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空气动力学部件的作用机理

2019-02-15 22:51:53·  来源：AutoAero  作者：梁继续  
　
世界上有圆滚滚的车，也有方方正正的车。无论赛车还是卡车都有些奇怪的部件，它们都想充分利用空气动力学。空气动力学就是研究气流和移动物体间的相互作用。空气
世界上有圆滚滚的车，也有方方正正的车。无论赛车还是卡车都有些奇怪的部件，它们都想充分利用空气动力学。
空气动力学就是研究气流和移动物体间的相互作用。空气动力学的两大力是阻力和升力。阻力是空气阻碍一辆车移动的力，而升力是由空气垂直作用于汽车的力。
升力有积极的作用，比如飞机飞起来；也有消极作用，就是下压力。
汽车移动会和物体接触，就会产生阻力。阻力大概等于速度的平方乘以风阻系数和迎风面积。风阻系数取决于很多因素，比如一个物体的大概形状，表面粗糙度以及它的速度。一块砖的风阻系数很糟糕，是1；但一滴水珠，最符合空气动力学的形状，风阻系数仅仅为0.05。
当你低速行驶，空气都不算啥，阻力不大，就算车子像砖一样，也有足够动力把空气推开。在汽车诞生的早些年，汽车制造商不怎么在乎车的形状，因为巡航速度几乎都不超过45英里每小时。
最早创造陆地极速的赛车手很快意识到将他们的车流线型化。
由于速度加快，阻力也会显著增大，有人形容这是指数级增长，70英里每小时产生的阻力是35英里每小时的4倍，这意味着需要做很多功才能驱动车子划过空气。
例如一个移动的板砖，空气在它的前端堆积，产生一个高压区，而在后边会形成一个低压气穴，从而产生压差。此时，不只有物体移动产生的摩擦力，还有一股力试图把板砖往后拽。这样看来，阻力是决定燃油经济性和极速的重要因素，将风阻系数从0.3降到0.25能让车用一加仑汽油多走1英里。
但如果两辆不同的车以同样的速度行驶，总体阻力上更流线型的车还是会比没那么流线型但更小的车要大。也许你会想F1赛车超级快的，它们肯定特别符合空气动力学，然而F1赛车的风阻系数大概是0.7，比一辆面包车风阻系数还大。这是因为F1赛车设计时都会考虑到空气的升力，为了拿下一个快的圈速，牵引力、抓地力和速度、马力同等重要。
实际上按着一辆车不让它飞上天有助于改善抓地力，而以空气的负升力，也就是下压力，按着轮胎更有助于改善抓地力。下压力也会带来成吨的阻力，但这是值得的。因为如果没了这些力，F1赛车只能以100英里每小时的速度开着，而有了对轮胎施加的额外下压力，它们的抓地力增强，过弯速度提高。
伯努利定律说快速移动的流体产生的压力会比慢速的流体小。因此当气流以更快的速度吹过底部，稍慢的速度吹过顶部时产生下压力。
把尾翼造成机翼一样的形状，当空气吹过一个弯曲表面，它会试着沿着那个表面流动，这叫做康达效应。需要流动更远的空气会加速，这就造成了压力的不平衡，进而有了升力或者负升力。因此，安装尾翼的方向决定了它产生升力还是负升力。
当空气沿着车弯曲的车顶弧线流过产生快速平滑的气流时，一块低压区就在后面产生了，此时加装扰流板会干扰空气气流的方向，有助于减少升力。但后方的下压力过大会产生转向不足，当安装了前扰流板后，会增加对前轮的下压力，增加行驶稳定性。
 
如有意相关技术合作，请联系张英朝教授，发邮件至：yingchao@jlu.edu.cn！ 
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