「保时捷」当你的车足够有劲,风阻系数就不再是越小越好



空气动力学效率=下压力系数/风阻阻力系数

在一些新款车型的宣传中 , 偶尔会看到让人哭笑不得的介绍 , 比如“风阻系数比肩超跑” 。 为什么说哭笑不得呢 , 因为大部分的运动型车 , 风阻系数并不低 。
就拿三大神车来说 , 它们的风阻系数都在0.35上下 。 而F1赛车甚至可以做到风阻系数超过1.00甚至更高 。 这些顶级的速度机器花了大手笔做的空气动力学优化 , 反倒和十几万元的家用车水平相当?这显然是不合理的 。 这是因为 , 空气动力学效率=下压力系数/风阻阻力系数 。

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对超跑来说 , 风阻系数不必太低 , 但下压力系数必须得高 。 甚至可以说没有优秀的空气动力学设计 , 再大的马力也没有用武之地 。
空气动力学设计是如何提高下压力系数的?要回答这一问题 , 首先要说到气动升力的产生原理 。
气动升力最经典的例子是飞机的起飞原理 。
飞机机翼主要受到三种气动升力 。
一种是由“攻击角”将前方空气分割为上下两部分 , 向下的一部分必然受到机翼向下的阻力 , 根据牛顿第三定律 , 这部分空气给机翼向上的推力 。
第二种和汽车的气动升力关系密切 。 是由于机翼特殊的形状设计 , 导致机翼上方空气流动速度加快 。 伯努利方程告诉我们 , 流速快压强小 , 因此机翼上方压强小于下方压强 , 形成气动升力 。 第三种当攻击角较大时出现的涡流升力 , 此处不再赘述 。

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如下图所示 , 为了满足舒适、空间等功能需求 , 绝大部分车身会被设计成“上凸下平”的形状 。 抽象地看 , 车身截面和机翼截面形状近似 , 因此车子在高速行驶时 , 也将受到气动升力影响 。 如果没有针对性设计 , 那么车速越高 , 升力也就越大 , 车身就会不稳定 。

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为了降低气动升力带来的不稳定性 , 这些设计应运而生 。
楔形车身
既然上凸下平的设计会让车子发“飘” , 那上下都平的话 , 当然就会更稳 。 同时低矮的车身使得迎风面积较小 , 从空气动力学的角度来看 , 平衡了油耗和稳定性的关系 。 但缺点非常明显——空间狭窄 , 实用性欠缺 。

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尾翼
尾翼和机翼可以说是伯努利原理完全相反的两种应用 。 尾翼的截面和机翼正好相反 , 也就提供了下压力 。
还有一些可调角度的主动式尾翼 , 其攻击角适时调整 , 当倾斜角度较大时 , 在尾翼下方将产生涡流 , 能在极端情况下提供更大下压力 。 慕尼黑大学的一项测试表明 , 对于被测试的一款尾翼 , 平直摆放时产生下压力321N;当攻击角为12?时 , 下压力可以达到954N , 相当于坐上去一个成年人 。 要知道 , 这个小小的尾翼只有一公斤左右的重量 。

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Porsche911 Turbo S
但加装尾翼往往弊大于利:一方面法规有所限制 , 另一方面尾翼带来的阻力提升现象对于城市用车并不友好 。 相比之下 , 比较理想的方案是可变尾翼设计 , 角度可调并且低调内敛 , 完美应对不同行驶状态下的需求 。

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Porsche911 Carrera S
相比前两者 , 一个更加经济实惠的解决方案是加装一个小鸭尾 , 高速稳定、低速省油 , 效果拔群 。 但缺点是车尾产生的涡流效应容易吸灰 。


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