空氣動(dòng)力學(xué)在汽車中的應(yīng)用
今天我們來(lái)說(shuō)一件比較普遍的事實(shí),無(wú)論你開的是轎車還是卡車,是火車還是公交,抑或是未來(lái)先進(jìn)的智能汽車,你可能都無(wú)法離開一件事——空氣對(duì)你駕駛的設(shè)備的影響。事實(shí)上這就是空氣動(dòng)力學(xué)。
今天我們來(lái)說(shuō)一件比較普遍的事實(shí),無(wú)論你開的是轎車還是卡車,是火車還是公交,抑或是未來(lái)先進(jìn)的智能汽車,你可能都無(wú)法離開一件事——空氣對(duì)你駕駛的設(shè)備的影響。事實(shí)上這就是空氣動(dòng)力學(xué)。
空氣動(dòng)力學(xué)是流體力學(xué)的一個(gè)分支,而流體力學(xué)又是力學(xué)的一個(gè)分支。SO,空氣動(dòng)力學(xué)是屬于力學(xué)范疇的(是一個(gè)物理學(xué)科)
空氣動(dòng)力學(xué)顧名思義,就是物體在空氣中收到空氣給予的力而產(chǎn)生力矩并對(duì)物體做功(包含正功和負(fù)功)的一個(gè)統(tǒng)一的說(shuō)法。空氣動(dòng)力學(xué)中應(yīng)用最廣泛的方面是在飛行器方面,包括飛機(jī)(客機(jī)、軍機(jī))以及火箭(衛(wèi)星、導(dǎo)彈)等方面。那么空氣動(dòng)力對(duì)于我們駕駛的汽車來(lái)說(shuō)是好還是不好呢?在現(xiàn)實(shí)汽車設(shè)計(jì)中,我們是如何規(guī)避空氣阻力對(duì)于汽車的影響呢?
首先我們來(lái)看第一個(gè)問(wèn)題,空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)物體的影響。
我們都知道當(dāng)我們?cè)谂懿降臅r(shí)候,我們感覺(jué)到有風(fēng)打在臉上及身體上,這其實(shí)就是一個(gè)最客觀的空氣動(dòng)力作用在物體上的實(shí)例,我們?cè)趤?lái)想,當(dāng)我們跑步的時(shí)候是順風(fēng)跑的省力氣還是逆風(fēng)跑的時(shí)候省力氣呢?答案顯而易見(jiàn)。所以我們可以推導(dǎo)出另一個(gè)客觀事實(shí),那就是物體與空氣流動(dòng)方向的相對(duì)速度。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)方向與空氣流動(dòng)方向相同時(shí),空氣對(duì)物體做正功,否則做負(fù)功,當(dāng)物體的理想速度需要保持一定時(shí),如遇正功空氣動(dòng)力,物體產(chǎn)生的能量(或者說(shuō)做的功)可以減去空氣對(duì)此物體的功(也就是說(shuō)省力),否則費(fèi)力。推到到汽車上,那就是發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的扭矩力,通俗的說(shuō)就是我們給油門的深淺。所以經(jīng)過(guò)以上事實(shí),我們可以得出一個(gè)結(jié)論——空氣動(dòng)力對(duì)汽車是存在影響的。
所以當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)汽車的時(shí)候,一些追求動(dòng)力的汽車(例如跑車)我們都會(huì)把空氣動(dòng)力對(duì)汽車的影響考慮到極致,因?yàn)檐嚺艿脑娇?,空氣?dòng)力對(duì)汽車的影響就越大(考慮一下飛機(jī),這完完全全就是空氣動(dòng)力把飛機(jī)托起并飛在天上的實(shí)例)
所以在設(shè)計(jì)汽車的時(shí)候,我們也會(huì)把空氣動(dòng)力對(duì)汽車的影響放在整車設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究,那么從以上的推論可以得出空氣動(dòng)力對(duì)汽車的影響都是負(fù)面的,是否是這樣呢?那么首先我們來(lái)看第一個(gè)問(wèn)題。
導(dǎo)流板,這個(gè)東西在一般轎車上是沒(méi)有的,需要在動(dòng)力比較強(qiáng)勁車型上才會(huì)有,一般情況下會(huì)分為車上導(dǎo)流板和車下導(dǎo)流板,車上導(dǎo)流板其實(shí)就是我們大眾所說(shuō)的“尾翼”,而車下導(dǎo)流板一般安裝在車體下面靠近車尾的位置,其作用就是讓車下的被擾亂的空氣有規(guī)律的依次流動(dòng)出去,以免對(duì)高速行駛的汽車造成不可預(yù)測(cè)的影響。一般在賽車上比較常見(jiàn)(尤其是超跑,F(xiàn)1之類的車型上面)
后雨刷,這個(gè)東西比較奇怪,可能細(xì)心觀察的朋友們都會(huì)發(fā)現(xiàn),一般車后面帶有雨刷的都是兩廂車(或旅行版汽車),而無(wú)論多么昂貴的三廂車卻基本沒(méi)有帶后雨刷的,這是為什么呢?其實(shí)這也是空氣動(dòng)力對(duì)汽車的影響之一。當(dāng)汽車進(jìn)行行駛的時(shí)候,車頭會(huì)推動(dòng)空氣向前,車頭推動(dòng)的空氣會(huì)隨著汽車的周圍向車尾流動(dòng),此時(shí),正對(duì)車尾的空間內(nèi)的空氣來(lái)不及補(bǔ)充,會(huì)形成一個(gè)負(fù)壓倉(cāng)效應(yīng)吸收空氣跟隨車體向前,此時(shí)地面的塵土和泥沙就很容易堆積在汽車的尾部,而兩廂車一般都比較高,負(fù)壓倉(cāng)一般會(huì)在后玻璃處形成,而三廂車的負(fù)壓倉(cāng)是在后備箱處。所以,一般兩廂車都會(huì)帶有后雨刷,而三廂車卻沒(méi)有。
流線型車身,其實(shí)無(wú)論車的動(dòng)力如何,只要?jiǎng)?,就?huì)收到來(lái)自空氣的力,所以當(dāng)今車型一般都會(huì)設(shè)計(jì)成流線型車身,這里有兩點(diǎn)好處,第一點(diǎn)是空氣阻力對(duì)流線型車身的阻力相對(duì)較小,另外一點(diǎn)就是我們需要空氣對(duì)車施加一個(gè)向下的力以穩(wěn)定車身。
所以制造一款既加速快,又省油的車型,除了考慮動(dòng)力組合、輕量化車身之外,對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的考慮也是非常重要的。
只要物體動(dòng),就不能擺脫空氣對(duì)此物體產(chǎn)生的影響,所以無(wú)論設(shè)計(jì)的是汽車的外飾還是內(nèi)飾,都應(yīng)該或多或少的考慮空氣動(dòng)力對(duì)產(chǎn)品的影響。