看空氣動(dòng)力對(duì)汽車(chē)有哪些影響

       空氣動(dòng)力學(xué)是一門(mén)深?yuàn)W的度量科學(xué)。一輛汽車(chē)在行使時(shí),會(huì)對(duì)相對(duì)靜止的空氣造成不可避免的沖擊。車(chē)底的氣流會(huì)對(duì)車(chē)頭和引擎艙內(nèi)產(chǎn)生一股浮升力，削弱車(chē)輪對(duì)地面的下壓力，影響汽車(chē)的操控表現(xiàn)。另外當(dāng)汽車(chē)高速行使時(shí)，一部分動(dòng)力也會(huì)被用做克服空氣的阻力。所以，空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)于汽車(chē)設(shè)計(jì)的意義不僅僅在于改善汽車(chē)的操控性，同時(shí)也是降低油耗的一個(gè)竅門(mén)。

 一、對(duì)付浮升力的方法

        對(duì)付浮升力的方法，其一可以在車(chē)底使用擾流板。不過(guò)研發(fā)和制造的費(fèi)用實(shí)在太過(guò)高昂。在近期的量產(chǎn)車(chē)中只有Ferrari 360M 、Lotus Esprit 、Nissan Skyline GT－R還使用這樣的裝置。

       另一個(gè)主流的做法是在車(chē)頭下方加裝一個(gè)堅(jiān)固而比車(chē)頭略長(zhǎng)的阻流器。就是我們熟稱(chēng)的氣壩。它可以將氣流引導(dǎo)至引擎蓋上，或者穿越水箱格柵和流過(guò)車(chē)身。至于車(chē)尾部分，其課題主要是如何令氣流順暢的流過(guò)車(chē)身，車(chē)尾的氣流也要盡量保持整齊。

 二、尾翼的基本設(shè)計(jì)

       尾翼和擾流器的誕生正是要解決氣流和浮升力的問(wèn)題。我們見(jiàn)到過(guò)的尾翼可謂五花八門(mén)、千奇百怪。不過(guò)它們卻有著相同的特點(diǎn)：表面狹窄、水平面離開(kāi)車(chē)身安裝（如果尾翼緊貼在車(chē)身安裝，如果它不僅僅起到裝飾作用，便只有擾流器般的作用，這兩者是不同的。）尾翼的主要作用是增加下壓力，所以尾翼的外形必須像倒置的機(jī)翼才行，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)使流經(jīng)尾翼下端的氣流的速度較流經(jīng)尾翼上端的來(lái)得高，從而產(chǎn)生下壓力。還有一種產(chǎn)生下壓力的方法是將尾翼前端微微向下傾斜，雖然這種設(shè)計(jì)會(huì)比水平式的尾翼產(chǎn)生更大的空氣拉力，但是在調(diào)節(jié)下壓力大小的方面卻較有彈性。

三、尾翼和擾流器的分別

        尾翼和車(chē)尾擾流器的分別是后者與車(chē)尾連為一體，或者干脆就是車(chē)身整體設(shè)計(jì)的一部分。車(chē)尾擾流器其實(shí)也可以用來(lái)制造下壓力，但是常見(jiàn)的功能扔是減少浮升力和氣流拉力。掀背車(chē)的尾擾流器集結(jié)了大量的空氣于擾流器的前方，目的是分隔車(chē)尾的氣流，從而降低浮升力。后擾流器也可以令氣流更順暢的流經(jīng)車(chē)尾，避免氣流長(zhǎng)時(shí)間的徘徊或緊貼在車(chē)尾上，如此一來(lái)便可以減少空氣拉力，同時(shí)也可以減低導(dǎo)致浮升力的車(chē)底氣壓。

        所以，有很多車(chē)書(shū)喜歡統(tǒng)稱(chēng)車(chē)尾上的凸出物為尾翼是很不專(zhuān)業(yè)的行為，比如普通版的911那個(gè)可以自動(dòng)升降的東西該被稱(chēng)為擾流器，而GT2上的那個(gè)才是貨真價(jià)實(shí)的尾翼。

       一般來(lái)說(shuō)，歐洲的車(chē)廠比較注重汽車(chē)的美學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)也很在意Sports Sedan和Racing Edition之間的分別。所以，歐洲的車(chē)廠比較忌用尾翼，而日本的車(chē)廠則將尾翼作為賣(mài)點(diǎn)推給顧客，從這種分別中也可以輕易的體會(huì)出不同國(guó)家造車(chē)哲學(xué)的不同。

四、尾翼和擾流器的簡(jiǎn)史

        早在上世紀(jì)30年代，各大車(chē)廠已經(jīng)開(kāi)始致力于降低氣流拉力，而對(duì)于浮升力的研究，各車(chē)廠大致要到60年代才開(kāi)始關(guān)注。Ferrari的賽車(chē)手Richie Ginther于1961年發(fā)明了能產(chǎn)生下壓力的車(chē)尾擾流器，他也因此聞名于世。隨后的Ferrari戰(zhàn)車(chē)也都使用此項(xiàng)設(shè)計(jì)。而第一部使用前擾流器（俗稱(chēng)氣壩）的汽車(chē)應(yīng)該是大名鼎鼎的Ford GT40。

        這部車(chē)在超越時(shí)速300km/h時(shí)所產(chǎn)生的浮升力令其成為一部根本無(wú)法駕馭的汽車(chē)，據(jù)說(shuō)在加裝了前氣壩之后，GT40在達(dá)到極速時(shí)前輪的下壓力由原來(lái)的310磅激增至604磅?。?！第一部使用尾翼的汽車(chē)據(jù)說(shuō)時(shí)道奇于60年代末生產(chǎn)的Charger Daytona Plymouth Superbird。

        在歐洲車(chē)廠方面，保時(shí)捷可以算首家兼顧擾流器的功能和美學(xué)設(shè)計(jì)的車(chē)廠。1975的911 Tubro的一體式的氣壩和鯨魚(yú)尾式的擾流器大副降低了浮升力的產(chǎn)生，其效用高達(dá)90％。于是在70年代末，氣壩和擾流器更成為保時(shí)捷的標(biāo)志。當(dāng)時(shí)有很多以高性能作為賣(mài)點(diǎn)的車(chē)廠也跟隨保時(shí)捷的步伐以氣壩和擾流器作為賣(mài)點(diǎn)

        現(xiàn)在氣壩和擾流器已經(jīng)非常非常的普通了，幾乎時(shí)速可以達(dá)到百余公里的汽車(chē)都使用這些東西。其實(shí)如果你的車(chē)速并不高，這些東西并不起作用。當(dāng)車(chē)速介于60km/h到80km/h之間時(shí)，氣流的拉力根本高不過(guò)車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)阻力，如果要感受尾翼和擾流器在浮升力和下壓力方面的明顯作用，時(shí)速必須高于160km。其中的原因是因?yàn)闅饬鞯膭?dòng)力往往是車(chē)速的二次方，一部汽車(chē)從130km/h加速至260km/h，浮升力和空氣拉力將會(huì)有四倍的增加。

        同時(shí)，所有汽車(chē)所有的氣壩，在降低氣流拉力方面都具有一定的作用。一般來(lái)說(shuō)可以減少5～10％的整體氣流拉力。另一方面，氣壩也有助于冷卻引擎，亦方便了霧燈的安裝。不過(guò)仍然有為數(shù)不少的車(chē)廠認(rèn)為尾翼和擾流器是為了美觀而設(shè)的。不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，這些空氣動(dòng)力部件都具有一定的實(shí)際作用，以上代凌志SC系列來(lái)說(shuō)，加裝原廠車(chē)尾擾流器之后，汽車(chē)的Cd數(shù)值由原來(lái)的0.32降至0.31。但是Ford Advanced Design Studio的設(shè)計(jì)師Grant Garrison曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：如果尾翼和擾流器不是那么受歡迎，我們是不會(huì)加在車(chē)身上的，但是我們可以用其它方法來(lái)把車(chē)輛設(shè)計(jì)得具有同樣的空氣動(dòng)力學(xué)效果。持相同觀點(diǎn)的還有大名鼎鼎的Ferrari，眾所周知Ferrari為了遷就車(chē)身設(shè)計(jì)的美感是很忌諱在車(chē)身上使用尾翼的，而即使以快跑作為最高目的的Enzo Ferrari也使用的是可升降的尾擾流板，其原因是Ferrari的主席認(rèn)為一部靜止的Ferrari不需要任何擾流器?。?！

五、對(duì)Cd值的解釋

       人們普遍對(duì)Cd值存在一些誤解。在許多車(chē)廠的產(chǎn)品介紹書(shū)中，常常會(huì)提及新車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)降低至多少多少Cd，而Cd所指的并不簡(jiǎn)單是指我們一般所說(shuō)的空氣阻力，而是流氣拉力系數(shù)（Drag Coefficient），一般而言氣流在車(chē)尾造成的拉力，數(shù)值越低，表示車(chē)尾氣流處理的越流暢，該部分的浮升力亦會(huì)越小，相對(duì)而言，車(chē)輛行走時(shí)的阻力會(huì)低一點(diǎn)，后輪的下壓力也會(huì)好一點(diǎn)。說(shuō)到這里我們就應(yīng)該明白，加裝尾翼并不一定會(huì)增加Cd值！如果加裝尾翼和尾擾流器后，車(chē)輛尾部氣流通過(guò)的流暢度增高，那么這輛車(chē)的Cd值反而應(yīng)該降低。汽車(chē)設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題并不止于車(chē)尾，其實(shí)車(chē)頭的長(zhǎng)度和寬度也會(huì)影響一部汽車(chē)的總拉力數(shù)值。比如前縱置引擎的中心點(diǎn)要比前軸的中心點(diǎn)更前，車(chē)頭就容易造得很長(zhǎng)，而如果加寬前輪距來(lái)橫置擺放引擎，車(chē)頭部分就會(huì)隨著加寬，以上兩種情況都會(huì)影響到整體的氣流拉力（Cda）。雖然有可能一輛車(chē)的Cd造得很低，但是同樣難以彌補(bǔ)車(chē)頭部分增加的長(zhǎng)度和寬度所帶來(lái)的整體氣流拉力數(shù)值的上升，這樣一來(lái)等于完全抵消了Cd下降的效果。

       （比如老款的Accord，雖然風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到了Cd0.25，可是因?yàn)檐?chē)體全面比上一代要加大許多，所有在高速時(shí)的穩(wěn)定性表現(xiàn),估計(jì)不會(huì)有大幅的攀升，如果這方面的表現(xiàn)的確有所改進(jìn)，也首先應(yīng)該歸功于軸距的加長(zhǎng)和懸掛設(shè)定的改進(jìn)，空氣動(dòng)力學(xué)的成就反而是次要的。因?yàn)槊裼密?chē)的空氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)必須兼顧降低風(fēng)噪和燃油經(jīng)濟(jì)性，所有在設(shè)計(jì)時(shí)必然會(huì)對(duì)汽車(chē)的下壓力作出一定的犧牲。）

       因此，在大家談?wù)揅d時(shí)，不應(yīng)該認(rèn)為Cd代表了一部汽車(chē)的整體空氣動(dòng)力表現(xiàn)，更不能輕易的認(rèn)為隨便加裝一只尾翼或者巨型擾流器就必然可以獲得更好的空氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)！其實(shí)充其量它只不過(guò)改善了空氣動(dòng)力學(xué)中某個(gè)部分的表現(xiàn)而已。

       基本上，主流車(chē)廠在空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究在近年來(lái)得到了迅猛的發(fā)展（原因很簡(jiǎn)單，內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)在近十年步伐明顯放緩，要想改善汽車(chē)的動(dòng)力表現(xiàn)只有從改善空氣動(dòng)力學(xué)和提高動(dòng)力傳輸效率兩方面入手）。新的量產(chǎn)車(chē)在空氣動(dòng)力學(xué)方面的表現(xiàn)也越來(lái)越好，這也就是說(shuō)新車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn)，隨意的改動(dòng)更加容易破壞汽車(chē)原來(lái)的空氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)，而非改善。操控性首先講究的是總體的平衡，所有單單改裝Body Kit或者單改其它的空氣動(dòng)力部件很有可能達(dá)到和愿意背道而馳的效果。所以如果要改就一件式一起改，而且不要輕易的加裝車(chē)體的擾流板。第一，車(chē)體的擾流板較容易損壞；第二車(chē)體的擾流板在正常的車(chē)速下根本不能改善汽車(chē)的空氣動(dòng)力表現(xiàn)。

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