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「国王学苑」御风而行的秘密─ 认识《汽车空气力学》

2018-06-29 22:14 来源: 强哥说SUV

「国王学苑」御风而行的秘密─ 认识《汽车空气力学》

在聊到汽车相关的话题时,「空气力学」是经常会出现的名词。但是空气力学是什么?对于汽车的性能又有什么影响?就让本篇【国王学苑】来为读者们解说。

空气力学是一门研究空气流动特性的科学,也是流体力学的一个分支。最初空气力学主要应用于航太领域,后来则导入汽车工业当中用来提升车辆的性能与效率,并且在不断发展之下成为一个专门的空气力学项目。 汽车空气力学 (Automotive Aerodynamics)

汽车空气力学的主要目的在于减少阻力来改善车辆运转效率、降低风切噪音以及将行驶噪音极小化,另外还有控制引擎、煞车等部位温度的作用。至于大家提到空气力学就会联想到的下压力,在一般市售车上其实并不是非常重要的考量,仅有跑车或者赛车等运动型的性能车款才会在下压力方面多加着墨。空气力学是相当艰深且复杂的一门科学,因此涵盖的范围非常广泛又多样化,不过和一般市售车有较大关联的部分,主要分为阻力、乱流、热管理以及下压力。 阻力

把空气分子想像成是一颗颗的球,覆蓋满我们周遭的所有空间。而汽车在行驶时,就必须将这些「球」推开才能够前进,这就是空气对车辆产生阻力的原因。而一个简单的概念,通常车头面积越大,需要推开的球就越多,代表着产生的阻力就越大,而其「风阻系数」也就会越高。但是要注意,车辆外型流线与否和风阻系数的高低并没有绝对关系,因为风阻系数还会受到车体乱流、下压力等其他因素影响,这也是为何我们可以看到一些轿车的风阻系数比多数超级跑车还要低的原因,例如豪华轿车《美洲虎XE》的风阻系数为0.26,但是低扁流线的经典超跑《法拉利F50》风阻系数却可达0.372,而《一层楼》赛车的风阻系数更能够高达0.75。

「国王学苑」御风而行的秘密─ 认识《汽车空气力学》

乱流

如同前面所说的,车辆行驶时就像是不断推开前方的空气分子,而这些空气分子则会因为车体造型的影响而改变流动的方向,当空气流动的方向不受控制,就会变成乱流。乱流会降低空气流过车体的效率,进而增加阻力,而且也是风切噪音的来源。因此,汽车制造商在设计市售车的车体时,通常会尽可能地减少车体产生的乱流,除了提高车辆行驶时的静肃性、舒适性之外,也能够降低阻力、改善油耗表现。

▼保时捷911 GT2 RS的轮拱开孔就是为了将车轮产生的乱流导出

「国王学苑」御风而行的秘密─ 认识《汽车空气力学》

乱流最容易在车体突出的地方形成,例如后视镜。因此现在有许多汽车制造商会对后视镜的造型下工夫以减少后视镜造成的乱流以及风切噪音。另一个车体乱流的主要来源则是快速转动的车轮,当车轮在旋转的时候会产生大量不规则的空气乱流。要降低车轮乱流可以靠着改变轮框造型,或者改变轮拱、叶子板的造型来达到目的,另外,轮胎制造商也可以透过改变胎纹的设计来降低轮胎引起的空气共振噪音。

▼部分市售车款会在后照镜处设计扰流鳍以改善后视镜乱流产生的风切噪音

「国王学苑」御风而行的秘密─ 认识《汽车空气力学》

热管理

搭载内燃机引擎的车款需要恰当的空气力学将冷空气导向冷却水箱以及引擎本体来控制动力系统的温度,而即便是电动车,也需要为马达、电控系统以及电池模组进行散热,其他还有煞车系统、变速箱,或者高性能车款的差速器都会需要仰赖良好的空力设计来达成有效的热管理。

▼本田思域R的引擎盖开孔是为了将冷空气导入引擎室之内

「国王学苑」御风而行的秘密─ 认识《汽车空气力学》

这正是为何我们可以在多数车款上看到车头水箱护罩的开孔,而一些性能车款更会在引擎盖开孔导入冷空气,或者在前保杆设计导风孔将冷空气导向煞车系统等等,这都是仰赖空气力学来为车辆高温零件降温的实际应用方式。

▼保时捷911 GT2 RS在行李箱盖上设计了两个导风孔,将冷空气导向煞车系统

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下压力

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