限制戰鬥機最快飛行的原因是什麼?100年時間人類將速度翻了50倍!

2021-01-08 騰訊網

人類從未停止過對速度的追求

駕駛戰機風馳電掣是很多軍迷的夢想,在人類追求速度的歷史上,不斷有新一代的武器刷新速度記錄,目前有人駕駛飛行器已經突破了6.72馬赫。但其實,人類為了實現這一速度,走了很長一段路,而助力人類加速前進的,就是空氣動力學。

在人類研究飛機的歷史上,很長一段時間內根本沒有意識到什麼是空氣動力學,不知道如何產生升力,因此也出現了很多腦洞大開的飛行創意,但顯然這些創意沒什麼卵用,很多發明家也死在了自己的發明之下。

飛機發明之前,先驅們的腦洞讓我們折服

後來,科學家伯努利從鳥類的翅膀上學會了飛行關鍵在於翅膀的形狀,氣流流過翅膀上表面的速度比流過下表面的速度快,導致下翼面受到的向上的氣流壓力大於上翼面受到的向下的氣流壓力,壓力差就是升力,這就是經典的伯努利定律。

機翼是靠上下壓力差產生升力的

明白了原理自然就好說了,很快,萊特兄弟了發明飛機,並很快便被應用於軍事領域。

萊特兄弟開創了人類邁向天空的新紀元

隨後,第一次世界大戰的爆發,軍事需求大大促進了航空工業的發展,大批戰鬥機被研製出來,來自天空的打擊讓一戰的塹壕不再安全。

但在當時沒有完善的空氣動力學理論,也沒有靠譜的風洞,翼型設計的升力效率也不太高,特別是機體設計更是簡單粗暴。

這個醜八怪在當時也是高科技

就算大名鼎鼎的三翼福克Dr-1戰鬥機,其機體截面甚至是方形的,簡直就是個木頭箱子,風阻巨大,能飛得快才叫見了鬼。

紅男爵的福克戰鬥機也才180公裡/小時還沒直升機飛得快

到了二戰時期,戰爭將螺旋槳戰鬥機的發展推上了頂峰。在氣動設計方面,普遍應用了低速空氣動力學的研究成果,採用了流線型設計,從外觀看得出來相比一戰戰鬥機,機體圓潤了許多,因此飛行速度得以越來越快。

倫敦上空的鷹,噴火戰鬥機外形已經非常流線型了

在二戰後期噴氣機出現之前,螺旋槳戰鬥機的速度達到了700多千米/小時,已經是一戰戰鬥機的數倍,除了發動機的進步,優秀的流線型氣動設計功不可沒。

流線型機體打造的空中霸主P51

二戰後到今天,是噴氣機的黃金時代,超音速風洞陸續建立,幫助空氣動力學迎來了大發展,大批研究成果應用於飛機,最終推動人類進入了3馬赫時代,最高甚至超過了6.72馬赫,超過一戰時期飛機速度近50倍!

X-15堪稱空氣動力學的頂尖之作是人類最快的載人飛行器

科技往往首先應用於軍事,而後向民用領域拓展,在追求速度的過程中,除了飛機,汽車的設計也是如此。

一戰時期的法軍打計程車上前線戰場3000名士兵的路費花了280萬

自汽車發明以來,人們逐漸發現,車身要克服最大阻力就是風阻,當汽車時速達到120公裡 時,75%動力都要用於克服風阻。因此汽車的造型設計不斷在改變,目的就是不斷減小風阻,取得更快速度。

F1賽車可以說是減阻的極致了

早期的汽車和早期的飛機一樣,基本對什麼空氣動力學沒有概念,基本上就是在一輛馬車上安裝一個內燃機,被稱為箱型設計,但這種方方正正的造型,受到空氣阻力大大妨礙了汽車前進的速度,當時最快的箱型汽車風阻係數都在0.8左右。

垂直的進氣格柵和垂直的玻璃

說明壓根沒考慮空氣動力學

隨著對車輛速度的追求,人們也開始逐漸意識到空氣阻力也是影響車速的一個重要因素,於是人們開始在車輛外形上打主意。

20世紀30年代初,雷蒙德·羅維設計出了紡錘一樣的流線型的汽車,加快了車速,減少了燃料的消耗,但實在太醜了,也並不實用。

搞出來的是這麼個玩意

為了兼顧外形與功能,人們又陸續設計出了船型、魚型和楔形汽車,風阻也從箱型車身的0.8再到船型車身的0.45再到楔型車身的0.35。每降低0.1,起碼要耗費行業發展十年時間。

風洞是汽車設計的好助手

直到把風洞引入汽車外形設計之後,人們總算對影響汽車速度的空氣動力理論有了一個完整的認識。那麼,到底是什麼在影響汽車速度呢?

第一當然是車身形狀

正如前文所說,回顧汽車的發展史,可以明顯地看出汽車外型逐漸由方正變得圓潤,圓潤的外形符合空氣動力學和流體力學,保證汽車高速狀態下少受阻力影響。

直線加速賽車為了減阻外形也是非常圓潤的

第二是底盤設計

大家都知道,水在光滑曲面上的流動會比有凹凸起伏的表面上的流動更流暢。而很多廠商在設計汽車外形時候,往往注重看得見的車體上部,而忽視了底盤設計,亂七八糟的機件堆積在底盤上,空氣在流過時很容易產生渦流,造成巨大阻力和升力。

兩款進口車凌亂的底盤

第三就是渦流了

渦流的情況比較複雜,很難用一兩句話解釋清楚,簡單地說,汽車在駛過空氣時,車身四周會產生氣流,當汽車駛過,氣流失去方向之後,就不可避免的形成了一個尾隨汽車尾部的渦流。

駛過塵土路面的時候就可以到渦流

渦流區的氣壓很小,速度快的時候甚至會產生真空區,前方氣壓大後方氣壓小,就會產生阻力,相當於有一隻無形的手在向後拽著你的車。

藍色部分為渦流

因此,汽車屁股收尾處的橫斷面積越小,渦流也就越小。這就是為啥兩廂轎車和SUV的風阻普遍比三廂轎車大的原因。

渦流大小與尾部大小有關

為了減小渦流,人們就需要想辦法把渦流打散,常見的手段就是加裝擾流板,比如尾翼,不但可以減小阻力,還可以減少車輛尾部的升力,避免後輪抓地力減小以及高速穩定性變差。

賽車和超跑擁有尾翼或可升降尾翼系統當然家用轎車沒必要這麼搞這麼複雜

知道了造成車阻力的根源,汽車廠商就可以在設計時有針對性地進行優化設計,從而設計出了一批經典車型,領克03+就是其中的優秀代表之一。

大家都知道,領克是由吉利控股集團、吉利汽車集團與沃爾沃汽車合資成立的新品牌,作為一個全新的品牌,領克的研發團隊在設計之初便對運動性有著更高要求,因此在外觀方面設計了更加符合空氣動力學的流線車身!

領克03+主要是增加了全車的運動包圍,包括可供選裝的碳纖維前唇、前格柵、雙色密輻式輪圈、車尾底部擴散器、碳纖維後擾流板等。採用了「馭風圓角」低趴前車頭,車輛行駛當中減少車輛風阻。而溜背式車頂以及俯衝式車尾,也可大大減小尾部渦流區,還讓領克03+頗有轎跑範兒。

為了減阻,領克03+安裝了平整底盤護板,可以讓氣流更快更順暢流過車底,從而減小上升力,增大車輪抓地力,保證車輛有很好的操控性,不會發「飄」。

領克03+將擾流設計融入進了車身設計當中,最顯眼的就是設計了「風刃」前保氣簾和前輪擾流板套件,使高速氣流緊貼車輪運動,減小車輪側渦流。

車身中後部,領克03+也進行了一系列的擾流設計,包括低風阻側裙、「風蝕稜線」擾流後蓋,碳纖維運動尾翼,尾燈分流稜線和尾部擴散器等,這些個運動元素滿滿的部件,其主要作用就防止從前方、側面、頂部過來的氣流在車後形成渦流,造成阻力。

特別是碳纖維尾翼,不僅能讓空氣乖乖聽話、為我所用,而且帶來運動和速度的感覺,是其光滑溜背造型下的畫龍點睛之筆。

這一系列的優秀設計,再經過優化調整,終將領克03+的風阻係數降到了0.28(轎車般在0.3)。這個0.28是什麼概念呢?大家對比一下下面這個圖就能看出來了。

那麼如此低的風阻係數除了開得快,對消費者有什麼好處呢?好處可大了,在油價高企的今天,降低風阻係數可以大大減小油耗!

風阻係數越低越省油

與風阻係數為0.3的轎車相比,領克03+在時速120情況下,每百公裡降低油耗約0.4L,節省約3.1元,行駛1萬公裡,約可以省下1550元,非常適合軍武菌這樣價格敏感型(qiong)的消費者。

空氣動力學是一門馭風的藝術,是科技的結晶,以往我們只能在國外性能車上見到,不過此次空氣動力學打造的國內首款性能車領克03+的到來,卻邁出了中國性能車的第一步。領克03+不是簡單的升級,是而一個從各方面性能來說都比較完整的性能車,可滿足這個價位消費者對於一輛好車的各方面的需求。

對大多數人來說,我們所開過的車,很難體驗到賽車所帶來的血脈噴張與激情四射,但這並不代表我們放棄了對速度與激情的渴望,在無數個夢中我們都體驗過風馳電掣的快感。而領克03+,卻打破了「中國無性能車」的魔咒,將為那些追求極致性能的熱血玩家,為實現兒時性能車夢想,帶來高價值的用車體驗。

領克03+,不但代表著更純粹的領克精神的回歸,也重新詮釋了對中國高端品牌的定義。不論在品牌含金量還是產品美譽度上,領克所打造的高端品牌標籤正在被廣大消費者接受。領克03+希望以汽車行業新物種的身份,代表中國汽車工業,以最高的水準,走向世界舞臺,為全球用戶提供越級的產品體驗,持續改變出行。

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