通过空气动力学设计增加车辆下压力
二、产生更多的下压力保证高速行驶的抓地力
下压力关系到车辆高速行驶的稳定性,因为车辆本身的造型是上表面凸起,下表面平整,属于典型的升力造型,在空气中运动会产生升力,这对于需要四条轮胎抓地才能行驶的汽车很不利。所以就需要额外设计一些部件来产生下压力,克服车身产生的升力,让四条轮胎能紧贴地面。下压力的极端代表是F1赛车,据说F1产生的下压力足以让它在天花板上行驶。
1、升力是如何产生的
空气动力学的基础定理之一是伯努利定理,这条定理描述了流体流速与其静压之间的关系。简单来说就是流速快的流体其静压会变小。在一条收缩管道中流动的流体,在收缩段的流速会增加,同时管壁上的压力也会减小。
根据这条定理,机翼被设计成上凸下平的形状,空气流过凸起的上翼面如同流过收缩的管道,空气流速会增加,压力减小。而下翼面的流速不变,压力大。据此压力差,机翼上产生了升力。
2、通过倒置机翼来产生下压力
与机翼产生升力相反,汽车需要的是向下的下压力,所以车辆要研究的是如何增加底盘下空气的流速。或者通过安装反置的机翼来将气动升力变成气动压力。
所以很多车上的前翼和尾翼都是倒置的机翼,这些翼面在快速切割空气的时候可以产生向下的压力。也就是车辆行驶需要的下压力。
3、提高底盘下空气流速,让整个车体产生下压力
除了靠翼型产生下压力外,还可以通过增加底盘下空气流速使整个车体变成一个翼面来产生下压力。一般改装的小型前沿只有中间的部分能够切割空气,其他部分都只有下部有空气流过,而这些部分的作用就是增加底盘空气流速。当空气被小沿切割成上下两部分时,上部的空气直接撞到保险杠向侧向流去,流速降低,而下部空气直接进入底盘和地面之间毫无阻挡,流速不变。这样流速差就产生了压力差。
F1为了增加底盘下的空气流量特意在车舱两侧设计了下凸的空气通道,这里两个通道如同两个大翼,变窄的部分使通道中的空气加速。
另一个被F1车迷津津乐道的下压力神器是“扩散器”,这个东西的作用被说的神乎其神。其实扩散器只是整个底盘空气增速设计的一部分。
我们可以将扩散器看成是收缩管道的末端,如上图。底盘的部分则是收缩管道最窄的部分,所以F1赛车所有的下压力都产生在底盘的平面部分。
再看这张扩散器的压力分布图,蓝色的部分压力最低,红色的部分压力最高。可见底盘平板的部分空气流动最快,压力最低、而扩散器的部分压力开始增加。正式靠蓝色部分的低压,F1赛车才会被外界的大气压死死的压在赛道上。
扩散器的另一个作用我们前面已经讲到了,就是吹出车尾的分离区。从上面这张图片上可以明显的看到从扩散器吹出的空气走向。这些空气一直向上还扫过尾翼的下部,从前面的描述可知,尾翼下部空气流速也是要高于上部,扩散器喷出的空气也能帮助理顺尾翼下部的空气,减少尾翼后部的分离。
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