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傳說中的“地面效應”那么厲害?是的!車底要平 | 酷樂改裝百科·賽車空氣動力學 P5

傳說中的“地面效應”那么厲害?是的!車底要平 | 酷樂改裝百科·賽車空氣動力學 P5(圖1)

Author / 蟹爪朝天

在《賽車空氣動力學》這個系列中,我們放棄那些復雜的公式,只來簡要說一些和賽車有關的空氣動力學原理,以及在車輛設計、調校中對空氣動力學的實際應用。

懸掛等部件產生的機械作用力主要在低速行駛中起作用。整車外形產生的空氣作用力主要在高速行駛中起作用。

在一條高低速彎兼備的賽道上,車隊通常會通過懸掛和尾翼等部件分別設定車輛在低速彎和高速彎中的操控特性。想要贏得更好的成績,真的應該了解一些賽車的空氣動力學特性。

在車輛的空氣動力學應用中,主要是要考慮:通過流線外形減小風阻系數、盡量減小正面迎風面積、引導并利用氣流。常用的設計方法是:流體仿真模擬、油泥模型風洞、實際賽道等。

此系列共有八篇內容

01 空氣的特性

02 賽道策略

03 擾流板Spoiler

04 翼面Wing

05 車底氣流

06 亂流區

07 導流部件

08 其它空力設計

前期回顧

車底氣流

這次我們來說說關于車底氣流。這是一門技術更是一門學問。

在平時家用車時我們可能感覺不到車底設計的方式對我們的駕駛會產生什么樣的影響,但是當你開上賽車在跑道上飛馳時,車底的設計就十分重要了,設計的巧妙,科學化,就會使賽車更加穩定,更加能夠達到其機械的上限,并對成績有不小的影響。

如下圖所述,底盤平面適當的坡度有利于底盤下氣流的快速導出。

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不考慮懸掛等機械下壓力,也不考慮尾翼等其它空氣下壓力部件的影響,單獨就底盤平面的坡度來說,前低后高的坡度的確可以讓車底氣流更好的導出,進而提升車輛整體的空氣下壓力。

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但這樣帶來的空氣下壓力是偏重于車頭的,會帶來后輪的不安定及轉向過度傾向。

即:車頭的空氣下壓力收益大于車尾空氣下壓力的收益。

好在除了底盤外,車頭沒有太多可以大幅增加空氣下壓力的部件,而車尾有個尾翼。此時,尾翼在一定程度上也是彌補或者說平衡了前后輪之間的空氣下壓力的差異。

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當車頂空氣壓力大于車底時,二者壓力差越大,空氣下壓力也就越大。

所有除了用擾流板等部件增大車頂向下的空氣壓力外,還可以通過減小底盤和地面之間的空氣壓力,讓車頂和車底的氣壓差更大一些。

盡量減少進入底盤下方的空氣量、盡量提高底盤下方空氣的流速,以減小底盤下方的空氣壓強。

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比如越來越多的普通原廠車型,將底盤下表面盡量平整化的作用之一就是增強地面效應。

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將地面效應應用到極致的車型大概是Toyota 7,底盤四周幾乎和地面貼合,并在車尾設置了兩個風扇從底盤下向外抽氣。

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一些開輪賽車(Open-Wheel Race Car)會在車頭設置一些小翼。這些小翼能高效獲得下壓力的原因主要是源于其自身的或在其所能影響到的底盤部位的地面效應

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一些改裝賽車來說,可以用聚碳酸酯等材質的平板將后部底盤封閉平整。

特別是從原廠油箱后部到后杠下沿之間的部分。這樣的平整化改造可以很好的減少后部備胎圓、后杠前方等部位的不平整和空洞。

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一方面是可以加快底盤下方的空氣流速,減少整車下部的空氣升力。

另一方面是在車尾,單獨或者說更大幅度的減少了車尾的空氣升力就等于提高了車尾的安定性,否則多數原廠車型后杠之前的空洞會導致強烈的亂流。

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考慮到距離比后輪更遠,這個整車最遠端的亂流區的空氣升力對后輪附著力的影響還是不小的。

當然,在這樣設計時也要考慮差速器、排氣管等部件的散熱問題。如果原廠油箱已經拆除了,那油箱部位留下的巨大空洞就更應該盡量封閉平整了。

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一些原廠車底盤的平整化部件是并不十分光滑的絨氈板

絨毛導致的微小不平整會帶來較厚的粘滯層(邊界層)和小型亂流。粘滯層越厚,其內部的空氣摩擦力也就越大,小型亂流多了,也很容易導致大型亂流的產生。

所以,如果追求極致性能的話,這些兼顧了隔音功能的板子是不能接受的。

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可以換成一些表面光滑的板子。同理,在加裝了一些底盤強化杠后,底盤的平整性和壓力區的分布也會有變化。

車底空氣壓力區或者說壓強分布的改變,多少都會影響到高速狀態下整車的操控特性。

車底前部空氣壓力增大或后部空氣壓力減小,會導致前輪垂直負載減弱,或者說車頭仰角會略微上升。

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低速彎可能感覺不出來,但在一些高速或全油門彎中,這種負載的變化就可能會帶來轉向不足。考慮到這一點,如果不是追求維修的便利性,還是安裝一款平整些的引擎下護板吧。

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影響賽車地面效應的幾個因素

從側面溢出及進入的空氣量

底盤平整度,即:底盤下表面外側的邊界層情況

車尾氣流流出時的擴散情況,即:擴散器的設計

基礎環境氣壓

尾翼和前翼的空力效果,及其導致的前后底盤高度差異

車輪卷起的氣流導致的底盤下空氣不穩定

懸掛運動導致輪井附近底盤下空氣不穩定

引擎艙向后排出高溫氣體對底盤下空氣數據的影響

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本文相關詞條概念解析:

空氣

空氣,我們每天都呼吸著的“生命氣體”,它分層覆蓋在地球表面,透明且無色無味,它主要由氮氣和氧氣組成,對人類的生存和生產有重要影響。空氣是指地球大氣層中的氣體混合。它主要由78%的氮氣、21%氧氣、0.94%的稀有氣體(氦、氖、氬、氪、氙·氡),0.03%的二氧化碳,0.03%的其他物質(如水蒸氣、雜質等)組成的混合物。空氣的成分不是固定的,隨著高度的改變、氣壓的改變,空氣的組成比例也會改變。但是長期以來人們一直認為空氣是一種單一的物質,直到后來法國科學家拉瓦錫通過實驗首先得出了空氣是由氧氣和氮氣組成的結論。19世紀末,科學家們又通過大量的實驗發現,空氣里還有氦、氬、氙等稀有氣體。在自然狀態下空氣是無味無臭的。空氣中的氧氣對于所有需氧生物來說是必須的。所有動物都需要呼吸氧氣。此外植物利用空氣中的二氧化碳進行光合作用,二氧化碳是近乎所有植物的唯一的碳的來源。

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