伯努利原理

雖然看不見(jiàn)摸不著，但高速車輛不能忽視它的存在。如果使用得當(dāng)，它的積極效果可能會(huì)超出你的想象。超級(jí)跑車離不開(kāi)它的輔助。仔細(xì)觀察精心打造的車身的每一個(gè)細(xì)節(jié)，這就是工程師們充分利用空燃?xì)鉃槠囂峁┏錾男阅芎托旭偡€(wěn)定性。

空空氣通常給人溫柔和溫雅的感覺(jué)，但是空運(yùn)動(dòng)中的空氣充滿力量，可以使重達(dá)數(shù)百噸的飛機(jī)沖進(jìn)藍(lán)天，反之，也可以使汽車產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(dòng)力學(xué)效應(yīng)的存在。當(dāng)你坐在行駛的車輛上時(shí)，把手伸出車外，盡量不斷調(diào)整手與迎風(fēng)方向的角度，這時(shí)你就能感受到空空氣的升力和下壓力。

我們還可以通過(guò)一個(gè)小實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)空空氣動(dòng)力學(xué)的奇妙之處:找一張A4大小的白紙，雙手握住紙的兩個(gè)長(zhǎng)邊，讓短邊貼在嘴唇上，此時(shí)紙的另一端自然下垂。如果你在紙的上表面快速吹氣，你會(huì)發(fā)現(xiàn)紙是這樣浮起來(lái)的。停止吹氣后，紙張會(huì)再次回到自然下垂的狀態(tài)。如果將這一原理反過(guò)來(lái)應(yīng)用于跑車或賽車，空空氣會(huì)將汽車緊緊地壓在地面上。

對(duì)這一實(shí)驗(yàn)原理的研究始于亞里士多德，直到18世紀(jì)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策），丹尼爾·伯努利提出的伯努利原理才更準(zhǔn)確地揭示了這一現(xiàn)象，而這一理論的本質(zhì)，用最簡(jiǎn)單的話來(lái)說(shuō)，就是:如果在水或空氣流動(dòng)中速度很小，壓力就會(huì)很大；如果速度高，壓力低。這樣，當(dāng)你在紙張的上表面吹氣時(shí)，氣流的速度會(huì)加快，這將導(dǎo)致白紙上表面的壓力降低，而強(qiáng)大的下側(cè)會(huì)將紙張向上推，從而使我們看到的白紙漂浮起來(lái)。

這一原理首次應(yīng)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(dāng)活塞處于吸氣沖程時(shí)，空氣體被吸入管道，當(dāng)它流過(guò)相對(duì)較窄的喉部時(shí)，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(jìn)入氣缸。

了解空空氣動(dòng)力學(xué)的基本原理和常見(jiàn)示例，將有助于我們了解超級(jí)跑車和賽車的外形設(shè)計(jì)。汽車在行駛時(shí)，會(huì)撞擊到靜止的空空氣，所以空空氣會(huì)在汽車周圍流動(dòng)，一部分會(huì)流過(guò)車身表面，一部分會(huì)跳到車身底部，一部分會(huì)進(jìn)入車身內(nèi)部。如何高效地引導(dǎo)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(dòng)機(jī)和剎車系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，對(duì)于超級(jí)跑車來(lái)說(shuō)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?yàn)樽非笙聣毫徒档涂湛諝庾枇拖褴E蹺板的兩端。車輛在高速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所做的大部分工作都是用來(lái)克服空空氣阻力的，因此如何降低空空氣阻力對(duì)于強(qiáng)調(diào)排放和油耗的民用車輛來(lái)說(shuō)也非常重要，成功的關(guān)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(lái)看看超級(jí)跑是如何利用這些氣流的。

車身的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

● 空車身表面的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

首先，作為一款民用級(jí)的超級(jí)跑車，它的車身表面不可能像賽車一樣覆蓋著無(wú)數(shù)個(gè)經(jīng)過(guò)大量風(fēng)洞試驗(yàn)的復(fù)雜鰭片，起到承前啟后的作用，因?yàn)檫@樣會(huì)讓車輛看起來(lái)不是特別美觀。從車輛的品牌傳承、設(shè)計(jì)理念、市場(chǎng)定位等因素來(lái)看，大部分超級(jí)跑車在外觀上遵循流暢流暢的設(shè)計(jì)原則，這也使得空氣體在車輛周圍順暢流動(dòng)，將阻力降到最低。

事實(shí)上，如果仔細(xì)觀察超級(jí)跑車的側(cè)面造型，不難發(fā)現(xiàn)從車頭到車尾的線條是一個(gè)高中心、低側(cè)面的弧形，而車底則非常平坦，這種造型與機(jī)翼的橫截面非常相似。當(dāng)空氣在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)這個(gè)翼形物體時(shí)，由于車身上方的距離相對(duì)較長(zhǎng)，其上方流動(dòng)的空氣必然比車身下方流動(dòng)的空氣要快，從而產(chǎn)生浮力。

隨著車速的增加，浮力會(huì)增加，下壓力的損失也會(huì)增加。雖然車身上下部分的壓差可能只有一點(diǎn)點(diǎn)，但由于車身上下部分的面積較大，輕微的壓差會(huì)造成抓地力的明顯差異。一般來(lái)說(shuō)，車輛后部更容易受到浮動(dòng)力的影響，車輛前部也會(huì)受到牽連，導(dǎo)致操縱穩(wěn)定性差。

——前部

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超跑的前發(fā)動(dòng)機(jī)蓋配合大傾角的前擋風(fēng)玻璃可以產(chǎn)生一定的下壓力。由于很多超跑都是采用發(fā)動(dòng)機(jī)在中位或后位的布局，所以前發(fā)動(dòng)機(jī)蓋通常會(huì)預(yù)留給空空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)師發(fā)揮更大的空間空，比如可以通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上開(kāi)槽來(lái)合理引導(dǎo)氣流，從而產(chǎn)生額外的一部分下壓力。

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，工程師們開(kāi)發(fā)了一種被動(dòng)變形擾流翼。這項(xiàng)技術(shù)曾經(jīng)以技術(shù)規(guī)則的擦邊球短暫出現(xiàn)在F1賽場(chǎng)，但后來(lái)被禁賽，但這并不妨礙它在民用車上做出巨大努力。這種機(jī)翼由柔性材料制成。轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于速度較慢，風(fēng)阻系數(shù)較低，使得機(jī)翼基本保持原來(lái)相對(duì)陡峭的形狀。一旦車輛高速行駛，較大的風(fēng)阻系數(shù)會(huì)將機(jī)翼吹得更平，有助于降低空空氣阻力。

對(duì)于超級(jí)跑車來(lái)說(shuō)，“快”是它們最突出的標(biāo)簽之一，但它們強(qiáng)大的制動(dòng)能力也不容忽視。如果制動(dòng)系統(tǒng)在持續(xù)高負(fù)荷的情況下工作穩(wěn)定，散熱系統(tǒng)必不可少。因此，流過(guò)機(jī)車的一部分空空氣需要合理引入制動(dòng)系統(tǒng)散熱，這也屬于對(duì)空的氣動(dòng)效應(yīng)。

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——車身中部

車身中部通常是空一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)很少大驚小怪的地方。工程師們大多對(duì)現(xiàn)有的車身零件進(jìn)行優(yōu)化。比如從車身突出的后視鏡，在行駛過(guò)程中經(jīng)常會(huì)擾亂空氣的順暢流動(dòng)。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(mén)把手設(shè)計(jì)成隱藏式，可以減少顛簸的產(chǎn)生。

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因?yàn)楹芏喑?jí)跑車都采用了發(fā)動(dòng)機(jī)后置布局，車門(mén)后面會(huì)有相應(yīng)的進(jìn)氣口，一部分氣流用來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)提供進(jìn)氣口，另一部分用來(lái)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(shí)車尾更容易產(chǎn)生升力。其次，很多超級(jí)跑車都是后輪驅(qū)動(dòng)，所以車尾需要足夠的下壓力來(lái)保證抓地力。此外，氣流流經(jīng)車輛后部后，由于失去了車身的附著，變得混亂。這種顛簸會(huì)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(dǎo)氣流。

車底的氣流疏導(dǎo)/擴(kuò)散器

很多超級(jí)跑車的尾部都裝有擾流翼，有些是固定的，有些可以根據(jù)車速自動(dòng)升降。這種尾翼在低速時(shí)不影響車輛的外形，保持整體平展，同時(shí)在車輛制動(dòng)時(shí)會(huì)上升并提供輔助制動(dòng)。高速時(shí)，它可以疏通氣流，產(chǎn)生下壓力。

“固定擾流翼”

“可自動(dòng)升降的擾流翼”

此外，pagani Huayra可以說(shuō)將翅膀的作用發(fā)揮到了極致，該車前后都配備了四個(gè)可以自動(dòng)升降的翅膀。車輛行駛時(shí)，每個(gè)機(jī)翼都可以獨(dú)立控制，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)當(dāng)前的車身姿態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整每個(gè)機(jī)翼的張開(kāi)角度，使車身姿態(tài)趨于穩(wěn)定，減少轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)傾和制動(dòng)時(shí)的俯沖姿態(tài)。

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​——車輪部分

車輛在行駛時(shí)，車輪是唯一與空氣接觸但又自身運(yùn)動(dòng)的部件，而它的旋轉(zhuǎn)會(huì)極大的擾亂流經(jīng)車身的氣流，好在民用級(jí)的車輛都有車輪罩，不過(guò)這對(duì)于超跑來(lái)說(shuō)或許還不夠，設(shè)計(jì)人員依然要通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步改善車輪罩周圍的氣流。但是對(duì)車輪其外部被稱作空氣簾的兩個(gè)附加垂直進(jìn)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(kuò)散器& # 8203；

我們來(lái)看看車底的空空氣動(dòng)力學(xué)效果是如何應(yīng)用的。因?yàn)樵谲嚿砩霞友b擾流翼必然會(huì)增加空空氣阻力，人們開(kāi)始好奇如何對(duì)底盤(pán)大驚小怪。根據(jù)伯努利理論，如果車輛下方流動(dòng)的空氣速度能夠被加速，甚至超過(guò)車身表面流動(dòng)的空氣速度，那么在底盤(pán)區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)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(xiàn)象通常被稱為“地面效應(yīng)”。

事實(shí)上，直到20世紀(jì)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）70年代末，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的原理才第一次應(yīng)用于汽車。當(dāng)然，它還是先出現(xiàn)在F1賽車領(lǐng)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(xiàng)技術(shù)的汽車取得了顯著的成就，這項(xiàng)技術(shù)后來(lái)受到了嚴(yán)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(gè)可以高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，可以快速將車底的氣流吸出車外，這無(wú)疑進(jìn)一步增強(qiáng)了地面效果，但這種極端激進(jìn)的做法只能快速禁止。

當(dāng)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(gè)平整的底盤(pán)是關(guān)鍵。其次，擴(kuò)散器不可或缺。

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擴(kuò)散器位于車輛后部，其功能主要有兩個(gè)方面:一是可以在車輛后部產(chǎn)生一定的向下壓力，引導(dǎo)車輛后部的氣流；第二個(gè)功能類似于前面提到的安裝在車輛后部的風(fēng)扇，可以從車輛下方吸入空空氣，從而在車輛底盤(pán)內(nèi)形成低壓區(qū)。I級(jí)超級(jí)跑車的擴(kuò)散器沒(méi)有賽車復(fù)雜精致，所以功能相對(duì)有限。為了使散流器的效率最大化，需要考慮如何進(jìn)行合理的引導(dǎo)，配合平整的底盤(pán)和適當(dāng)?shù)碾x地間隙，最終將氣流引導(dǎo)至散流器，加速氣流。

總結(jié):

空空氣動(dòng)力學(xué)是科學(xué)領(lǐng)域的難點(diǎn)學(xué)科，研究的東西看不見(jiàn)摸不著。但是，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)說(shuō)，它的存在是不容忽視的。與普通家用車相比，超級(jí)跑車更應(yīng)該注重/[k0/]氣動(dòng)效果的應(yīng)用。優(yōu)秀的設(shè)計(jì)不僅能最大限度地降低車輛的前進(jìn)阻力，還能保證車輛所需的下壓力。