为什么常说「两厢车尾速低」?
国际汽车性能改装联盟
2021-11-29 11:44
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在很多时候,我们都会觉得那些“尖锐”的外观件装在赛车上是一件很酷的事情,大多数人对于外观套件的描述也是整齐划一的——“极具攻击性”。


但是对于赛车来说,事情实际上没有那么简单,也不是简单装个尾翼或者加个侧裙亦或者是降低点车高加个前唇就行。


就问一个最实际的问题,可能很多人也并不知道,对车子影响最大的是车尾涡流区,也是很多两厢车尾速不如三厢车的原因。


所以,认真读几遍,倒是也可以有所清楚认知。



悬挂等部件产生的机械作用力主要在低速行驶中起作用。整车外形产生的空气作用力主要在高速行驶中起作用。


在一条高低速弯兼备的赛道上,车队通常会通过悬挂和尾翼等部件分别设定车辆在低速弯和高速弯中的操控特性。想要赢得更好的成绩,真的应该了解一些赛车的空气动力学特性。


在车辆的空气动力学应用中,主要是要考虑:通过流线外形减小风阻系数、尽量减小正面迎风面积、引导并利用气流。常用的设计方法是:流体仿真模拟、油泥模型风洞测试、实际赛道测试等。

 乱流区 


首先来看一段SLS AMG的风洞测试


由于空气同时具有近层高粘性远层高流动性两种特质,所以在部件突然出现气流截面积变大取向的拐角时,外层高速气流会超越内层低速气流,向内卷曲,形成涡流。



通常来说,在整车的风阻中 ——


  • 车尾涡流区影响最大

  • 其次是车头及中网对抗正面撞风时的阻力

  • 再次的轮井附近的乱流区

  • 最后是车身各部件的摩擦阻力和局部较小的一些干扰阻力


车尾涡流



  • 车底空气流出底盘后,会按图中箭头的方向向上向中卷动,形成涡流

  • 车身两侧的气流在流到C柱及后立面时也会向中心偏转,形成涡流

  • 车顶气流在流到后备箱盖后端时也会出现向下卷曲的涡流


这四个方向的涡流汇聚到车尾时,就在车尾形成了一个大型乱流区



这个大型乱流区,是整车正向行驶时风阻的最大贡献者


其对整车风阻的影响远大于反光镜外形、中网外形这些因素。常说两厢车的尾速低,很大程度上是因为其后部造型导致的。


因此,减小这个乱流区的尺寸就意味着更小的风阻。所以从外形设计上来说,后备箱盖上沿、两侧尾灯转角、后杠下沿,这四部分围成的面积越小越好。


奔驰CLA车身后部的形状就是个优秀的例子:车顶到后备箱后沿都很平滑,车身两侧向内收拢,后备箱盖后沿保持平顺。



R8、911等车型在设计车顶曲线的时候,在很大程度上是考虑了要将车顶的气流转逆点尽量向后推迟,因此有了后部比前部更平缓的车顶造型。



一些车安装了没有经过良好设计的或通用款的改装尾翼后圈速和尾速均出现下降的原因很可能是:尾翼影响到了车顶气流的下沉并加大车尾涡流区的。



在早期一些赛车的设计中,采用了尾部分体式的结构。这种结构的优势是可以让底盘下气流产生的涡流尺寸更小。车身两侧和车顶的气流就可以更早的汇聚在一起了。



车尾乱流区的尺寸也就减小了。


一些原厂车型在后杠下设置的扩散器就是利用了这种分体原理,并改进成了竖隔板。


翼面乱流



翼面上下表面曲线形状的差异会导致翼面左右两端的气流出现类似车尾两侧的卷动并降低翼面的有效面积。在主翼面左右两侧的竖直小板子主要就是为了减少这种气流卷动设计的。


两侧乱流


车身两侧的涡流区主要分两部分:


  • 轮井乱流

  • 车底乱流


轮井附近由于轮井及车轮引起的乱流破坏了车身侧面气流的平整性。正面气流流到轮井附近时,会受到轮井向外溢出的气流的严重干扰,并向外侧偏转。


如果不是考虑到刹车散热、轮胎散热及维修便利性的话,将轮井封闭起来是减小风阻的最好办法。



车底和车身两侧的气流之间会有流通。实验和模拟数据都显示:因这部分流通产生的乱流和风阻也不容忽视。在保证赛事要求和通过性的前提下,应该尽量降低侧边下沿的高度。


轮井乱流



由于空气粘性,轮子转动时会带动附近的空气团一起转动。


气团被轮子卷入轮井的后上部之后,需要有一个合理高效的外溢通道才能顺畅排离赛车。因此,一些赛车通常会在轮子后部留出开口,让气团直接向后排出轮井。



轮拱顶部开口向后的设计可以让轮井内的高压气团在轮井外部高速低压气流的带动下,排出的更顺畅一些,也是常见的排出方式。


“扰流板”


通常被翻译为“扰流板”的这个名字容易让人疑惑,原词是Spoiler在国内通常被叫做小尾翼即和后备箱盖连为一体,没有单独升起来的尾翼。



如图,GT赛车后部向上翘起的板子即为Spoiler。


对于类似911、野马那样拥有较为平滑后车顶造型的车型来说,其主要作用是牺牲一些正向行驶的风阻系数,让车顶气流在后玻璃附近产生适度的乱流,利用乱流区的高压增加一下车尾向下的空气作用力,以提高后胎的最大附着力。



在图中可以看出,如果没有这个Spoiler的话,平缓后车顶附近的气流应该是更高速的,也就是更低压的。



尾部车顶和尾部车底的气压差决定了车尾的空气作用了是向上的还是向下的。车顶压力大于车底压力时,即为将车尾向下压。



根据美国人的研究,Spoiler的高度h大于0.02倍的轴距L时,Spoiler产生的空气作用力是可以增加车尾下压力的。


Spoiler所带来的下压力的大小和车速、正投影(整车在Y平面的投影)面积都是线性关系。



根据该车型的数据可以计算出,一个5英寸高的Spoiler可以在225km/h的车速下,给正投影面积1.5m²的赛车带来90Kg的下压力,以及40Kg的正向行驶阻力。


车尾更大更有效的Spoiler还有一个作用,就是抑制侧倾,特别是车尾的侧倾。



对于图中这种后玻璃和后备箱盖之间造型并不平滑的车型来说,Spoiler除了可以增加车尾下压力外,还可以减小正向行驶阻力。



根据数据曲线可以看出



曲线中车头空气下压力的减小是因为车尾空气下压力作用在整车上时,会对车头有抬升效果,这种抬升又会导致底盘前部的气压增大。



“前铲”


国内通常叫“前铲”原词为Dam,或者叫前Spoiler。



即为前杠下边向下突出底盘平面的小沿。


其作用是减少进入车底的空气量,进而减少正向行驶的阻力和增加空气下压力。在很多原厂车中,考虑到通过性及可能经常刮蹭,这部分通常会用软橡胶材质的。



从测试曲线中可以看出



除了进入车底的气流外,前唇的形状、位置、角度等数据还会影响到进入中网的气流以及引导至车身两侧的气流等。



空气动力是个牵扯范围较大的系统工程,建议尽量做流体建模后安装实际测试。如果你的车型上这个部件被减配了,按照原厂的型号恢复即可。


来源:CLauto酷乐汽车