超跑秘密(四)：看不見的空氣動力學效應

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，可以使重達數百噸的飛機沖進藍天，反之，也可以使汽車產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象，而這一理論的本質，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排放和油耗的民用車輛來說也非常重要，成功的關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計

● 空車身表面的空氣動力學設計

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個經過大量風洞試驗的復雜鰭片，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面造型，不難發(fā)現從車頭到車尾的線條是一個高中心、低側面的弧形，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)動機蓋通常會預留給空空氣動力學設計師發(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。這項技術曾經以技術規(guī)則的擦邊球短暫出現在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。轉彎時，由于速度較慢，風阻系數較低，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。

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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，如果門把手設計成隱藏式，可以減少顛簸的產生。

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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生升力。其次，很多超級跑車都是后輪驅動，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，計算機會根據當前的車身姿態(tài)實時調整每個機翼的張開角度，使車身姿態(tài)趨于穩(wěn)定，減少轉向時的側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，而它的旋轉會極大的擾亂流經車身的氣流，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，設計人員依然要通過特殊的設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。這種現象通常被稱為“地面效應”。

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用于汽車。當然，它還是先出現在F1賽車領域。車與地面的距離越近，就越能更好的發(fā)揮效果。由于使用這項技術的汽車取得了顯著的成就，這項技術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，從而在車輛底盤內形成低壓區(qū)。I級超級跑車的擴散器沒有賽車復雜精致，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的離地間隙，最終將氣流引導至散流器，加速氣流。

總結:

空空氣動力學是科學領域的難點學科，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，超級跑車更應該注重/[k0/]氣動效果的應用。優(yōu)秀的設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。