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賽車背后的空氣動力學(xué)
2018-08-25 13:02:32· 來源：工程事 CAE集中營
邁凱倫在其2010年的MP4－25賽車上使用一種以失速現(xiàn)象為基礎(chǔ)原理的尾翼（F-duct），是方程式賽車創(chuàng)立至今對失速效應(yīng)最成功的案例。上圖展示了失速尾翼的工作原理。在比賽中，車手通過膝蓋來控制氣流通道的開關(guān)。賽車在直道上行駛時，車手打開開關(guān)，使氣流能夠流入設(shè)計(jì)的通道，在彎道中，開關(guān)被關(guān)閉，通道中也沒有氣流流過。開關(guān)打開時，氣流在通道的作用下流到尾翼副翼的下部，這股額外的氣流在副翼的后下方形成大量渦流，這樣一來便破壞了尾翼下表面的氣流，使之無法與上表面的氣流匯合。失速現(xiàn)象便由此制造出來。
氣流在通道關(guān)、開兩狀態(tài)下對尾翼后部氣流的影響
這樣一來尾翼所制造的下壓力就可以忽略不計(jì)，而阻力就被大幅度降低，這種情況下引擎就可以為為賽車提供更大限度的動力輸出，賽車就可以獲得顯著的尾速優(yōu)勢，而在通道關(guān)閉時，通道內(nèi)沒有氣流，尾翼副翼不發(fā)生失速，整個尾翼仍然處于較大的下壓力+阻力的工作狀態(tài)下，使賽車能夠以更大的速度通過彎道，同時由于彎道速度有限，阻力并不會過多限制發(fā)動機(jī)動力輸出。兩種狀態(tài)下，阻力與下壓力能夠得到合理的分配與優(yōu)化，使賽車表現(xiàn)更加出色。
在生活中各種空氣動力學(xué)的理論常被應(yīng)用在賽車的設(shè)計(jì)當(dāng)中。讓我們一起來欣賞一下10大杰出的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)。
NO.10 蘭博基尼Murcielago
Murcielago是奧迪收購蘭博基尼之后設(shè)計(jì)的第一款作品，這款車最大的亮點(diǎn)就是發(fā)動機(jī)旁邊的進(jìn)氣口在行駛狀態(tài)下會自然升高，風(fēng)阻系數(shù)在進(jìn)氣口關(guān)閉時為0.33，展開時則為0.36。
NO.9 邁凱倫720S
邁凱倫720S的車門采用雙層真空設(shè)計(jì)，可以幫助引導(dǎo)氣流吹向高溫散熱器，車頭前杠也有擴(kuò)散器，被加熱的空氣會通過側(cè)邊的出風(fēng)口吹到車外側(cè)，防止熱空氣破壞整車的下壓力，在需要的時候，可變尾翼僅需半秒鐘就能向上抬起，為車輛制動提供幫助。整車的設(shè)計(jì)上，新車相比650S空氣動力學(xué)效率提升一倍，下壓力增加50%。
NO.8 奔馳Concept IAA
奔馳Concept IAA概念車的風(fēng)阻系數(shù)僅為0.19，當(dāng)車速達(dá)到80公里每小時，該車在空氣動力模式下可以改變自身的形態(tài)，輪轂也是可以改變形態(tài)的，靜止的狀態(tài)輪轂是突出的，大概為55毫米，當(dāng)空氣動力學(xué)啟動的時候，就會降至0毫米。
NO.7 帕加尼Huayra
帕加尼Huayra最大的亮點(diǎn)就是其空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)，多孔的前格柵后方是一對與車體融于一體的副翼，再連同車尾的一對副翼，它能根據(jù)車速、偏航角、橫向加速度、轉(zhuǎn)向角，來調(diào)整每個副翼角度，以幫助車輛獲得最佳的空氣動力學(xué)性能。
NO.6 阿斯頓馬丁AM-RB 001
這臺超級跑車有著極致的空氣動力學(xué)性能，全碳纖維材質(zhì)的前翼子板采用了超大口徑的導(dǎo)流槽，有效地將車輛高速行駛而產(chǎn)生的高壓亂流排出輪艙，并輔助剎車系統(tǒng)降溫。后翼子板也擁有相同作用的導(dǎo)流槽，并與前方導(dǎo)流槽相貫通，讓氣流經(jīng)過駕駛艙底部的兩條通道傳導(dǎo)至車尾。
氣流在通道關(guān)、開兩狀態(tài)下對尾翼后部氣流的影響
這樣一來尾翼所制造的下壓力就可以忽略不計(jì)，而阻力就被大幅度降低，這種情況下引擎就可以為為賽車提供更大限度的動力輸出，賽車就可以獲得顯著的尾速優(yōu)勢，而在通道關(guān)閉時，通道內(nèi)沒有氣流，尾翼副翼不發(fā)生失速，整個尾翼仍然處于較大的下壓力+阻力的工作狀態(tài)下，使賽車能夠以更大的速度通過彎道，同時由于彎道速度有限，阻力并不會過多限制發(fā)動機(jī)動力輸出。兩種狀態(tài)下，阻力與下壓力能夠得到合理的分配與優(yōu)化，使賽車表現(xiàn)更加出色。
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NO.7 帕加尼Huayra
帕加尼Huayra最大的亮點(diǎn)就是其空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)，多孔的前格柵后方是一對與車體融于一體的副翼，再連同車尾的一對副翼，它能根據(jù)車速、偏航角、橫向加速度、轉(zhuǎn)向角，來調(diào)整每個副翼角度，以幫助車輛獲得最佳的空氣動力學(xué)性能。
NO.6 阿斯頓馬丁AM-RB 001
這臺超級跑車有著極致的空氣動力學(xué)性能，全碳纖維材質(zhì)的前翼子板采用了超大口徑的導(dǎo)流槽，有效地將車輛高速行駛而產(chǎn)生的高壓亂流排出輪艙，并輔助剎車系統(tǒng)降溫。后翼子板也擁有相同作用的導(dǎo)流槽，并與前方導(dǎo)流槽相貫通，讓氣流經(jīng)過駕駛艙底部的兩條通道傳導(dǎo)至車尾。
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