汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)部件有什么作用



汽車這項(xiàng)發(fā)明至今已有400多年的歷史了。從最早期不靠譜的性能，到牢固而笨重的車身，再發(fā)展到現(xiàn)在追求輕量化和高性能的現(xiàn)代化車輛……這400多年里，工程師們逐漸發(fā)現(xiàn)了汽車在做為一項(xiàng)方便于人類日常生活的工具以外，同時(shí)還將是一件充滿著和大自然對(duì)抗的玩具……



與船只和飛機(jī)不同，雖然同樣作為交通工具，但是汽車工業(yè)所涉及到的空氣動(dòng)力學(xué)以及摩擦阻力是最為復(fù)雜的一個(gè)。在正常行駛過程中，汽車即受到地面的帶來(lái)的摩擦阻力，又會(huì)受到不同速度情況下空氣所帶來(lái)的影響。現(xiàn)代化的汽車制造行業(yè)中，車輛自重已經(jīng)不再是決定車輛本身的行駛穩(wěn)定性的絕對(duì)因素，車輛的外觀空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)以及主動(dòng)的空氣動(dòng)力學(xué)裝置成為了融合人類科技和大自然為一體的最有力武器。



毫不夸張的說(shuō)，目前人類最頂尖的汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和研究項(xiàng)目都投入到了最頂尖的F1方程式賽車中。雖然這些我們不常接觸的賽車與大部分人沒有太多交集，但是我們平常日常所駕駛的代步汽車以及價(jià)格昂貴的性能跑車的外觀設(shè)計(jì)也都蘊(yùn)含著很多看似不起眼的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)以及主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。



今天Ray哥就給各位簡(jiǎn)單介紹一些汽車外觀設(shè)計(jì)以及主動(dòng)調(diào)節(jié)車輛空氣動(dòng)力學(xué)的裝置。這些平時(shí)看似不起眼，或是你覺得沒有必要的裝置和設(shè)計(jì)到底有哪些功能?

風(fēng)幕Air Curtain



眾所周知，大部分車輛的前保險(xiǎn)杠的兩側(cè)，或許可以說(shuō)是大家常見安裝“霧燈”的地方，都會(huì)有開口或是格柵的設(shè)計(jì)。這兩側(cè)的進(jìn)氣設(shè)計(jì)大部分并不是為了給大部分“前置引擎”車輛的進(jìn)氣做輔助的，而是為了提供更好的車輛穩(wěn)定性。要知道，車輛在行駛過程中，不算輪胎與地面的物理接觸摩擦力，輪胎在運(yùn)行時(shí)周圍所產(chǎn)生的空氣阻力超過了車輛全部空氣阻力的15%。



前保險(xiǎn)杠兩側(cè)下方的開口設(shè)計(jì)Air Curtain汽幕的作用就是讓空氣通過進(jìn)氣口，導(dǎo)流空氣的同時(shí)讓通過的空氣變成一個(gè)穩(wěn)定而柔和的風(fēng)帶。在這一個(gè)穩(wěn)定的氣流區(qū)域里，輪胎高速運(yùn)行時(shí)的阻力會(huì)被通過的空氣“安撫”一些，從而為車輛減少不少的阻力。空氣在通過汽幕再經(jīng)過輪胎的同時(shí)，也同樣會(huì)為車輛前輪以及剎車系統(tǒng)進(jìn)行降溫作用，一舉兩得。

在一些追求性能以及車輛穩(wěn)定性的車輛還會(huì)在前輪葉子板處再進(jìn)行一個(gè)導(dǎo)流開孔設(shè)計(jì)。這類設(shè)計(jì)不僅讓前輪和剎車系統(tǒng)的降溫效果大大提高的同時(shí)，也讓空氣更貼合車輛側(cè)面的車體結(jié)構(gòu)，從而車輛的側(cè)面穩(wěn)定性也更好。



風(fēng)斗Air Scoop



Air Scoop，叫做風(fēng)斗或是更簡(jiǎn)單點(diǎn)就叫進(jìn)氣口吧。這一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)或是加裝部件的本意并不是為了提高車輛的穩(wěn)定性，更多的用途是為了增加車輛引擎對(duì)于空氣的渴望，從而榨取更多引擎動(dòng)力的設(shè)計(jì)。對(duì)于大部分的前置引擎的性能車來(lái)說(shuō)，特別是美式肌肉車和JDM的幾款渦輪車，它們的引擎蓋上都會(huì)加裝直接隆起狀進(jìn)風(fēng)口。這類進(jìn)風(fēng)口是直接讓空氣流入引擎艙內(nèi)達(dá)到目的，但是會(huì)多少影響到車輛引擎蓋上方的氣流走向。



而另一種兼顧了空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性以及強(qiáng)制進(jìn)氣的引擎蓋設(shè)計(jì)就是上圖的這一款凹陷式風(fēng)斗系統(tǒng)。熟悉流體力學(xué)的朋友應(yīng)該清楚：在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，空氣流過一個(gè)表面的速度越快，壓強(qiáng)越小。從而不難看出，凹陷式的引擎蓋風(fēng)斗切口的上表面風(fēng)通過的速度明顯要高于引擎蓋內(nèi)側(cè)的流速，從而空氣被強(qiáng)制壓進(jìn)了切口內(nèi)。與此同時(shí)，該設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性要比突兀的隆起狀的進(jìn)風(fēng)口要高的多。



而對(duì)于很多中置引擎的超級(jí)跑車而言，引擎所渴望的空氣則是被車輛前保險(xiǎn)杠的開口以及車輛側(cè)身腰線的流體力學(xué)設(shè)計(jì)導(dǎo)入到后輪之前。通過各種導(dǎo)流設(shè)計(jì)以及開口裝置，利用“撞風(fēng)效應(yīng)”強(qiáng)制將高速貼合車身的空氣推入位于駕駛艙后部的中置引擎中，從而獲取動(dòng)力的來(lái)源。同時(shí)，大部分有側(cè)身風(fēng)斗設(shè)計(jì)開口的跑車都會(huì)利用這一設(shè)計(jì)將車輛后輪的降溫性能同時(shí)兼顧，保障良好的剎車散熱性能。



最后，比較稀有的后置引擎車輛，例如保時(shí)捷的911車型，工程師會(huì)在車輛的尾部，或者更牽強(qiáng)一點(diǎn)說(shuō)它是Roof Scoop頂部風(fēng)斗。這類風(fēng)斗是利用了通過車輛上方比較貼服車身的氣流，順帶著導(dǎo)入位于車輛尾部的引擎進(jìn)氣口。當(dāng)然，許多中置引擎的車輛也會(huì)加裝頂部風(fēng)斗，為中置引擎艙增加更多空氣通過率。

前唇/前鏟Front Lip/ Dam



Front Lip或者Air Dam相信大部分人都見過許多超跑和改裝車的前保險(xiǎn)杠下都安裝了比較“接地氣”的一個(gè)套件，這類套件尺寸比較粗獷的，稱之它為“前鏟”，比較儒雅點(diǎn)的稱之它為“前唇”。您可別覺得這這個(gè)東西裝著是為了霸氣，這一個(gè)裝置是一件兼并了外觀美感和空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的高性價(jià)比裝備。



當(dāng)車輛相對(duì)于空氣進(jìn)行行駛時(shí)，車輛的頭部會(huì)與相向而來(lái)的空氣產(chǎn)生對(duì)撞。對(duì)撞的空氣不是貼著引擎蓋上去了，就是順著保險(xiǎn)杠到車輛底部了。在流體區(qū)域內(nèi)，一旦發(fā)生了碰撞導(dǎo)致了流速不同，就會(huì)在該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)紊亂區(qū)，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的空氣非常混亂，空氣的阻力也非常不穩(wěn)定。



而“前鏟”或“前唇”的作用把通過的空氣擋住的同時(shí)也將這個(gè)裝置以下區(qū)的小區(qū)域變成了一個(gè)低壓“真空區(qū)”。在“真空區(qū)”的上面，也就是鏟子的上半部分區(qū)域的壓力很大，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的下壓力。這樣以來(lái)，就非常巧妙得利用空氣動(dòng)力學(xué)將車輛的頭部下壓了。



當(dāng)然，加裝了固定的“前鏟”后，高速狀態(tài)下它能為車輛提供良好的下壓力，但是勢(shì)必也會(huì)為車輛輪胎與地面的摩擦阻力增加不少，從而影響到車輛的加速性能。部分非常聰明的跑車廠商就為高性能車型加裝了“Active Front Lip”主動(dòng)調(diào)節(jié)前唇。比如保時(shí)捷的911 Turbo/S車型以及阿爾法羅密歐的Giulia頂配車型都配有這種能夠主動(dòng)調(diào)節(jié)的裝置，在車輛低速行駛時(shí)前唇處于收起狀態(tài)，當(dāng)車輛高速行駛需要更多下壓力時(shí)，該前唇自動(dòng)放下提供下壓力。



擴(kuò)散器/ 擾流器Diffuser



與上面Ray哥剛介紹完的“前鏟”和“前唇”息息相關(guān)的車輛尾部以及底部的裝置就是Diffuser了。人們稱之為擾流器或者擴(kuò)散器。同樣，這個(gè)安裝在許多超級(jí)跑車以及賽車尾部的帥氣而又夸張的裝置同樣能夠兼顧車輛的顏值和車輛高速行駛穩(wěn)定性。



雖然上述的“前鏟”和“前唇”能夠給車輛頭部部位提供下壓力，但是氣流還是會(huì)通過車輛底部流過車身。由于大部分的車輛傳動(dòng)系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)都在車輛底部，因此在看似“平緩”的車輛底部的氣流其實(shí)是非常混亂的。在車輛底部加裝全尺寸的擾流板不僅能夠保護(hù)底盤的機(jī)械部件，也同時(shí)能夠讓流過車輛底部的氣流在不產(chǎn)生上揚(yáng)或下壓力的同時(shí)平順的通過。



在氣流通過車輛底部到達(dá)車輛尾部的時(shí)候，會(huì)與車輛頂部過來(lái)的氣流匯聚，兩股氣流又會(huì)發(fā)生碰撞產(chǎn)生一個(gè)非常混亂的區(qū)域。這時(shí)候，尾部的擴(kuò)散器或者擾流板就能夠引導(dǎo)大部分車輛底部的氣流直接向車輛后方傳遞，減少尾部上升氣流與車輛頂部傳來(lái)的氣流相撞。



在頂級(jí)的賽事中，為了讓賽車的自重減小到最輕，車身部件和底盤幾乎都是碳纖維材料打造而成。因此，在時(shí)速超過300km/h的比賽中，車輛高速出彎和入彎時(shí)，只有幾百公斤自重的車輛的上升力和下壓力全都靠這些機(jī)械部件來(lái)保障和控制。為了讓賽車達(dá)到最好的車輛穩(wěn)定性，各種能夠拿來(lái)晾衣服的GT尾翼，以及夸張到可以拿來(lái)耕地的擴(kuò)散器都用來(lái)給車輛帶來(lái)大自然力量的呵護(hù)。



而對(duì)于搭載了最新科技的頂級(jí)的HyperCar來(lái)說(shuō)，這些車輛不僅是在賽道上如魚得水，更是有著在大街小巷多人目光的作用。因此，頂級(jí)的跑車制造商為了讓超級(jí)跑車能夠兼顧賽道和街道的使用途徑，為車輛安裝了各種非常隱蔽而又非常有效的黑科技：自動(dòng)控制的擾流部件。保時(shí)捷 918 Spyder車型的前風(fēng)幕可以由電腦自動(dòng)控制開關(guān)，與之相連的是車輛底部的一個(gè)自動(dòng)控制擾流裝置。電腦通過控制風(fēng)幕和底部擾流裝置的開合來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)車輛底部的穩(wěn)定性。



好了，Ray哥已經(jīng)介紹完了汽車上大部分大家常見的有關(guān)于空氣動(dòng)力學(xué)部件的作用了。哦？你還在等Ray哥介紹“尾翼”？

呵呵，尾翼是必不可少的，但是關(guān)于尾翼這個(gè)在汽車上“舉足輕重”的“雙刃劍”，目前已經(jīng)被很多“改裝迷”拿來(lái)當(dāng)做“耍帥”的工具。自己胡亂加裝尾翼的這個(gè)行為的“美觀性”，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這個(gè)部件本身所將要給這臺(tái)車帶來(lái)的性能影響。