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跑车动力学原理

2018-06-25 23:26:35·  来源：洞云书屋  
　
赛车性能取决于诸如发动机，轮胎，悬架，道路，空气动力学，当然还有司机的因素。然而，近年来，车辆空气动力学得到了越来越多的关注，主要是由于利用负升力（下降力）原理，产生了几个重要的性能改进。简要回顾了气动下压力的意义以及如何提高赛车性能。在简短的介绍之后，我们讨论了产生向下力的各种方法，如倒翼、扩散器
赛车性能取决于诸如发动机，轮胎，悬架，道路，空气动力学，当然还有司机的因素。然而，近年来，车辆空气动力学得到了越来越多的关注，主要是由于利用负升力（下降力）原理，产生了几个重要的性能改进。简要回顾了气动下压力的意义以及如何提高赛车性能。在简短的介绍之后，我们讨论了产生向下力的各种方法，如倒翼、扩散器和涡流发生器。由于这些车辆的复杂几何形状，不同的车身部件之间的气动相互作用是显著的，导致涡流流动和提升表面形状不同于传统的飞机机翼。还讨论了典型的设计工具，如风洞试验、计算流体动力学和轨道测试，以及它们与赛车发展的关系。尽管这些设计工具的巨大进步（由于更好的仪器、通信和计算能力），流体动力现象仍然是高度非线性的，并且预测特定修改的效果并不总是无故障的。几个例子涵盖了广泛的车辆形状，以展示这一非线性性质的流场。

计算流体动力学方法

计算流体力学（CFD）方法在广泛的工程学科中的集成度正在急剧上升，这主要是由于计算力和可承受性的积极趋势。这些方法的一个优点，当在赛车行业中使用时，是由解决方案提供的大量信息。与风洞试验相反，在实验结束后，数据可以被观察、调查和分析。此外，这种虚拟的解决方案可以在车辆建造之前创建，并且可以提供关于各种组件的气动载荷的信息、流动可视化等。主要问题是为什么仍在使用更昂贵（且信息量较少）的风洞和道路测试。最简单的答案是，上面的工具（例如CFD、风洞或轨道）都没有足够的全面性，而所有方法的互补使用是最安全的途径。

跑道试验

风洞试验所固有的一些困难在跑道上的全尺寸空气动力学测试中根本不存在。滚轮、移动地面、正确的雷诺兹数和风洞堵塞校正都解决了，不需要建立昂贵、更小的模型。当然，车辆必须存在，天气必须合作，并且租用跑道和检测移动车辆的成本不能破坏预算。由于上述优点，尽管不受控制的天气和成本问题，这种形式的空气动力学测试近年来有了很大的改善。最早的测试形式之一是通过滑行测试来确定车辆的阻力。尽管大气条件的变化和轮胎滚动阻力的不一致性，可以得到合理的增量数据，如克鲁等人所讨论的。随着计算机和传感器技术的进步，到了20世纪90年代末，可以通过无线通信以合理的成本测量和传输期望的力、力矩或压力。传感器可以测量悬挂位移、各种应力/应变、驱动轴扭矩、压力、温度等。数据采集系统可以快速分析负载并提供诸如冷却系统的温度或压降、各种部件（包括翼和车轮）的阻力和阻力的信息。即使流动可视化也可以通过在不同位置安装微型摄像机来提供关于冷却系统中的流动分离、涡流尾迹或非计划再循环的信息。尽管技术变得非常有效和负担得起，跑道租赁仍然相当昂贵，为了节省成本在许多形式的比赛，组织者简单地限制了轨道测试日的数量，有些甚至禁止在比赛中使用遥测（用于工程目的）。

汽车和赛车空气动力学的复杂性可与飞机空气动力学相媲美，不限于仅减阻。下降力的产生及其对侧向稳定性的影响对赛车性能有很大的影响，特别是当涉及高速旋转时。在设计和改进当前赛车形状的过程中，使用所有的航空航天型设计工具。由于流动分离、涡流或边界层过渡等影响，大多数类型赛车的流动并不总是容易预测的。由于这项运动的竞争性和短的设计周期，工程决策必须依赖于来自跑道、风洞和CFD测试的组合信息。 
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