简介:
汽车与风之间的关系可以说是“相爱相杀”,对于这门学科,我们看到的大多是制造商公布的风阻系数,其实这只是空气动力学设计的一部分。
现在我们来看看好车的空气动力学设计是什么样子的。
好车首先要学会跟风
要说汽车的空气动力学,首先要说风阻系数(Cd)。风阻实际上是汽车行驶时的空气阻力。一般来说,当车速为80公里/h时,约有60%的油耗用于克服风阻,因此降低风阻系数会降低油耗。直接影响风阻系数的因素是车身造型。最古老的箱式车辆的抗风系数达到0.8Cd,设计师尝试了各种车身造型,改善了抗风系数,展示了鱼型、线性、楔形等多种外形。今天,大多数量产车使用楔形车身,风阻系数在0.2Cd~0.4Cd之间。
汽车历史上最低的抗风系数为0.15Cd,是德国一家实验室制造的实验型Schl rwagen,更像是地板磨损的水滴。采用这种形状的原因是现有已知抗风系数最小的物体是水滴,抗风系数为0.05Cd因为只是。平整水滴底部,风阻系数提高到0.08Cd,加上车轮,风阻系数进一步提高。就是我们看到的这个Schl rwagen。
一般来说,空气阻力主要来自正面气流撞击车辆的阻力和后尾真空区形成的差压。最近中期研究Kairi风洞首次公开量产车测试报告显示,北京现代菲斯塔的风阻系数为0.29Cd,低于同级大众速度(风阻系数0.31Cd)、本田思域(风阻系数0.3Cd)。
很多网民会惊讶地发现“菲斯塔优于大众速腾和本田思域两位前辈”。具体说一下。
菲斯塔的空气动力学设计。
当气流与菲斯塔进行“对抗”时,首先面对的一道“墙”就是位于最前端的车头,菲斯塔圆滑的车头可以有效将气流引导向两侧和引擎盖,让空气顺畅地贴合车身向后流动。
在这里可以看到,菲斯塔车头保险杠前唇设计为铲形,将气流向两侧整合,并通过鲨腮设计引导通向车侧。
当气流到达引擎盖时,将面对第二道“墙”:前风挡。菲斯塔的前风挡曲率与引擎盖的角度设计恰到好处,可以确保气流向车后顺畅流动,引擎盖上的线条对紧贴车身的气流进行引导分流,一部分气流引导向两侧,另一部分从风挡中央通过并通过前风挡的曲率向外分散。
当气流到达车顶时,圆滑的车顶不干扰气流走向,气流得以平滑向后过渡。同时,车侧的腰线将气流梳理整合引导至车尾。
此后的空气似乎没有“墙”的阻挡,其实还有一道无形的“墙”,那就是车尾“真空”区,“真空”区越大,整车受到的空气阻力就越大。菲斯塔通过溜背设计、尾翼、向后缩窄的车体等削弱车尾湍流、减小“真空”区,从而降低汽车前后压差,从而降低风阻。
当然,这些为了与风“对抗”的设计可以成就更低的风阻系数,但风阻系数并不能代表全部,在空气动力学中,还有一个重要的参数——升力系数(Cl)。
优秀的汽车,要学会利用风
先看两个比较有特点的例子。
美军战机F22最大升力系数为2.2Cl,风阻系数大约是0.08Cd。
2007年索伯车队F1赛车的升力系数为负2.6Cl,风阻系数为0.95Cd。
可以看到,F22需要强大的升力和更低的风阻,F1赛车正巧相反。我们平时驾车会有这样的感受,车速较快时车辆会发飘,这就是升力在作怪,而速度更高的赛车,更是视升力为大敌。过高的升力会导致赛车在高速行驶中飘忽不定,所以升力系数为负可以让F1赛车被气流紧紧地“压”在地面上,确保赛车在更快的速度下拥有更强的操控稳定性,赛车上那些夸张的扰流板正是为此而生。
不过,扰流板的存在也带来阻力升高的问题,量产车需要在风阻系数与升力系数之间取得平衡,升力系数大约在0~0.2Cl左右。
我们还以菲斯塔为例,作为一款运动型车,菲斯塔必然注重操控稳定性,这里我们不提悬架与动力,只说空气动力学设计。菲斯塔的造型之所以让人感觉运动,恰好是那些可以确保负升力的空气动力学设计。菲斯塔的升力系数低至0.08Cl,中庸型家用车的代表大众速腾,升力系数为0.14Cl。
前文提到的保险杠前唇的铲形设计、尾翼不仅可以降低空气阻力,还可以形成一定的下压力。中汽研CAERI风洞测试报告显示,菲斯塔的尾翼至少降低了0.005Cd的风阻,拆除尾翼后,菲斯塔的后轴升力系数提升了三倍。
除此以外,菲斯塔还进行了底盘优化,发动机护板、前后轮扰流板、底盘中央护板、悬架下护板、尾部下护板等,一系列优化使得底盘整体曲率更合理,外加恰到好处的纵倾角和车底尾部的上扬,使得气流更快速地通过底盘,从而减小车底升力。
写在最后:
车与风的关系亦敌亦友,一台好车的空气动力学,一方面通过降低风阻与风“抗争”,另一方面也“利用”风来提升操控,兼顾了美观、操控与能耗的菲斯塔,正是抗风与御风的高手。
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