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汽車空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)——擴(kuò)散器
2018-04-10 15:14:12· 來(lái)源：AutoAero
鑒于目前對(duì)布朗GP車隊(duì)的設(shè)計(jì)的爭(zhēng)議，豐田和威廉姆斯車隊(duì)擴(kuò)散器賽車工程部門決定回歸賽車空氣動(dòng)力學(xué)的本質(zhì)，這將使我們更好地理解為什么他們的設(shè)計(jì)更加有效。
讓我們回到賽車工程的基礎(chǔ)空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)，來(lái)看看擴(kuò)散器的功能
鑒于目前對(duì)布朗GP車隊(duì)的設(shè)計(jì)的爭(zhēng)議,豐田和威廉姆斯車隊(duì)擴(kuò)散器賽車工程部門決定回歸賽車空氣動(dòng)力學(xué)的本質(zhì)，這將使我們更好地理解為什么他們的設(shè)計(jì)更加有效。
讓我們從擴(kuò)散器的基本功能和操作開(kāi)始
在現(xiàn)代賽車中，擴(kuò)散器的關(guān)鍵作用在于加速賽車底部的氣流,創(chuàng)建一個(gè)低壓區(qū),從而增加下壓力。這在現(xiàn)實(shí)中真實(shí)的實(shí)現(xiàn)就是F1車身后部的設(shè)計(jì)的形狀，它的作用就是把空氣從車身底部抽出。這種抽吸作用，將車輛吸在在賽道上行駛的方式產(chǎn)生的抓地力要遠(yuǎn)高于原本簡(jiǎn)單地通過(guò)輪胎和懸掛設(shè)置實(shí)現(xiàn)的。這就是我們說(shuō)的氣動(dòng)抓地力。
豐田TF109賽車的尾部擴(kuò)散器
理論知識(shí)
要理解擴(kuò)散器為何如此重要，必須掌握升力和下壓力的基本原理。下面的插圖展示了一個(gè)能夠產(chǎn)生下壓力的簡(jiǎn)單翼形的剖面。
空氣經(jīng)過(guò)翼型下方比經(jīng)過(guò)上方的距離長(zhǎng)，這導(dǎo)致翼型下方的空氣加速,致使氣壓下降,這將產(chǎn)生一個(gè)上下表面的壓力差。這種差別本質(zhì)上意味著上方的高壓將翼型向下推,產(chǎn)生所謂的下壓力。
在上圖的Chaparral 2J車上面可以看到這個(gè)理論的應(yīng)用的極致。在汽車后部的一對(duì)風(fēng)扇將空氣從地板下吸入，并排放到路上。
有鑒于此,賽車上的擴(kuò)散器的作用是加快汽車底部的氣流速度,減少其壓力,創(chuàng)造一個(gè)更大的上下表面的壓力差。這意味著更多的下壓力和氣動(dòng)抓地力,使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度更快。
擴(kuò)散器的機(jī)理
既然我們了解了下壓力生成的基本知識(shí)，我們可以看一下關(guān)于擴(kuò)散器更詳細(xì)的分析,以及為什么他們有自己獨(dú)特的形式。
擴(kuò)散器沿著其長(zhǎng)度方向空間體積增加，以產(chǎn)生使空氣可以從車身底部經(jīng)過(guò)的空隙。文丘里效應(yīng)意味著氣流經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器的喉部區(qū)域時(shí)加速,產(chǎn)生所需的低壓,然后逐漸回到相同的速度后,進(jìn)入尾流(見(jiàn)下圖),角度或斜坡也很重要,擴(kuò)散器必須有一個(gè)逐漸變化的角度,以防止氣流從頂部和兩側(cè)分離。
擴(kuò)散器機(jī)理
增加的垂直方向的“柵欄”能夠確?？諝庵唤?jīng)過(guò)的底部,而不從上表面泄漏，以優(yōu)化擴(kuò)散器效率。
擴(kuò)散器底部壓力分布
上圖顯示了一般擴(kuò)散器的壓力系數(shù),用藍(lán)色表示最低壓力區(qū)域,紅色表示最高壓力。如圖可以看出在擴(kuò)散器喉部區(qū)域隨著速度的增加壓力減少，以及隨后的氣壓減小以使地板下的擴(kuò)散器將車吸附在地上。
為什么“雙層擴(kuò)散器”更有效率
簡(jiǎn)單說(shuō),他們比單層的設(shè)計(jì)擁有一個(gè)更大的體積,從而吸引更多的空氣從底部經(jīng)過(guò)，增加下壓力水平。
2009年的規(guī)定的目的是通過(guò)壓縮他們的高度和寬度，來(lái)限制擴(kuò)散器的體積。而09年之前的幾年內(nèi)，設(shè)備變得比允許尺寸更長(zhǎng)、更高,其造成的湍流對(duì)后來(lái)汽車的下壓力水平產(chǎn)生了很壞的影響。
然而通過(guò)狡猾的解釋規(guī)則,布朗,威廉姆斯和豐田已經(jīng)能夠增加一個(gè)重要的二級(jí)擴(kuò)散器,這也大大增加在底部產(chǎn)生的下壓力。
鑒于目前對(duì)布朗GP車隊(duì)的設(shè)計(jì)的爭(zhēng)議,豐田和威廉姆斯車隊(duì)擴(kuò)散器賽車工程部門決定回歸賽車空氣動(dòng)力學(xué)的本質(zhì)，這將使我們更好地理解為什么他們的設(shè)計(jì)更加有效。
讓我們從擴(kuò)散器的基本功能和操作開(kāi)始
在現(xiàn)代賽車中，擴(kuò)散器的關(guān)鍵作用在于加速賽車底部的氣流,創(chuàng)建一個(gè)低壓區(qū),從而增加下壓力。這在現(xiàn)實(shí)中真實(shí)的實(shí)現(xiàn)就是F1車身后部的設(shè)計(jì)的形狀，它的作用就是把空氣從車身底部抽出。這種抽吸作用，將車輛吸在在賽道上行駛的方式產(chǎn)生的抓地力要遠(yuǎn)高于原本簡(jiǎn)單地通過(guò)輪胎和懸掛設(shè)置實(shí)現(xiàn)的。這就是我們說(shuō)的氣動(dòng)抓地力。
豐田TF109賽車的尾部擴(kuò)散器
理論知識(shí)
要理解擴(kuò)散器為何如此重要，必須掌握升力和下壓力的基本原理。下面的插圖展示了一個(gè)能夠產(chǎn)生下壓力的簡(jiǎn)單翼形的剖面。
空氣經(jīng)過(guò)翼型下方比經(jīng)過(guò)上方的距離長(zhǎng)，這導(dǎo)致翼型下方的空氣加速,致使氣壓下降,這將產(chǎn)生一個(gè)上下表面的壓力差。這種差別本質(zhì)上意味著上方的高壓將翼型向下推,產(chǎn)生所謂的下壓力。
在上圖的Chaparral 2J車上面可以看到這個(gè)理論的應(yīng)用的極致。在汽車后部的一對(duì)風(fēng)扇將空氣從地板下吸入，并排放到路上。
有鑒于此,賽車上的擴(kuò)散器的作用是加快汽車底部的氣流速度,減少其壓力,創(chuàng)造一個(gè)更大的上下表面的壓力差。這意味著更多的下壓力和氣動(dòng)抓地力,使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度更快。
擴(kuò)散器的機(jī)理
既然我們了解了下壓力生成的基本知識(shí)，我們可以看一下關(guān)于擴(kuò)散器更詳細(xì)的分析,以及為什么他們有自己獨(dú)特的形式。
擴(kuò)散器沿著其長(zhǎng)度方向空間體積增加，以產(chǎn)生使空氣可以從車身底部經(jīng)過(guò)的空隙。文丘里效應(yīng)意味著氣流經(jīng)過(guò)擴(kuò)散器的喉部區(qū)域時(shí)加速,產(chǎn)生所需的低壓,然后逐漸回到相同的速度后,進(jìn)入尾流(見(jiàn)下圖),角度或斜坡也很重要,擴(kuò)散器必須有一個(gè)逐漸變化的角度,以防止氣流從頂部和兩側(cè)分離。
擴(kuò)散器機(jī)理
增加的垂直方向的“柵欄”能夠確?？諝庵唤?jīng)過(guò)的底部,而不從上表面泄漏，以優(yōu)化擴(kuò)散器效率。
擴(kuò)散器底部壓力分布
上圖顯示了一般擴(kuò)散器的壓力系數(shù),用藍(lán)色表示最低壓力區(qū)域,紅色表示最高壓力。如圖可以看出在擴(kuò)散器喉部區(qū)域隨著速度的增加壓力減少，以及隨后的氣壓減小以使地板下的擴(kuò)散器將車吸附在地上。
為什么“雙層擴(kuò)散器”更有效率
簡(jiǎn)單說(shuō),他們比單層的設(shè)計(jì)擁有一個(gè)更大的體積,從而吸引更多的空氣從底部經(jīng)過(guò)，增加下壓力水平。
2009年的規(guī)定的目的是通過(guò)壓縮他們的高度和寬度，來(lái)限制擴(kuò)散器的體積。而09年之前的幾年內(nèi)，設(shè)備變得比允許尺寸更長(zhǎng)、更高,其造成的湍流對(duì)后來(lái)汽車的下壓力水平產(chǎn)生了很壞的影響。
然而通過(guò)狡猾的解釋規(guī)則,布朗,威廉姆斯和豐田已經(jīng)能夠增加一個(gè)重要的二級(jí)擴(kuò)散器,這也大大增加在底部產(chǎn)生的下壓力。
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