如何提升汽车的空气动力性能?
无论汽车行驶速度多小,它都需要消耗一些能量使其在空气中运动,这部分能量用于克服阻力。在汽车空气动力学中阻力主要包括以下四部分:
· 前方压力,汽车前进时车身推动空气所产生的效果。
· 后方真空,空气不能填补车身通过后“空”的地方所产生的效果。
· 湍流,湍流是由汽车上气流的分离所形成的。
· 摩擦力,车身表面缓慢流动的空气所产生的摩擦效果。
在这四部分中,我们可以描述大部分气流与车身的相互作用。
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汽车在运动的时候,受到的空气阻力主要有四个部分:前方压力、后方真空负压、湍流和摩擦力。
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一、前方压力
汽车在空气中行驶时必须要推动空气分子运动,这就形成了前方压力。当数以百万计的空气分子接触车身前部时会发生压缩,从而增加了车身前部的空气压力。同时,在大气压下空气分子沿车身两侧运动,且大气压比汽车前部的压力要小。
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为了降低车头所受到的空气阻力,汽车设计师们尽量减小车头的迎风面积,将车头设计得更像一个梭子,以便于空气流过。
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为了改善车头所受到的气流影响,汽车设计师们还通过前包围空气套件来分散气流。
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空气从车头进入发动机舱后,流动受阻,同样造成阻力。现在,汽车设计师们也正在考虑优化发动机舱的布局来减小空气阻力。
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正常行驶的车辆,35%~40%的气流从车身上面流过,空气动力表现优秀的汽车,通过设计压低车头、发动机罩前端,减缓前挡风玻璃角度,尽可能减少汽车的正面迎风面积等措施来减轻与空气的“正面对抗”。
二、后方真空负压
汽车行驶时,汽车后风窗和行李箱后的空间马上变成“空”的或者说像是一个真空。这些空区域是由于空气分子不能及时填补汽车通过时所形成的空洞所造成的。空气分子力图填补这些空的区域,但是汽车一直在前行,以至于在与汽车行驶方向相反的方向上始终存在着真空。
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为了减小负压的影响,从车顶到车尾的过渡要尽量圆滑,尽可能减少真空区域的出现。
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也可以使用扰流装置。
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三、湍流
气流经过车身不平整表面(如凸起的后视镜、凹凸不平的底盘等)时产生的紊乱、不规则流动,进而给汽车带来阻力。
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为了避免气流经车身突起物后产生湍流,设计师们尽量把能嵌入车身的部件嵌入到车身里,而不张扬在外,比如汽车大灯、车门把手、收音机天线等已经嵌入车身里。
气流经车头分离后,会从车身上面和下面分别流过。
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行驶的车辆, 10%~15%的气流从车身下面流过,但是车身下面各种连杆、梁、管的排布呈现出来的是凹凸不平的局面,很不利于空气的流过,自然在底部会形成湍流。
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考虑周到的设计师和工程师会对底盘进行封闭,形成良好的气动外形,减少底部湍流的产生。
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对性能要求高的跑车,设计师还会在的汽车底盘尾部设计湍流导流槽。
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空气动力表现优异的汽车,会对车身底盘进行封闭处理,避免底部湍流;在汽车尾部,尽可能考虑车顶至车尾的流线化,避免气流从车顶流过后在车身后部形成湍流,并与底部上卷的气流混合形成尾部涡团。
四、摩擦力
空气流经车身表面所产生的摩擦力。
因为汽车必然与空气紧密接触,摩擦力是少不了的。能减小摩擦力的办法就是让车身表面尽可能光滑。通过对前述空气影响的多方面综合考虑,设计师们做了大量的工作为汽车营造良好的气动外形:
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我们看到的汽车外形正在不断的发生着变化:
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良好的气动外形能显著减少空气阻力,间接提升汽车动力性能、降低油耗,也是对环保的贡献。
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