所謂的汽車空氣阻力,是指汽車在行駛時(shí)受到的空氣作用在行駛方向上的分力,由于它會阻礙汽車的行駛,故稱為空氣阻力,它與滾動阻力、加速阻力和坡路阻力并稱為汽車的四大阻力。根據(jù)產(chǎn)生原因和作用機(jī)理的不同,空氣阻力可以分為壓力阻力、誘導(dǎo)阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力和摩擦阻力這幾種。 1、壓力阻力:壓力阻力又稱為形狀阻力,是作用于汽車外表面上的法向力的合力在行駛方向的分力,約占空氣阻力的55%~65%,是空氣阻力的主要組成部分。它的作用機(jī)理是:當(dāng)汽車向前行駛穿過空氣介質(zhì)時(shí),汽車前部的空氣被壓縮,使作用于汽車前部的壓力升高;而汽車后部形成渦流區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓,使作用于汽車后部的壓力降低。這種前后壓力差便形成了壓力阻力。 2、誘導(dǎo)阻力:誘導(dǎo)阻力是指汽車在行駛時(shí)受到的使汽車向上升起的力,它約占空氣阻力的6% - 8%。它的作用機(jī)理是:汽車在高速行駛時(shí),流經(jīng)汽車上部和下部的空氣流速是不同的,上部的空氣流速快,下部的空氣流速慢。根據(jù)伯努克原理,空氣流速越快壓力越低,因此汽車上部和下部所受到的空氣壓力不同,下部的壓力大于上部的壓力,這樣就會產(chǎn)生一個(gè)使汽車向上升起的力,這個(gè)力就是誘導(dǎo)阻力。 3、干擾阻力:干擾阻力是車輛行駛時(shí)車表面突出物,如門把手、后視鏡、懸架導(dǎo)向桿、車軸、擋泥板等引起的空氣阻力,它約占整車空氣阻力的12%- 18%。 4、內(nèi)循環(huán)阻力:內(nèi)循環(huán)阻力也稱內(nèi)部阻力,是冷卻發(fā)動機(jī)、車內(nèi)通風(fēng)等昕需空氣流徑車體內(nèi)部時(shí)形成的阻力,約占空氣阻力的5%- 12%。 5、摩擦阻力:汽車高速行駛時(shí),空氣高速流過車身,與車體表面會發(fā)生摩擦作用,從而產(chǎn)生阻滯力。這種由于空氣的粘滯性在車身表面產(chǎn)生的摩擦力在汽車行駛方向的分力,稱為摩擦阻力,又稱表面阻力,約占空氣阻力的5%~10%。 需要注意的是:空氣阻力并不是一個(gè)固定的值,而是一個(gè)變量,它的大小與汽車的行駛速度成正比,車速越快空氣阻力越大。當(dāng)車速在30km/h以下的時(shí)候,空氣阻力只占汽車行駛總阻力很小的一部分;當(dāng)車速超過80km/h的時(shí)候,空氣阻力大約占總阻力的60%以上,成為車輛需要克服的首要阻力;當(dāng)車速超過120km/h的時(shí)候,空氣阻力大約占總阻力的80%以上;當(dāng)車速超過160km/h的時(shí)候,空氣阻力大約占總阻力的95%以上,其它阻力幾乎可以忽略不計(jì)了。 因此,空氣阻力對汽車的油耗影響是非常大的,特別是汽車在高速行駛時(shí),所消耗的燃油主要用來克服空氣阻力。評價(jià)汽車空氣阻力的主要參數(shù)是汽車的風(fēng)阻系數(shù),現(xiàn)在的轎車風(fēng)阻系數(shù)一般都在0.28左右,最低的可以做到0.22,SUV車型的風(fēng)阻系數(shù)一般在0.32左右,這也是SUV車型油耗更高的原因之一。不過風(fēng)阻系數(shù)與汽車的速度無關(guān),并不是說車速越高的車風(fēng)阻系數(shù)越小,最明顯的例子是F1方程式賽車,它的風(fēng)阻系數(shù)大約在0.5以上,比很多車型都要大很多。因?yàn)樗枰氖橇己玫母咚俜€(wěn)定性,而不僅僅是節(jié)約燃油,這比減小空氣阻力更重要。 此外,汽車的空氣阻力對汽車的操控性影響也是非常大的,其中的誘導(dǎo)阻力是最主要的一個(gè)因素。如果誘導(dǎo)阻力過大,汽車高速行駛就會“發(fā)飄”,導(dǎo)致汽車高速操控性變差。為了減小誘導(dǎo)阻力,常見的做法是在汽車底部安裝護(hù)板,讓汽車的底部變得非常平坦,減小空氣的流通阻力;同時(shí)在車尾部設(shè)計(jì)空氣擴(kuò)散器,讓空氣更快的流過車底;還有就是在汽車上部安裝擾流板,讓空氣在流經(jīng)汽車車身時(shí)對汽車施加一個(gè)向下的壓力,這個(gè)壓力越大車輛行駛越“穩(wěn)”,車輛高速穩(wěn)定性越好。但是過大的下壓力會造成汽車輪胎負(fù)荷過大,摩擦阻力增加,進(jìn)而增加油耗。 對汽車空氣阻力影響最大的是汽車的外形設(shè)計(jì),如車頭和車尾的形狀,風(fēng)擋玻璃的傾角等。風(fēng)阻系數(shù)最小的車身形狀是水滴形,但是它很難制造,同時(shí)也無法滿足汽車的空間需求,所以基本不使用?,F(xiàn)在的汽車車身形狀一般是楔形,它既有較低的風(fēng)阻系數(shù),又有良好的操控性和車內(nèi)空間,因此別廣泛使用。另外,三廂車的空氣阻力要小于兩廂車,轎車的空氣阻力也要小于SUV車型。一款汽車設(shè)計(jì)完成后會在風(fēng)洞中測試它的空氣阻力和風(fēng)阻系數(shù)。 此外,由于門把手、后視鏡、擋泥板等會阻礙空氣的流通,所以現(xiàn)在的汽車為了減小干擾阻力,采用了隱藏式門把手、減小后視鏡、取消擋泥板等措施;為了減小內(nèi)循環(huán)阻力,會將發(fā)動機(jī)艙內(nèi)部設(shè)計(jì)的更加規(guī)整,使空氣流通更加順暢;為了引導(dǎo)空氣流動,在發(fā)動機(jī)護(hù)板、車輪罩等部位設(shè)計(jì)了很多導(dǎo)流板,讓空氣按照預(yù)定的方向流動;有些車型還會在車身側(cè)面開啟較大的開口,將從車頭正面進(jìn)入的開啟引流到車身兩側(cè),這也可以降低空氣阻力,比如奔馳跑車的“鯊魚嘴”。 比較有趣的摩擦阻力。從理論上來說,車身的表面越光滑,摩擦阻力越小,但事實(shí)上并非如此,這里有一個(gè)有趣的“高爾夫球現(xiàn)象”。大家看高爾夫球的表面,并非是光滑的,而是有許多凹坑,實(shí)踐證明,這些凹坑可以有效的降低空氣阻力,讓高爾夫球飛得更遠(yuǎn),比表面完全光滑的球飛得遠(yuǎn)多了。汽車的表面也是如此,完全光滑的表面并不能獲取最小的空氣阻力,所以汽車的表面會設(shè)計(jì)一些溝槽、凸起、加強(qiáng)筋等,這些設(shè)計(jì)一方面會加強(qiáng)車體蒙皮的強(qiáng)度,在客觀上也降低了空氣阻力。當(dāng)然,這些設(shè)計(jì)都是要在風(fēng)洞中驗(yàn)證的。 |
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