Aerodynamics Body空气力学与车身设计

作者:    2020-06-06 03:04:14   796 人阅读  862 条评论

在F1赛车刚开始的1950年代,那时赛车造型可不是今天这副模样,雪茄状的圆滚车身很单纯只为了将风阻减到最低,也代表汽车界在当年对空气力学的认知与观点,一直到1960年代之后才开始出现加装「翅膀」的F1赛车,汽车在空气力学方面的技术运用也开始有了显着进展,随之而来的地面效应与风洞实验室的模拟测试,让F1赛事的最快单圈时间不断被刷新,而超跑的速度也愈来愈快,操控更加稳定。
 

空气所产生的力量超乎你的想像

F1赛车一直被视为最新汽车尖端科技的竞赛平台,其中空气力学设计更直接影响着赛车的性能表现与成绩,且胜负往往只在零点几秒之间,因此这些技术也经常被运用在汽车及超跑身上。Ferrari是最具代表性的品牌,而实际上也因为赛车部门与新车生产部门均隶属同一家公司,许多得自F1赛车的技术也运用在街道超跑的设计上。以最新的458 Italia为例,外观有许多造型设计均让人直接联想到F1赛车,如车头的进气口里头便设置一对有如F1赛车鼻翼的导流翼,且具弹性的软材质可随速度与压力而改变形状,藉此改变高速状态的下压力。


如何让一部超跑能够同时兼具低空气阻力、高下压力并产生足够的散热效能?这虽然是一门大学问,但从F1赛车与最新的超跑设计仍可以找到答案。设置在车头的散热水箱虽然能达到最佳的排热效果,但相对也会增加高速状态下的气流阻力,因此现今超跑大多採用体积较小的双水箱并放置在车身两侧,更极端一点的如Lexus LFA甚至更将水箱放到车尾,藉此让车头有更充分的设计空间并将空气阻力减至最低程度。


Aerodynamics  Body空气力学与车身设计早期赛车的概念仍仅着重于减低空气阻力,车身外部并未有任何空气力学套件。
地面效应的威力惊人

平整化的车身底板与地面效应则是另一项具代表性的空气力学技术。一部超跑除了在车身前后加装多项可改变或导引气流配件来增加下压力之外,实际上溜过车身底部的气流对高速行驶的稳定性亦有着重大影响。


新一代超跑在车头下方的进气口与底部均採用更複杂的造型设计,在前保桿两侧或周遭设置大量的排气口,让进入车头的散热气流可以加快排出的速度以减低压力与阻力之外,甚至还会设置导引气流进入车身底部的气口,再结合平整化的底板与车尾下方的分流器(Diffuser),能加快流经车底的气流速度而减少压力,让车身上方的气压大过于底部而增加下压力,这就是基本的地面效应概念。


当然,为了达到此目的,每一款超跑便得随各自的机械结构特点而採取因应措施以达成目标,除了前面提及Lexus LFA的后置散热水箱之外,如SLR McLaren便将排气管设置在前叶子板两侧,让车身底部可以完全平整,跟Ferrari 430 Scuderia将排气管出口设在后保桿上方是相同的概念


Aerodynamics  Body空气力学与车身设计最新的空气力学概念除了强调下压力与减低阻力之外,甚至连流经底盘的空气也在考量内。
风洞测试已成为不可或缺的一环

随着电脑控制技术大量运用,现今新一代超跑在主动式翼面的角度控制也更加广泛。如同飞机的翼面角度控制,现今顶级超跑身上的导流翼作动已经不是单纯只随车速而上升或下降,连扬起的角度大小都在调整範围内,甚至在紧急煞车时后扰流板还会瞬间将角度拉到近乎垂直状态,继而产生气动煞车的效果,此时除了大幅增加空气阻力外,所产生的下压力还会抑制车身重心前移的程度让后轮维持稳定的抓地力与循迹性,拥有此功能的代表性车种就是Bugatti Veyron 16.4与M.Benz SLR McLaren。
 

当然,为了能够确保设计概念符合实务运作的要求,并确保车辆在高速状态下的所有伺服机构与空力套件可以正常运作,研发部门会先以实体模型在风洞实验室中进行测试,计算出最佳的空气力学造型及产生的下压力数值。以Enzo Ferrari为例,车速在200 km/h时可以产生344公斤的下压力,300 km/h时为775公斤,而时速350 km/h时则为585公斤。


Aerodynamics  Body空气力学与车身设计从流经车头的空气、引擎散热用途的气流导引与排出,还有煞车系统的冷却气流都被视为空气力学设计的重要一环。
Aerodynamics  Body空气力学与车身设计平整化的底板是产生地面效应的重要配件之一,能藉由底板形状来调整车身前后的下压力。
Aerodynamics  Body空气力学与车身设计以大家最熟悉的波音747-400客机为例,满载状态下的起飞重量约为400吨,但速度达到320km/h时就能够腾空起飞,所凭藉的就是空气力学,而近年许多高性能跑车便因为此技术,再结合先进的电子控制系统、成熟动力技术与複合材料运用,时速突破300km/h已是家常便饭,近期Bugatti推出的最新款Veyron Super Sports甚至已将极速推进到431km/h,这个数字也代表汽车在空气力学方面的发展又向上提升到另一个层级。
 

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