常德申湘:0.281來之不易從空氣動力學原理看凌渡風阻系數(shù)
日常跑步的時候,如果遇到迎面吹來的風會瞬間感到舉步維艱,速度也會大大降低。汽車亦是如此,為了降低動力輸出因風阻帶來的損耗,空氣動力學在車身上的應用變得越來越重要。不過這門學科實在太復雜,如果一味地追求最低風阻會對外觀接受度以及日常實用性造成很大影響。因此,目前市面上大部分家用車型其風阻系數(shù)只能做到0.3-0.5的程度,而最近有那么一款新車卻達到了0.281的水平,它就是上海大眾凌渡。
關(guān)于空氣動力學的定義
要降低風阻系數(shù),空氣動力學的應用最為關(guān)鍵,在民用汽車領(lǐng)域,車輛的動力效率、油耗、噪音和穩(wěn)定性表現(xiàn)等方面與這門學科都有著非常緊密的聯(lián)系,所以各大汽車廠商才會在這個課題上狠下功夫。那空氣動力學定義是什么?它其實是力學的一個分支,主要研究物體在同氣體作相對運動情況下的受力特性、氣體流動規(guī)律和伴隨發(fā)生的物理化學變化。因此,不僅僅是汽車,航天、航空等領(lǐng)域也十分重視這一塊。
與空氣動力學緊密聯(lián)系的就是風阻系數(shù)了,這就是決定汽車能否輕松穿過空氣墻的重要因素之一。風阻系數(shù)越低,表明車輛可以越小的動力去克服空氣產(chǎn)生的反作用力,達到更節(jié)能的效果。如果寫成公式就是Cd = D / (A * 0.5 * r * V^2)?!咀⑨專篊d風阻系數(shù);D阻力;A受力面積;V速度;r密度】
以這個公式可以看出,要控制風阻系數(shù)的高低,設(shè)計師比較容易把控的就是受力面積這塊,所以你可以想象不管是飛機亦或者小鳥,都是頭尾圓潤而尖細,這樣當氣流經(jīng)過身軀時可以保持流線狀態(tài)而不會被打亂形成大阻力。汽車界也有過類似嘗試,比如1921年德國發(fā)明家Edmund Rumpler創(chuàng)造的一款“淚滴車”,其設(shè)計就是模仿了航天飛行器的原理,這款車型的風阻系數(shù)也僅有0.27。不過可惜的是,它的外形實在難以讓人接受,最終以銷量100臺的結(jié)果收尾。
但也別以為風阻系數(shù)越低越好,畢竟汽車和飛機不同,這就涉及到其它兩個重要指標即“升力”和“下壓力”。飛機就是通過升力來實現(xiàn)在空氣中拉高物體并懸浮在空中;而汽車不一樣,它是行駛在地面上的依靠車輪與地面的摩擦來實現(xiàn)行走,如果風阻系數(shù)過低,升力會很明顯,也就是我們常說得“發(fā)飄”現(xiàn)象。汽車更依賴于下壓力來實現(xiàn)行駛穩(wěn)定性,這又得考慮到車體如何能讓氣流得到有效應用。而凌渡既要想方設(shè)法降低風阻系數(shù),還得考慮下壓力是否足夠,要找到這其中的平衡點可是非常難的事。這也是為什么凌渡需要進行400個小時的風洞試驗以及4200小時的計算模擬的原因了。
看凌渡巧妙應用空氣動力學
說了那么多,那要如何去實現(xiàn)低風阻系數(shù)以及保證足夠下壓力?以數(shù)據(jù)來看,一般正常行駛的車輛35%-40%的空氣會從車身上面流過,10%-15%從車身底部流過,25%會從車身側(cè)面流過。而一款具有優(yōu)秀空氣動力學的車型應該盡可能地讓氣流通過車身側(cè)面,并且在底板以及尾部都要設(shè)計分流處理,那么要如何做?擺在我們面前的凌渡其實就是一個很好的例子。
首先我們可以看到凌渡的整體車身是目前最為流行的流線體造型,車身前部分盡可能壓低以減緩氣流沖擊前擋風玻璃上的壓力差;而從側(cè)面上,凌渡的A/B/C柱的銜接非常自然順暢,這樣圓滑的設(shè)計可以減少與空氣的摩擦,保持較低阻力。
再看凌渡的車身細節(jié)還加入了不少的空氣學套件來改善氣流導向,還是從前臉開始說起,凌渡在下唇以及前輪罩部分都加入了擾流版,起到空氣分割的并避免輪胎轉(zhuǎn)動時吸入過多氣流。再加上引擎蓋、前大燈等都有折線來引導空氣流向兩邊,這樣,大量的氣流將會導向凌渡的車身側(cè)面。
而部分氣流通過底部時,凌渡也奇思妙想地在底盤護甲上設(shè)計了條狀凹槽來引導空氣流向避免形成太大的升力從而影響穩(wěn)定性。這一技術(shù)一般會在改裝領(lǐng)域亦或者高性能車比較常見到,可是在有著親民價格的凌渡上也配備了著實比較罕見。
從車身上方與底板下方流向尾部的氣流在相互作用下容易形成亂流,會造成車尾的不穩(wěn)定性,不過凌渡在經(jīng)過細密的氣流量計算后,會讓那些空氣流動更為規(guī)則,這樣的話就不用擔心穩(wěn)定性的問題。要做到這一點,尾部的細節(jié)設(shè)計同樣也很重要,比如凌渡的后尾蓋邊緣就設(shè)計成了微微翹起的尾翼,可以提供一定的下壓力并改善后升力。
就連尾燈這樣的細節(jié)凌渡也沒有放過,凸起的造型同樣具備疏導的作用,可以讓側(cè)面流通至尾部的氣流更平緩地流走。
系統(tǒng)來說,低風阻有什么好處?
說了那么多,那凌渡0.281的風阻系數(shù)能夠給用戶帶來些什么好處?其實前面已經(jīng)提到不少,首先燃油消耗將會降低,凌渡三款發(fā)動機綜合油耗均維持在一個較低的水平;其次動力損耗降低,輸出更加強勁直接,最直接的說明就是凌渡330TSI版本0-100km/h實測僅7.21秒,表現(xiàn)可圈可點;再者,一款優(yōu)秀動力學的車型其操控穩(wěn)定性會大大增加,這點也在凌渡的測試中得以體現(xiàn)。
那凌渡的風阻系數(shù)能否更低?答案是肯定的,畢竟很多超跑都能做到0.2甚至更低的程度,但各位可以想象得到得是,超跑為了追求極速降低風阻系數(shù),車身都設(shè)計得非常低矮,離地間隙極小,其整體舒適性以及空間表現(xiàn)都很糟糕,而凌渡作為一款兼顧家庭使用的車型肯定要在保證乘坐舒適性的情況下再考慮如何去降低風阻系數(shù);而且過低的風阻系數(shù)對普通家轎來說也會影響其行駛穩(wěn)定性。因此,凌渡的風阻系數(shù)不是不能再低,而是目前的條件是不可以。
總結(jié):要研究透徹汽車的空氣動力學并不是一件容易的事,這也是為什么市面上大部分車型風阻系數(shù)均不能突破0.31的原因。而凌渡在要保證乘坐舒適性的前提下達到0.281的水平已經(jīng)實屬不易,不過風阻的課題還很長,凌渡雖然現(xiàn)在有著不錯的成績但仍舊有不少的提升空間,咱們還得繼續(xù)期待其未來有沒有更大的突破。
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