深刻解讀汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)

F1紅牛車(chē)隊(duì)首席設(shè)計(jì)師Rob Marshal曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，賽車(chē)的設(shè)計(jì)有四要素，分別是：空氣動(dòng)力效率、機(jī)械效率、發(fā)動(dòng)機(jī)和賽車(chē)手，如果一個(gè)車(chē)隊(duì)擁有了出色的空氣動(dòng)力學(xué)效率以及四要素另外三個(gè)的其中兩個(gè)，那么他們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)優(yōu)秀的組合，當(dāng)然四要素都擁有了那將會(huì)是不可擊敗的。雖然這句話在現(xiàn)在的F1來(lái)說(shuō)不一定就是真理，但是可以看出空氣動(dòng)力學(xué)效率在一位主設(shè)計(jì)師眼中的地位。

其實(shí)在民用車(chē)領(lǐng)域同樣重要，只是根據(jù)不同的功能和作用，有著不同的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。以設(shè)計(jì)出又快又安全又省油的車(chē)“對(duì)付”空氣，也是工程師們必須研究的最重要技術(shù)之一。

● 汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的重要性

汽車(chē)在路面上行駛，除了受到來(lái)自路面作用以外，還受到周?chē)鷼饬鲗?duì)它的各種作用力。近百年來(lái)為了解它們的特征和對(duì)汽車(chē)造成的影響， 汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)的研究探索一直沒(méi)有停止過(guò)。

空氣動(dòng)力性是汽車(chē)不可忽視的特性，它直接影響汽車(chē)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操控穩(wěn)定性和舒適性。由于氣動(dòng)力對(duì)高速行駛的汽車(chē)各方面性能占主導(dǎo)地位，所以良好的空氣動(dòng)力學(xué)特性，是汽車(chē)高速、安全行駛的前提（汽車(chē)低速行駛時(shí)，汽車(chē)所受的氣動(dòng)力矩對(duì)汽車(chē)性能影響較?。?/p>

作用在汽車(chē)上的六個(gè)力包括：氣動(dòng)阻力、氣動(dòng)升力、氣動(dòng)側(cè)向力、氣動(dòng)縱傾力矩、氣動(dòng)橫擺力矩和氣動(dòng)側(cè)傾力矩；這些力統(tǒng)稱為六分力，作用在高速行駛的車(chē)上將會(huì)產(chǎn)生神奇的效果。

氣動(dòng)阻力包括了壓差阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力、內(nèi)流阻力等。在汽車(chē)高速行駛中，會(huì)受到氣動(dòng)阻力的影響，其中克服氣動(dòng)阻力占了發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功中相當(dāng)大的一部分，并且車(chē)速越高，氣動(dòng)阻力消耗的功率越大，用于克服氣動(dòng)阻力的燃油消耗也越大。所以，許多車(chē)靠較低氣動(dòng)阻力來(lái)降低汽車(chē)高速行駛的油耗這是沒(méi)有毛病的。

還有剩下的幾個(gè)力筆者就不再一一贅述，總之氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩對(duì)行車(chē)各方面有著很大的影響，有興趣的朋友可以自行了解下汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的相關(guān)文章。

汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的研究實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)試驗(yàn)設(shè)備，風(fēng)洞自然就是必不可少的。世界上許多車(chē)企不惜斥巨資修建價(jià)格高昂的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，并不斷升級(jí)、新建，汽車(chē)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)也在這其中一步一個(gè)腳印地完善著。

在現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，CFD（計(jì)算流體力學(xué)）已經(jīng)是必不可少的了，他與風(fēng)洞具有互補(bǔ)性。CFD是一種流體動(dòng)力的計(jì)算和分析方法，利用計(jì)算機(jī)的進(jìn)行復(fù)雜復(fù)雜的運(yùn)算，從而得到汽車(chē)氣流的數(shù)據(jù)以及虛擬的可視化效果，因此工程師可以看到流量、壓力、速率和氣體流過(guò)模型表面的三維動(dòng)畫(huà)。

CFD的價(jià)值再與在開(kāi)發(fā)前期可以對(duì)CAD模型進(jìn)行分析，選擇最佳方案，對(duì)節(jié)省時(shí)間和成本都有很大幫助，經(jīng)過(guò)CFD計(jì)算分析過(guò)的模型仍需要用風(fēng)洞來(lái)證明和微調(diào)，所以CFD需要與風(fēng)洞配合使用，才能高效且準(zhǔn)確地將汽車(chē)和組件進(jìn)行測(cè)試分析。

● 風(fēng)洞究竟是什么？

由于風(fēng)洞可以模擬大氣環(huán)境，所以在汽車(chē)設(shè)計(jì)研發(fā)的早期階段，風(fēng)洞是汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)主要依賴的手段之一。

汽車(chē)風(fēng)洞主要測(cè)量空氣動(dòng)力特性、通過(guò)汽車(chē)表面的壓力分布、汽車(chē)各部位的流場(chǎng)特性、發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻氣流的進(jìn)氣和排氣特性以及座艙內(nèi)的通風(fēng)、噪音等的一些情況。

為了獲得衡穩(wěn)、連貫的氣流，風(fēng)扇吹出來(lái)的氣流會(huì)通過(guò)風(fēng)洞中設(shè)置的一系列結(jié)構(gòu)，例如轉(zhuǎn)向葉片、整流篩網(wǎng)等；使風(fēng)洞中試驗(yàn)段的氣流可以模擬實(shí)現(xiàn)大氣流場(chǎng)的狀態(tài)，具體有哪些整流結(jié)構(gòu)下文我們后面會(huì)有介紹。

現(xiàn)在大部分的風(fēng)洞都有了可移動(dòng)的地板（幾十年前的老風(fēng)洞多是沒(méi)有的），在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里，被測(cè)試的車(chē)是固定不動(dòng)的，為了真實(shí)地模擬路面行駛情況，需要讓路面移動(dòng)。

● 風(fēng)洞是怎么構(gòu)成？

汽車(chē)風(fēng)洞就是依靠著一系列的處理，來(lái)實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化風(fēng)洞中空氣的連貫性，產(chǎn)生橫穩(wěn)連貫的氣流對(duì)獲得準(zhǔn)確可靠、可重復(fù)性的結(jié)果有著非常重要的作用。

●風(fēng)洞建筑是最基礎(chǔ)的設(shè)置，當(dāng)然還有測(cè)量收集風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的儀器。

在氣動(dòng)－聲學(xué)風(fēng)洞中，聲學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)也是必不可少的，減少風(fēng)噪也是相當(dāng)重要的一個(gè)任務(wù)。測(cè)試的時(shí)候主要使用人工頭聲學(xué)測(cè)量設(shè)備和麥克風(fēng)陣列測(cè)量車(chē)的聲學(xué)特性，在一定的風(fēng)速的情況下對(duì)車(chē)內(nèi)外的氣動(dòng)噪音進(jìn)行測(cè)量分析。

● 編輯總結(jié)：

空氣動(dòng)力學(xué)特性對(duì)車(chē)輛的影響使得風(fēng)洞成為了必不可少的造車(chē)工具，哦不，是使風(fēng)洞成了必不可少的造好車(chē)的工具。很多人會(huì)去關(guān)心發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、外觀、配置等等怎么樣，但是關(guān)心一臺(tái)車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)特性怎么樣的人少之又少，這并不是什么離我們很遠(yuǎn)的東西，它與我們用車(chē)生活息息相關(guān)。