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揭秘汽车空气动力学中不得不说的两种关系

2018-03-15 21:29:07·  
 
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随着汽车在生活中越来越普及,汽车的低油耗以及高速行驶时的稳定性和安全性,都是大众关注的焦点,然而这些都和汽车空气动力学密切相关。今天将会为大家介绍汽车空气动力学中不得不说的两种关系。风阻系数和风阻的关系虽然,这是非常容易混淆的两个概念。但是,必须强调的是,它们有关系,但是绝对不等同。谈论一辆汽车的空
随着汽车在生活中越来越普及,汽车的低油耗以及高速行驶时的稳定性和安全性,都是大众关注的焦点,然而这些都和汽车空气动力学密切相关。今天将会为大家介绍汽车空气动力学中不得不说的两种关系。

风阻系数和风阻的关系



虽然,这是非常容易混淆的两个概念。

但是,必须强调的是,它们有关系,但是绝对不等同。

谈论一辆汽车的空气动力学性能通常会用到风阻系数这项参数。例如,与气流方向垂直的平板具有1.25的Cd值,目前市场上空气动力学性能较好的量产车型具有0.25左右的Cd值。

然而,Cd值低的汽车却不能代表它的风阻低。

要评价风阻大小,必须同时考虑汽车的正投影面积。 正投影面积是指从正前方观察到的汽车横截面积。

汽车受到的风阻越低,在任何给定的速度下行驶所消耗的动力就越少。一辆全尺寸的汽车和其对应的比例模型具有相同的Cd值,但是全尺寸汽车因为其更大的正投影面积,则需要更多的动力来实现加速。



以捷豹XJ6为例,新系列的Cd为0.38、正投影面积为2.06平方米,旧系列的Cd为0.44、正投影面积为1.98平方米。 因此新系列XJ6的CdA为0.7828,旧系列的CdA为0.8712。这意味着捷豹XJ6新系列相比旧系列来说,在任何特定的速度下都能用较少的动力来驱动,并且在相同的功率下会达到更快的速度。

虽然有可能某辆汽车的Cd很低,但是同样难以弥补车头部分增加的长度和宽度所带来的整体风阻的上升。

因此,比较汽车的风阻大小,更准确的对比参数是CdA(阻力系数乘以正投影面积)。

风压中心和行驶稳定性的关系

气流气动力在汽车上的作用点,称为风压中心。

由于汽车外型的对称性,风压中心在汽车的对称平面内,但它不一定与重心重合,风压中心与重心的相对位置对于汽车的稳定性至关重要。

风压中心由汽车外形和风向共同决定,可以看做所有“风产生的力”都施加在这个点上。当风压中心与汽车重心不重合时,风力就相对重心产生了一个力矩。

如果是迎面吹来的风,风压中心在重心的前面或者后面,那么车就会前仰或者后仰。通常情况下,前置前驱汽车其风压中心与重心接近,稳定性较好;后置发动机的汽车重心往往偏后,因而风压中心可能位于重心前,俯仰力矩较大,稳定性较差。

如果是侧面来风,风压中心有可能在重心的左前、左后、右前、右后等各种位置,带来的影响就是除了前后仰,也会向左或向右转,这就是侧风响应带来的不稳定性。减少侧向力可以通过设计使风压中心位于重心后;尽量压低车身高度;处理好横截面的流线形性,增加车宽等。

除此之外,风压中心和重心的相对高度也很重要。如果压力中心远高于汽车的重心,那么侧风会使汽车滚转,极端情况下可能使整个汽车翻个面过来。

因此,车型的外形设计都会尽量做到风压中心与重心重合,并且尽可能的使用类似楔形造型,以压低车身前端,使车身尾部宽厚向上翘从而产生负仰角。



一些高性能赛车则通过搭载空气动力学套件从而改变风压中心的位置,以提升高速行驶稳定性。比如赛车中的固定式尾翼,就可以在高速行驶时增加下压力,提高赛车的稳定性。

气动设计与开发的客观限制

目前,车企在新车型空气动力学性能开发试验时多使用全尺寸风洞进行。风洞通过大型风机产生一定速度的气流通过车身,以模拟汽车高速行驶状态。进行风洞试验时,工程师们可以通过风洞与操作间的玻璃窗观察整个试验过程。风洞试验作为汽车开发试验中的“土豪”试验,高额的试验费用让很多车企望而却步,只在必要的情况下进行风洞试验。

除此之外,一些有效的空气动力学设计因为增加了汽车开发成本,工程师们不得不放弃使用。比如,增加光滑的车身底板可以改善汽车空气动力学性能,但同时也带来了额外成本费用,而且增加的底板也会影响车底部件的后期维护,因此很多车型并不会采纳这样的设计。

在其他情况下,如果汽车进行大规模量产,如果包含了太多较新颖或者对于用户来说较为陌生的设计和功能,就非常有可能影响汽车后期的市场销量。这也成为很多车企不敢轻易尝试汽车造型或功能创新的一个重要因素。