，可以從車輛下方吸入空空氣，從而在車輛底盤內(nèi)形成低壓區(qū)。I級超級跑車的擴散器沒有賽車復(fù)雜精致，所以功能相對有限。為了使散流器的效率最大化，需要考慮如何進行合理的引導，配合平整的底盤和適當?shù)碾x地間隙，最終將氣流引導至散流器，加速氣流。

總結(jié):

空空氣動力學是科學領(lǐng)域的難點學科，研究的東西看不見摸不著。但是，對于高速運動的物體來說，它的存在是不容忽視的。與普通家用車相比，超級跑車更應(yīng)該注重/[k0/]氣動效果的應(yīng)用。優(yōu)秀的設(shè)計不僅能最大限度地降低車輛的前進阻力，還能保證車輛所需的下壓力。