空气动力学套件如何设计？

汽车的空气动力学套件到底应该怎么设计，是不是随便就能加上的呢？这里我们来了解一下空气动力学套件的设计要点。



汽车在运行过程中，空气作用于车身上的气动力根据作用于车身不同位置，可分为气动阻力、气动升力以及侧向分力，其中，侧向分力会直接影响汽车的空气动力稳定性。



而高性能车辆空气动力学套件就是围绕着改善车辆的气动阻力、气动升力以及汽车的空气动力稳定性展开的。以下介绍三个最重要的设计要点：升阻比、导流以及风压中心。

对于车辆的空气动力学套件设计而言，如果把车辆比作一个不理想流体的话，那么空气动力学套件的作用就像是破衣服上的补丁，用来将车辆这个不理想流体的各个细节补充完整，空气动力套件就必然不会是符合理想流线的造型。空气动力学套件在带来流场变化的同时也会带来阻力和升力。这个时候，就需要升阻比的概念来优化空气动力学套件的理论值。



高性能车往往都会在车辆尾部加入一个大尺寸的尾翼，为车辆的尾部提供高速行驶过程中的下压力，但同时也必然带来了空气阻力。所以，在设计尾翼时，就必须通过好的翼型来获得一个较大的升阻比。从理论上看，升阻比当然是越大越好，负升力越大，轮胎的极限附着力就会越大，再匹配上合适的动力，那么地面能够提供给轮胎的驱动力也越大，当然，阻力也是随之增加的。

好的升阻比设定能够让额外增加的驱动力抵消掉阻力的增加并且有所剩余，继而达到提升车辆过弯速度的目的。一般来说，负升力与翼面的迎角呈正比关系，随着迎角的增加，负升力随之加大，与此同时，阻力也越大。但是，尾翼的迎角又不能一味地增加，当迎角超过临界点时，流经尾翼下表面的气流就会出现严重的气流分离，继而形成一个大涡轮，直接导致升阻比的急剧变小。所以，现在的高性能车尾翼都会采用较长的翼展或者在翼片末端加入一小块格尼襟翼以增加负升力。
导流的设计则是运用到了空气的粘滞性进行的空气动力学套件设计。所谓空气粘滞性，就是当气体相对于物体表面运动时所产生的内摩擦运动所导致的与该表面基础的气体受到阻滞而使得相对速度为零。简单点说，就是气体会沿着物体表面的形状而改变其流向，这叫贴壁效应。那么，通过这一原理，导流措施的加入就可以用于改变气流走向来减少某些部分的空气阻力或增加进气效率。



在现代高性能汽车空气动力学套件的设计上，导流措施最多运用到的地方就是减少进入底盘的空气、减小轮胎的阻力以及提高发动机的进气效率。关于导流结构的设计，一般来说可以分为三种：

第一种是加挡板直接阻止空气的进入，最常见的套件就是车辆前保险杠前方的扰流唇。



第二种方式就是利用前面讲到的贴壁效应来改变气流的方向。比如宽体化的翼子板套件以及马蹄形的扰流挡板，往往可以实现把气流导向轮胎的内外侧，以降低轮胎的扰动阻力。



第三种方式就是引入外部气流。引入外部气流的原理就是通过一股高速运动的气流吹动慢速运动的气流，以此来改变慢速气流的流动方向。这种方式多出现在中后置发动机的跑车进气道设计上，通过导流槽的设计将高速空气引入，改变流经进气口周围空气的方向，直接进入到进气道。



整个汽车空气动力学套件设计过程中最为原则性的设计，是车身表面气动力合力的作用点，这个点的存在对于整车的行驶稳定性极为重要，还会影响到车辆的转向特性、运动时的前后轴荷分配、侧向力力配比等方面。对于高性能车型上所搭载的空气动力学套件而言，通过空气动力学套件的作用改变风压中心，还可以起到一个调整车辆转向特性的作用。比如，量产车型的转向特性都偏向于转向不足，那么，要实现接近中型转向的特性，就可以通过尾翼等空气动力学套件的运用，后移车辆风压中心的位置，让后轴多分配到下压力，那么就会趋向于中型转向。

不过，车辆在处于动态行驶的过程中，前后轴的载荷是一直在变化的，如果过度的运用空气动力学套件来改变车辆的转向特性的话，那么必然会干扰到底盘对于转向系统的调校。而且，风压中心的存在还会影响到高速行驶过程中车辆的质心位置，改变车辆的侧向稳定性。比如在车辆转弯的时候，质心外移，车身姿态的改变会导致车辆四轮载荷的不均匀所产生横摆力矩，如果这个时候风压中心的移动超过质心的移动，必将会加速车辆姿态的改变。所以，通过空气动力学套件来调整的风压中心还是要尽量与整车的质心所贴合。

介绍一款空气动力学套件设计典范：兰博基尼Veneno



兰博基尼Veneno将赛车的空气动力学效率应用于道路用车，每一处细节都为追求极致——超乎寻常的磅礴动力、最恰当的下压力、最微小的阻力以及对高性能发动机的完美冷却能力。Veneno作为兰博基尼超跑家族中的一员，一丝不苟的沿袭着来自于圣亚加塔波隆尼的设计哲学：完美极致的车身比例、雄健动态的箭形前脸、犀利鲜明的跑车线条以及精准无瑕的车体外观。



兰博基尼Veneno的前端设计追求完美的空气动力学特性和下压力，作用就像一个巨型的扰流板，通过宽大的导流通道将气流引导至前盖、挡风玻璃前端以及前轮。同时，颇具兰博基尼车型特征的设计还体现在其延伸至挡泥板处的Y字形锐利前灯以及经典的剪刀门。
兰博基尼Veneno的车身挡泥板在沿用世界赛车模型分割比例的同时优化了空气动力学特性，令其腰线主要由大幅窗框及前后轮眉构成。精密的空气动力学设计将气流完美导向大尺寸的进气口，充分保证发动机的冷却和进气效率。



如车身前端一样，车尾的设计也致力于优化车身底部的空气动力学特性及高速转弯稳定性。从光滑的车身底部到车尾坚固粗犷的扩散器，分离机将四个大口径的排气管分隔开来，以增加下压力。大尺寸进气口也保证了发动机舱的通风冷却，并将气流导向尾翼。车尾唯一一处封闭的区域仅是车牌的悬挂处。后车灯组包括刹车灯、转向灯及雾灯，均采用Y字形设计。引擎盖上六个楔形的开口及中部的散热片，还有可调节的后扰流板也同样为优化引擎散热效率而设计。引擎盖在中部扩展为巨大的“鲨鱼鳍”，可增加制动效率及尾部稳定性，并偏航角度过大时提供额外的下压力，从而进一步增强高速转弯稳定性。
可调节式尾翼增加了兰博基尼Veneno的赛车体验。这一设计经过大量的模拟测试，能够确保尾翼与尾部扩散气流的完美相互作用，最终实现绝佳的空气动力学特性。



兰博基尼Veneno前后轮分别配备20英寸和21英寸铝合金轮毂，均采用中央紧固方式装配。轮毂外缘特别设计有一圈碳纤维环，可像涡轮一样为碳陶瓷刹车板提供额外的冷却空气——这种设计也源自于对空气动力学的执着。