空氣動力學對汽車研製的重要性

2020-12-16 騰訊遊戲玩家聯盟

汽車的造型,從最初時的馬車型車身、箱型車身,到開始應用空氣動力學的原理來減少風阻係數的甲蟲型車身、船型車身、魚型車身,再到現代汽車的楔型車身,都越來越深受空氣動力學的影響,發生著變化。那麼什麼叫空氣動力學?空氣動力學對汽車研製的重要性有哪些呢?

關於汽車空氣動力學

17世紀開始,漫長的中世紀終於結束,文藝復興帶來了人們的覺醒,束縛人們思想發展的宗教神學逐步被摧毀。封建社會開始解體資本主義開始盛行,隨之而來的是生產力的解放和科學的急速發展,一批偉大的科學家發現了許多科學真理。到19世紀末,經典流體力學的基礎已經形成,20世紀,人類完成了徵服天空的夢想,隨著航空事業的迅速發展,空氣動力學便從流體力學中發展出來並形成力學的一個新的分支。

最初的空氣動力學主要為剛剛誕生的航空發展服務,主要就是解決飛行器所需升力、減少阻力以及提高速度的幾大問題。但隨著新興的汽車工業發展與汽車行駛速度日益提高,汽車空氣動力學(工業空氣動力學)也越來越得到重視,成為了空氣動力學的一個重要的分支。

為何如此重要?

汽車發展之初,由於車輛本身速度很慢,造型就是大家都見過的老爺車,「方頭方腦」的完全沒有空氣動力學考量。經過時間的推移,汽車工業在穩步發展的過程中速度越來越快,各種比拼速度的汽車比賽也開始盛行,同時也受到空氣動力學的深刻影響,人們發現方形的車身會大大增加車身阻力,流線型的圓潤線條則會減少阻力,能輔助提升車輛的加速能力和最大速度,所以車輛的造型開始慢慢的從「方形」向「圓潤」轉變。

除了能增加速度,減少阻力還有一個重要的原因,那就是節省燃油。在汽車行進時,良好的空氣動力學設計能最大限度降低汽車的空氣阻力,使汽車跑得更快更省油,這也是空氣動力學給我們帶來的最直觀的好處之一。

典型的例子:F1賽車

如果說油耗的降低不夠直觀,那就去看看F1賽車吧!F1賽車的造型和普通車輛有很大不同,整個車身都是通過各種裝在上面的空氣動力學套件組成。每年的FIA(國際汽車聯合會,簡稱國際汽聯)都會通過上一賽季F1的整體表現來對車輛在下一賽季規格進行調整,如果上一賽季的F1速度太快導致出現安全隱患,FIA就會改變F1賽車規格,減少發動機排量、加大空氣動力學部件的角度和大小,來增加車輛的空氣阻力降低車速。但是如果上一賽季F1賽車的速度太慢,導致車手之間超車困難,比賽不夠精彩,並且已經影響到F1的收視率,FIA則會採取增大賽車動力輸出,減少空氣阻力和受前方車輛尾流影響的空氣動力學套件的改變,增加車手之間的競爭力,讓比賽更加好看。

DRS系統就是一個典型的例子。2011賽季,FIA的新規定在尾翼部分新引入了一個用於降低尾部下壓力以減小輪胎摩擦等阻力而提升尾速的DRS(可調式尾翼)系統,車手如果不操作,則DRS保持增加下壓力狀態。如果進入賽道指定的允許使用DRS的DRS區時打開DRS,則會顯著減少空氣阻力增加車速。這不僅讓賽車提升了超車的可能性,也大大增加了比賽觀賞性。

科學技術的前進影響著汽車工業的發展,就像深受空氣動力學影響之後的造車理念一樣。相信在未來會有更多更好的技術運用到汽車上,讓我們的出行更加方便,更加環保。

相關焦點

  • 空氣動力學的新問題
    空氣動力學是力學的一個分支, 是航空航天技術的基礎.我國在空氣動力學的發展上, 目前已達到很高的水平.這除了國家的重視和廣大科技人員的努力外, 和錢學森先生的作用是分不開的. 錢學森先生在20世紀50年代回國時, 對當時世界上空氣動力學最前沿的情況有清楚的了解,他本身就是當時空氣動力學的領軍人物之一. 因此他回國後, 能對我國空氣動力學的發展做出全面的規劃建議.
  • TBT:ARVW,這是有史以來最具空氣動力學性能的大眾汽車
    空氣動力學在每一輛現代汽車中都起著關鍵作用。車輛在空中行駛時產生的阻力越小,消耗的能量越少,並且行駛就越安靜。多年來,汽車製造商已經嘗試了各種極端的車輛形狀,以證明阻力與功率之間的固有關係。很少有人能比1980年的Aerodynamic Research Volkswagen激進得多,後者是一個單座箭頭,仍然是有史以來用VW徽章製造的最具空氣動力學性能的汽車。由1970年代的石油危機引發的ARVW旨在展示空氣動力學和輕型車輛的構造如何從日常動力中產生巨大的速度。第一個挑戰是將駕駛員,動力總成和四個車輪壓入可能具有最小輪廓的車身中。
  • 空氣動力學你懂嗎?風動測試知道嗎?
    但在地球上,一物體在空氣或者其他流體中作相對運動時,當中所產生的「風阻係數、Cd值」是你我他盡知的字眼,也可以高逼格地說上一句「空氣動力學」。那,這跟風洞測試有什麼關係?關係可是槓槓滴,當物體通過風洞測試後將會得出一系列的實驗數據(光是受力特性就有:升力、阻力、橫向力等等,以及氣體流動的變化情況等等),讓那高逼格的空氣動力學得以實現。
  • 車企都在「吹」的空氣動力學究竟是什麼?
    很多人第一次聽到空氣動力學這個詞時,或許會比較頭痛,感覺進入到了一個玄之又玄的領域。畢竟在大家印象中,空氣動力學大多與飛行器有關,比如飛機、火箭、戰鬥機等等。但其實,空氣動力學其實距離我們日常生活很近。從字面理解,空氣動力學解決的就是如何讓物體在空氣中保持更高效運動的科學。
  • Enzo Ferrari曾說:「空氣動力學是為無法製造發動機的人準備的」
    但在地球上,一物體在空氣或者其他流體中作相對運動時,當中所產生的「風阻係數、Cd值」是你我他盡知的字眼,也可以高逼格地說上一句「空氣動力學」。來自捷克的斯柯達車廠,運用汽車空氣動力學的技術協助捷克奧運自行車選手Pavel Kelemen奪金。不同於上述的風洞測試,運用的是150臺高解析度相機來建立騎乘時的3D模型,再運用CFD電腦模擬不同騎姿的風阻,這樣一來即可找出最小風阻的騎姿。不僅僅是斯柯達,像是BMW也以自動駕駛的偵測技術協助美國泳隊在本屆奧運奪冠,此前McLaren、Ferrari也曾協助過英國和義大利運動代表隊。
  • 為什麼造一輛好看的汽車這麼難?空氣動力學:這些地方都要考慮!
    「一臺車就是四個輪子加一套沙發」,這句名言出自某位汽車大佬。然而造一臺車和造一臺好車之間的差距可不是一星半點,就拿空氣動力學來說,汽車上這些地方都要引起注意。眾所周知,汽車前進時大部分能量都用在了客服汽車前進時的阻力上,因此幾乎所有的車型在研發之初都要進行風洞測試。平滑的表面曲線以及儘可能圓潤的邊角,能進一步降低阻力。空氣並非只在車輛上表面流過,下表面也會有高速氣流,因此汽車底盤的平整程度直接決定了車輛的阻力。
  • 1.2m高的水馬撼動15km的跨海大橋,原理和汽車空氣動力學有些相似
    而「氣動外形」這個詞聽起來也很像汽車上術語。不過一排小小的水馬竟然能讓一座跨海大橋發生異常抖動,這還是有點厲害了。而這背後的原理其實和汽車的空氣動力學也是有些相似的。大家都知道,汽車開發是應用到空氣動力學的,風阻係數這個詞就是這一體現。
  • 錢學森論空氣動力學的發展 -紀念錢學森先生誕辰110周年
    錢老認為能夠完成這種應急任務,是一個空氣動力學工作者必備的基本功。錢學森對於空氣動力學在非航空和航天領域中的應用也十分關注,號召開展工業空氣動力學的研究試驗工作。錢學森主張空氣動力學也要用一小部分人力,進行基礎研究,主要是進行有關湍流、邊界層轉捩、分離和旋渦流動、非定常流動、激波、兩相流動以及高溫氣體的非平衡流動等。另一方面,錢學森鼓勵空氣動力學要和其學科相互滲透。他常用自己發展物理力學為例,說明這種滲透的重要性。早在1946年,錢學森便將稀薄氣體的物理、化學和力學特性結合起來的研究,做出了開創性的工作。
  • 周恆院士應邀在中國空氣動力學學會第七次全國會員代表大會上作報告
    本站訊 中國空氣動力學學會第七次全國會員代表大會於6月20日至21日在四川綿陽召開。受學會名譽理事長、中科院院士張涵信研究員,及新理事長候選人、原中國空氣動力學研究與發展中心司令員阮祥新少將的邀請,我校中科院院士周恆教授在大會上做了「與臨近空間飛行器有關的空氣動力學新問題」的學術報告。
  • 專欄 一個公式 看懂空氣動力學在賽車中的應用
    從這一期開始,他將繼續連載,和大家一起簡單聊一聊基礎的空氣動力學知識。大家有疑問可以直接在新浪微博@謝欣哲,查看上期專欄點擊本文末尾【閱讀原文】即可。空氣動力學(一)撰文/謝欣哲什麼是空氣動力學?試想同樣的人,穿過空氣行走100米和在泳池裡穿過池水行走100米所受到的阻力和要消耗的能量肯定是不同的。賽車很多時候也會利用空氣密度的變化來減小空氣阻力,我們常說的「抽尾流」就是這個原理,前車車後的空氣較為稀薄ρ值較低,所以車輛受到的阻力也更小。後車在這段低空氣密度區內行駛利於提高加速度和極速。
  • 汽車:GMC,更大的格柵,更具空氣動力學外觀的嵌入式門!
    汽車:GMC,更大的格柵,更具空氣動力學外觀的嵌入式門!需要重新設計的重型全尺寸皮卡來滿足那些高於平均水平的牽引和牽引工作的需求嗎?查看GMC2015款Sierra 2500HD產品組合。全新的空氣動力學外形和經過改造的內飾為這款最新一代吉米傳奇的主力車提供了更強大的功能,更舒適的氣氛,今年,6座乘客的4門雙駕駛室配置與返回的3座常規配置相得益彰駕駛室和重新調整大小的6人乘客座艙重複。哦,這款首次亮相的雙駕駛室裝飾水平車擁有獨立開啟的前鉸鏈後門,便於後座進出。
  • 空氣動力學基礎
    國際標準大氣氣體的溫度是衡量空氣分子運動激烈程度的尺度,溫度低時分子的運動比溫度高時要緩慢。運動的分子發生碰撞對浸沒在其中的物體會產生氣體壓力。密度是衡量在給定空間裡分子數目多少的一個尺度。空氣密度與高度和天氣有關。
  • 走近港科丨張欣教授-港科大空氣動力學和聲學實驗中心
    👏👏👏● 張欣教授-港科大空氣動力學和聲學實驗中心● 溫維佳教授-新冠肺炎可攜式檢測儀● 劉明教授-香港首個無人駕駛汽車試驗● 科大校園-全港最大型太陽能發電系統● 羅康錦教授-「可持續發展智慧校園」計劃● 寧治教授-無人機傳感器技術香港特別行政區行政長官林鄭月娥女士參觀了香港科技大學的空氣動力學和聲學實驗中心
  • 兩分鐘了解空氣動力學,明白為何不掉下來
    飛機這麼大,到底是如何飛上天的呢,自身要提供動力是肯定的,那還能從哪兒借力呢,這就不得不聊一聊空氣動力學。我們想一想目前能飛的超級英雄的造型,幻視穿著緊身衣加鬥篷,超人穿著緊身衣加鬥篷,雷神瘦的時候,也是緊身衣加鬥篷,身形苗條加鬥篷,飛行標配啊。
  • 蘭博基尼街道賽車Huracan STO:融合所有空氣動力學
    據外媒報導,蘭博基尼的未來現在可能有點不確定,但就目前情況來看,這家義大利公司仍在做它最擅長的事情:打造性能卓越的汽車。最新的這款車恰好從賽道上吸取了很多經驗,其被稱為蘭博基尼Huracan Super Trofeo Omologata,簡稱STO。
  • 編輯薦讀 | 《空氣動力學進展(英文)》好文推薦
    Advances in Aerodynamics(《空氣動力學進展(英文)》,簡稱AIA)聚焦快速發表空氣動力學及相關學科領域具有創新性、前瞻性的高水平最新研究成果,打造該領域高質量學術交流平臺,服務科研創新,促進學科發展,推動成果應用。
  • 逆天的空氣動力學設計 不要小看勒芒賽車的風扇結構
    對於當下的賽車來講,空氣動力學的設計往往體現在兩個方面,其一是依託更大角度的導流葉片獲取下壓力,其二便是更為穩定順暢的氣流運動軌跡,降低亂流對賽車穩定性的不利影響,但大家或許已經忘記了在過去的很長一段時間內,賽車的空氣動力學理念和設計非常逆天。
  • 淺談無人機上用到的空氣動力學知識
    無人機或者飛機在飛行過程中,都會受到空氣阻力的影響,這種影響如果不進行消除有可能給飛行帶來很大的動力損耗,甚至對飛機的控制產生不可預料的結果。而在無人機上,不僅僅是在外形,在內部控制上,空氣動力學更是需要在設計過程中非常注意的方面。本文從理論方面介紹無人機設計中用到的空氣動力學知識。
  • 快 更涼快 S-Works EVADE 空氣動力學頭盔 評測
    S-Works EVADE,是Specialized於2013年推出的首款空氣動力學取向頭盔,同時也是自行車領域裡最早針對空氣動力學設計並且符合公路大組賽規範使用的頭盔款式之一。時隔五年,EVADE已經輔助了無數的車手在各種比賽中引領風騷,獲取了數不盡的勝利與冠軍頭銜,更是把空氣動力學的浪潮卷至整個車盔領域。
  • 沒翅膀卻會飛,研究員發現金花蛇的秘籍,它已掌握「空氣動力學」
    通過多年來對於金花蛇的觀察實驗,科學家表示,目前實驗中的數據顯示,金花蛇最多可以一次性滑翔出去24米,通過三維建模分析,通過3D圖像列印,科學家們發現金花蛇竟然是「空氣動力學」的高手,因為它們「飛行」全過程,空氣的幫助都非常大。空氣幫助金花蛇進行飛行什麼是空氣動力學呢?