汽车空气动力学是什么?关于汽车空气动力学的详细介绍

创闻科学2020-11-17 13:24:28

汽车空气动力学是对道路车辆空气动力学的研究。它的主要目标是降低阻力和风噪,最大限度地减少噪声排放,避免不必要的升力和高速时空气动力不稳定的其他原因。在这种情况下,空气也被认为是流体。对于某些类别的赛车来说,通过产生下压力来提高牵引力从而增强转弯能力也很重要。

历史

空气阻力的摩擦力随着车速的增加而显著增加。早在20世纪20年代,工程师们就开始考虑汽车形状在降低高速时的空气阻力方面的作用。到20世纪50年代,德国和英国的汽车工程师系统地分析了汽车阻力对高性能汽车的影响。到了20世纪60年代末,科学家们也开始意识到汽车在高速时发出的声级会显著增高。这些因素被认为是轮胎接地面积产生的声级强度以非线性速率增加的原因。不久,公路工程师开始在设计公路时,考虑空气动力阻力产生声级的速度效应,汽车制造商在车辆设计中也考虑了同样的因素。

空气动力学车辆的特点

模型车上的条纹

空气动力学汽车将轮弧和灯整合成整体形状以减少阻力。它将是流线型的,例如,它没有穿过挡风玻璃上方气流的锐边,且以一种称为快背式或卡姆式或掀背式的尾巴为特点。请注意,Aptera 2e、Loremo和大众1升汽车试图减少它们的背部面积。它将有一个平坦光滑的底盘来支持文丘里效应,并产生理想的向下空气动力。——用于冷却、燃烧和乘客,然后通过喷嘴重新加速,并喷射到底盘下。对于中置、后置发动机,空气在扩散器中减速加压,经过发动机舱时会失去一些压力,并充满滑流。这些汽车需要在车轮周围的低压区域和变速箱周围的高压区域之间进行密封。它们都有一个封闭的发动机舱底盘。悬架要么是流线型的,要么是可伸缩的。门把手、天线和车顶桁架可以呈流线型。侧镜只能有一个圆形整流罩作为头部。通过轮舱的气流会增加阻力(German source),尽管赛车需要它来冷却刹车,并且有许多汽车将空气从散热器排放到轮舱。空气动力特性对于克服高速公路上经过的限制障碍物是极其重要的。虽然扰流器看起来很酷,可以增加操纵力和下压力,但限制因素是扰流器使空气动力特性变得更快,且由于它飞在空中的庞大形状,减少了它满足空气动力学的部分。

与飞机空气动力学的比较

汽车空气动力学与飞机空气动力学有几个方面的不同。首先,与飞机相比,道路车辆的典型形状没有那么流线型。其次,车辆在离地面很近的地方运行,而不是在空中。第三,车辆运行速度较低(空气动力阻力随速度的平方而变化)。第四,地面车辆的自由度比飞机少,其运动受空气动力的影响也小。第五,客货两用车有非常具体的设计限制,例如它们的预期目的、高安全标准(例如,需要更多的“死”结构空间来充当防撞缓冲区)和某些法规。

空气动力学的研究方法

汽车空气动力学的副作用之一是种子扩散。

可利用计算机建模和风洞试验来研究汽车空气动力学。为了从风洞试验中获得最准确的结果,风洞有时配备有滚筒道路模拟机。这是工作区的可动地面,地面以与气流相同的速度移动。这防止了边界层在工作区的地面上形成并影响结果。

阻力系数和阻力面积

阻力系数(Cd)是汽车空气动力学平滑度的常见公布等级,与汽车形状相关。用汽车的前部面积乘以Cd得到总阻力指数。结果被称为阻力区,下面列出了几种汽车的阻力区。曲线汽车的宽度和高度导致对正面区域的严重高估。除非另有说明,这些数字使用梅菲尔德公司的制造商正面区域规格。阻力区的数据不反映出自独立空气动力试验的阻力系数和正面面积(例如,基于制造商报告的数据或有根据的推测的阻力面积)。阻力区的数据用星号(*)表示。