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。