让空气为我所用

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  汽车品牌的运动版车型原产车就会配备或大或小的尾翼,但是车尾这块小小薄板,为什么需要它呢?具体有什么作用?有什么原理呢?
  扰流板,好像是一个让人不明觉厉的名字,但是要是说起汽车尾翼,那么车迷们肯定就恍然大悟了。很多车友都喜欢在购车之后进行外观改装,有的是希望将车变得更动感来提升回头率,有的是希望车辆的性能或操控性有所提升,而给车辆加装尾翼则被视为是成本低廉但效果显著的措施之一。目前很多汽车品牌的运动版车型原产车就会配备或大或小的尾翼,但是车尾这块小小薄板,为什么需要它呢,具体有什么作用,有什么原理呢?下面本文就为大家一一解答。
  原因:高速时汽车没有足够的下压力
  首先,不得不提飞机的机翼,当空气流经机翼时,由于机翼上方的曲度较大,所以机翼上表面的气流速度较快,下方的气流速度较慢。根据伯努利定律,当物体表面流速增大时,其静压力减少,因此翼面上方的空气压强降低,相对的翼面下方的空气压强较大,所以产生向上抬升的力量,而且速度越快,这种升力越大。
  轿车外形与机翼横截面形状相似,也就是说汽车整体在高速时会受到升力作用,汽车工程界称之为诱导阻力。这种上升力对于需要四条轮胎抓地才能行驶的汽车很不利,它减少了车轮与地面的附着力,造成车辆出现轮胎空转甚至打滑等不稳定状态,人们常说的汽车高速“发飘”就是这个原因。
  等等,说到飞机那就有点远了,言归正传吧!
  汽车为什么需要下压力呢?
  ——为了得到更多的附着力。
  汽车为什么想得到更多的附着力呢?
  ——为了得到更多的有效驱动力。
  汽车为什么想得到更多的有效驱动力?
  ——这才是真正推动汽车前进的力啊!
  汽车的驱动力大,那么直观感受就是加速能力好,爬坡能力也强。不过这个结论只在轮胎-路面有足够大的附着力(例如良好轮胎在干燥的水泥路面上)时才成立。在潮湿路面上附着性能差时,大的驱动力可能引起车轮在路面上急剧加速滑转,车辆却未必加速前进。由此可见,汽车的动力性能不只受驱动力的制约,它还受到轮胎与地面附着条件的限制。
  而附着力,它的大小可简单比喻成驱动轴重量与附着系数的乘积。附着系数,对于一定的路面来说是恒定的,沥青路面比冰面要大得多。而驱动轴重量,它在车身动态稳定时基本是不变的。
  对策:汽车尾翼
  为了增加最大附着力,空气动力学套件就出现了,其中有明显作用的就是主要针对后轴(通常跑车都是后驱)“增重”的尾翼。尾翼其实就是一块倒过来的机翼,产生向下压制的力量,通常我们称之为下压力。尾翼将空气阻力的一部分转换成“车重”,抵消部分空气升力甚至增加额外的下压力,控制汽车上浮使得附着力的极限增加,而且会随着空气阻力的增加(即车速的增加)而增加,这样一来,汽车高速时就有足够的附着力,转向过度趋势减少,可以提升最高车速或是车辆稳定性。设计优良的尾翼还可以帮助减少紊流,也就是降低风阻系数降低油耗。
  “鸭尾”也是汽车尾翼的一种
  还有许多车辆并没有明显的大面积的尾翼,而是在轿车行李箱盖上后端做成鸭尾似的突出物,利用倾斜度使风力直接产生向下的压力,以此来改善空气动力学。
  发展:可变扰流板
  这不是变形金刚,可是它却真的可以变化。说的可不是手动调节的尾翼哦,这里说的是应用在帕加尼Huayra、布加迪威龙、法拉利LaFerrari、迈凯轮P1、柯尼塞格Agera R等神车上的主动式自适应扰流板。这种自动控制的扰流板应用在车头、车尾甚至车底,根据加速、转弯、减速等工况自动调节扰流板的开合或角度,使汽车最大程度地利用空气。举个例子,布加迪威龙的风阻系数是0.35,而在刹车模式时,其后扰流器可在0.4秒内调整到70度的角度,风阻增大到0.68,大大增加行驶阻力又增大后轮附着力。更有甚者,如Huayra,能分别控制位于车身两侧的扰流板,使汽车过弯时更贴地,过弯极限更高。
  尾翼不能随意加装
  但是尾翼的效果这么好,是不是车主都应该自行加装呢?非也。首先,大多数轿车以城市道路行驶为主,车辆根本达不到尾翼能够发挥作用的时速,这样体积越大,低速阻力就越大,再加上车身整体重量的增加,也势必会导致油耗的上升。再者,普通改装店的尾翼可能没有经过流体仿真分析,即使在高速行驶时也不能提供下压力,这样一来尾翼就只能起到美观和增重的作用而已。因此,对于真的想要提高自己爱车性能的车主,我还是建议选用厂家或专业改装品牌原装的、经过仿真分析的尾翼。
  扰流板可不仅仅只是尾翼
  在很多汽车上我们其实也能看到前翼,它是在轿车前端的保险杠下方装上的向下倾斜的连接板。连接板与车身前裙板连成一体,中间开有合适的进风口加大气流度,减低车底气压,增加下压力。这种结构能增加前轮附着力使车辆的转向效率更高,同时还有引导车头气流、辅助前轮刹车散热等功能。
  扰流板还有一个分支,它便是“车底扰流板+扩散器”,上文提到汽车的升力是由于车顶比车底流速快压力小导致的,那么提高底盘下空气流速,自然也是减少升力的方法之一。在车底覆盖大面积平板,通过合理的设计引导气流进入入汽车底部并加速,从而产生大面积的负压力区和下压力。而扩散器则是使在车底被加速的气流回复到较低的速度,从而避免气流分离或者湍流,以此使得赛车能够获得数量可观的下压力的同时尽量减少整车所受的阻力。
  以上种种技术,均是F1等赛车技术的下探普及,不仅在量产法拉利、迈凯轮等车型上成为标配,而且许多价格亲民的小车上也有这项技术的体现,大家买车时不妨仔细看看汽车的各个细节,看能否找出扰流板吧。
  没车尾也能装尾翼
  一些无行李箱的汽车的车顶后部也会安装有小型扰流板,这些扰流板使车顶上的一部分气流被引导流过后车窗表面,这样既使车辆后部的升力降低,也可利用气流将后车窗表面浮尘清除,避免灰尘附着影响车后视野。
  优点
  高速行驶时可以为车辆提供必要的稳定性,增加动感外观。
  缺点
  低速时效果可忽略,设计不合理的尾翼会使油耗上升。
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