赛车背后的空气动力学
1汽车所受阻力
对于汽车来讲,空气阻力分为摩擦阻力和压差阻力。因为自身的粘性,空气对汽车表面会有摩擦作用,即有摩擦力。这里的摩擦力,与物理课上所说的摩擦力是同一种力,最终作用的效果都是对物体的相对运动形成阻碍。
而压差阻力则是因为汽车在行驶过程中不断穿破周围的气流,改变了空气微团的相对位置,一些部分微团多,气压相对较高,另一些部分微团少,气压相对低。高气压区对低气压区有压强差,形成了压力,而这种压力就是压差阻力。实验结果表明,在汽车以80Km/h以上的速度行驶时,压差阻力占95%以上。
在方程式赛车中,如果能将引起压差阻力的气流合理的整合与引导,便可以增加赛车弯道中所要求的下压力,使赛车在弯道中的速度更高。
2文丘里效应
文丘里效应,又称文氏效应。这种现象以其发现者,意大利物理学家文丘里命名。这种效应可以制作出文丘里管。当气体或液体在文丘里管里面流动,在管道的最窄处,气体被加速,动压达到最大值。由伯努利方程可以知道此时流体内部压力(静压)达到最小值,于是文丘里管的“脊”内外两侧产生压力差,压力方向为从文丘里管外侧指向内侧。
文丘里效应对于方程式赛车的扩散器具有重要参考意义。在方程式赛车中,赛车的底部并不同于普通的家用车做成镂空的形状,而是安装一个文丘里管形状的扩散器。文丘里的“脊”设计在某一位置,这一位置使得扩散器,包括内部引导的气流,与整车配合,使得提供的下压力达到最大。实际赛事中的遥测数据表明,扩散器可以提供整车下压力的45%以上。
扩散器的实际形状与压力分布,颜色越接近红色代表力越大,越接近蓝色越小
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