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了解空气力学,让你更懂改装

2018-08-15  |  作者:admin_3  |  来源:车语改装  |  责任编辑:

摘要:  空气力学是一门研究空气流动特性的科学,也是流体力学的一个分支。最初空气力学主要应用于航太领域,后来则导入汽车工业当中用来提升车辆的性能与效率,并且在不断发展之下成为一个专门的空气力学项目。

尾翼不是想装就能装,汽车空气力学让你更懂改装

在聊到汽车相关的话题时,“空气力学”是经常会出现的名词。但是空气力学是什么?对于汽车的性能又有什么影响?

空气力学是一门研究空气流动特性的科学,也是流体力学的一个分支。最初空气力学主要应用于航太领域,后来则导入汽车工业当中用来提升车辆的性能与效率,并且在不断发展之下成为一个专门的空气力学项目。

今天就跟大家聊聊改装需要遵循的几个空气力学原则。

内容提要:

• 为什么要研究汽车空气动力学

• 行驶中的阻力

• 乱流应对方式

• 热管理和散热

• 下压力带来的“贴地飞行”

汽车空气力学

汽车空气力学的主要目的在于:

减少阻力来改善车辆运转效率

降低风切噪音以及将行驶噪音极小化

控制引擎、刹车等部位温度

至于大家提到空气力学就会联想到的下压力,在一般市售车上其实并不是非常重要的考量,仅有跑车或者赛车等运动型的性能车款才会在下压力方面多加着墨。

空气力学是相当艰深且复杂的一门科学,因此涵盖的范围非常广泛又多样化,不过和一般市售车有较大关联的部分,主要分为阻力、乱流、热管理以及下压力。

阻力

把空气分子想像成是一颗颗的球,覆盖满我们周遭的所有空间。汽车在行驶时,就必须将这些“球”推开才能够前进,这就是空气对车辆产生阻力的原因。

而一个简单的概念,通常车头面积越大,需要推开的球就越多,代表着产生的阻力就越大,而其风阻系数也就会越高。

但是车辆外型流线与否和风阻系数的高低并没有绝对关系,因为风阻系数还会受到车体乱流、下压力等其他因素影响,这也是为何我们可以看到一些轿车的风阻系数比多数超级跑车还要低的原因。

奔驰F1和轿车体积对比

例如豪华轿车Jaguar XE的风阻系数为0.26,但是低扁流线的经典超跑Ferrari F50风阻系数却可达0.372,而F1赛车的风阻系数更能够高达0.75。

改装应对:减小风阻,不乱加装行李架、行李箱和超人蜘蛛侠。

乱流

如同前面所说的,车辆行驶时就像是不断推开前方的空气分子,而这些空气分子则会因为车体造型的影响而改变流动的方向,当空气流动的方向不受控制,就会变成乱流。

乱流会降低空气流过车体的效率,进而增加阻力,而且也是风切噪音的来源。因此,汽车制造商在设计市售车的车体时,通常会尽可能地减少车体产生的乱流,除了提高车辆行驶时的静肃性、舒适性之外,也能够降低阻力、改善油耗表现。

乱流最容易在车体突出的地方形成,例如后视镜。因此现在有许多汽车制造商会对后视镜的造型下工夫以减少后视镜造成的乱流以及风切噪音。

部分市售车款会在后照镜处设计扰流鳍以改善后视镜乱流产生的风切噪音

另一个车体乱流的主要来源则是快速转动的车轮,当车轮在旋转的时候会产生大量不规则的空气乱流。要降低车轮乱流可以靠着改变轮框造型,或者改变轮拱、叶子板的造型来达到目的,另外,轮胎制造商也可以透过改变胎纹的设计来降低轮胎引起的空气共振噪音。

Porsche 911 GT2 RS 轮拱开孔就是为了将车轮产生的乱流导出

改装应对:追求性能和操控的车友,空气套件是必须的。不过要注意选大厂产品,尽量不要购买小作坊手工制品。

热管理

搭载内燃机引擎的车款,需要恰当的空气力学将冷空气导向冷却水箱以及引擎本体来控制动力系统的温度,而即便是电动车,也需要为马达、电控系统以及电池模组进行散热,其他还有刹车系统、变速箱,或者高性能车款的差速器都会需要仰赖良好的空力设计来达成有效的热管理。

Honda Civic Type R的引擎盖开孔是为了将冷空气导入引擎室之内

这正是为何我们可以在多数车款上看到车头水箱护罩的开孔,而一些性能车款更会在引擎盖开孔导入冷空气,或者在前杠设计导风孔将冷空气导向刹车系统等等,这都是仰赖空气力学来为车辆高温零件降温的实际应用方式。

Porsche 911 GT2 RS在行李箱盖上设计了两个导风孔,将冷空气导向刹车系统

改装应对:引擎盖开孔,更换碳纤引擎盖,更换冷却系统都能对有效改善发动机舱散热问题。

下压力

下压力顾名思义就是车辆行驶时,气流对车辆所产生的向下压力。下压力可以在高速时将车辆向下压在路面上,增加车辆高速行驶时的稳定性。

一些性能车款如超级跑车等,则会追求更大的下压力,让车辆在高速过弯时能够增加弯道速度的极限,创造出所谓贴地飞行的操控感受。

但是,下压力越大,也很容易让车辆的阻力增加,导致效率减低而提高油耗,因此下压力通常不会是一般市售车考量的重点。

虽然有些空力设计可以在不增加阻力的情况下提升下压力,但是因为通常设计成本较高,或者会影响一般车款实用性,所以多半只会应用在性能车款之上。

奔驰平整化底盘能够在不增加阻力的情况下

减少车底乱流,提升些许下压力

一般市售车能够产生的下压力非常有限,因此车辆的操控表现几乎完全取决于轮胎的机械抓地力。

站上最速前驱钢炮王位的本田 Civic Type R纵使有着一支巨大的尾翼,在时速200 km/h之下也仅能够产生30公斤的下压力。

Type R的尾翼看似雄伟,实际上能够产生的下压力却非常有限

所以一般车款的车主千万不要幻想加装了一支尾翼或者其他空力套件之后会对车辆操控产生多大的影响,尤其是一些小作坊生产的改装空力套件根本没有经过软体模拟或者风洞测试,不但几乎没有提升下压力的效果,还会增加车辆阻力,仅能够视为装饰品罢了。

经过工业设计和风洞测试的套件

改装应对:底盘装甲和加装尾翼都有很大争议,这两个项目坑多,建议大家能避则避。

 

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