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汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)的氣流阻力及其流線型設(shè)計(jì)

: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2018-02-25

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汽車(chē)風(fēng)阻的五個(gè)組成部分車(chē)身造型設(shè)計(jì)是一門(mén)很大的學(xué)問(wèn)，其中重要的內(nèi)容就是風(fēng)阻問(wèn)題。平常說(shuō)的風(fēng)阻大都是指汽車(chē)的外部與氣流作用產(chǎn)生的阻力。實(shí)際上，流經(jīng)汽車(chē)內(nèi)部的氣流也對(duì)汽車(chē)的行駛構(gòu)成阻力。研究表明，作用在汽車(chē)上的阻力是由5個(gè)部分組成的。一、外型阻力，指汽車(chē)前部的正壓力和車(chē)身后部的負(fù)壓力之差形成的阻力，約占整個(gè)空氣阻力的58%; 二、干擾阻力，指汽車(chē)表面突出的零件，如保險(xiǎn)杠、后視鏡、前牌照、排水槽、底盤(pán)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等引起氣流互相干擾產(chǎn)生的阻力，約占整個(gè)空氣阻力的14%; 三、內(nèi)部阻力，指汽車(chē)內(nèi)部通風(fēng)氣流、冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流等造成的阻力，約占整個(gè)空氣阻力的12%; 四、由高速行駛產(chǎn)生的升力所造成的阻力，約占整個(gè)空氣阻力的7%; 五、空氣相對(duì)車(chē)身流動(dòng)的摩擦力，約占整個(gè)空氣阻力的9%; 針對(duì)第一、二種阻力，轎車(chē)車(chē)身應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)成流線型，橫向截面面積不要太大，車(chē)身各部分用適當(dāng)?shù)膱A弧過(guò)渡，盡量減少突出車(chē)身的附件，前臉、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、前擋風(fēng)玻璃適當(dāng)向后傾斜，后窗、后頂蓋的長(zhǎng)度、傾角的設(shè)計(jì)要適當(dāng)。此外，還可以在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b導(dǎo)流板或擾流板。通過(guò)研究汽車(chē)外部的氣流規(guī)律，不僅可以設(shè)計(jì)出更加合理的車(chē)身結(jié)構(gòu)，還可以巧妙地引導(dǎo)氣流，適當(dāng)利用局部氣流的沖刷作用減少車(chē)身上的塵土沉積。針對(duì)第四種阻力，要設(shè)法降低行駛中的升力，包括使弦線前低后高，底版尾部適當(dāng)上翹，安裝導(dǎo)流板和擾流板等措施。一部分外部氣流被引進(jìn)汽車(chē)內(nèi)部，可能會(huì)在一定程度上減少了外部氣流對(duì)汽車(chē)的阻力，但氣流在流經(jīng)內(nèi)部氣道時(shí)也產(chǎn)生的摩擦、旋渦損失。研究汽車(chē)內(nèi)部的氣流規(guī)律，可以盡量減少內(nèi)部氣阻，有效地進(jìn)行冷卻和通風(fēng)。利用氣流分布規(guī)律，還可以巧妙地把發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口安排在高壓區(qū)，提高進(jìn)氣效率，減少高壓區(qū)附近的渦流，同時(shí)把排氣口安排在低壓區(qū)，使排氣更加順暢。細(xì)心的讀者可能已經(jīng)注意到了，上面的論述用了很多非限定性的詞匯，如"適當(dāng)"就用了五次。有的讀者可能希望用一些確切的數(shù)字來(lái)表述，如后傾的角度、圓角的半徑等等。這里牽涉到車(chē)身設(shè)計(jì)的整體概念。風(fēng)阻是建立在汽車(chē)整體結(jié)構(gòu)上的概念，某型號(hào)車(chē)的最佳幾何參數(shù)，在其他型號(hào)上是不適用的。一個(gè)小小的改動(dòng)往往對(duì)整體產(chǎn)生很大的影響，正所謂牽一發(fā)而動(dòng)全身。技術(shù)書(shū)籍上的數(shù)據(jù)都是在嚴(yán)格規(guī)定的試驗(yàn)條件下，對(duì)特定范圍的汽車(chē)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。離開(kāi)了這些前提條件，數(shù)據(jù)就是荒謬的。隨著各大汽車(chē)制造廠商技術(shù)實(shí)力的趨同，大廠商競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)由性能提高轉(zhuǎn)移到了汽車(chē)的外型上。雖然總體上都符合當(dāng)前人們對(duì)審美的需求，但競(jìng)爭(zhēng)的加劇也使得廠商開(kāi)始重視突出自身的個(gè)性--優(yōu)雅流暢的車(chē)身曲線或是富有創(chuàng)新意義的散熱格柵就成了關(guān)鍵。大廠商重視外形設(shè)計(jì) 奔馳在人們心目中一直是“中規(guī)中矩”的印象，然而最新上市的奔馳新S級(jí)給人感覺(jué)則是越來(lái)越“性感”。新S級(jí)借鑒了上一代的設(shè)計(jì)風(fēng)格，車(chē)的外觀、格柵、車(chē)燈、車(chē)尾的線條變化不大，但局部的改變綜合起來(lái)，形象語(yǔ)言發(fā)生了很大變化。相比上一代較柔和的外觀設(shè)計(jì)，新S級(jí)的設(shè)計(jì)顯得更逼人，車(chē)燈縮小了，格柵面積增大，位置更突出，強(qiáng)調(diào)格柵的重要性也是為凸顯車(chē)主的社會(huì)地位。寶馬也不是單純依靠性能來(lái)征服消費(fèi)者，外觀成為極其重要的因素。實(shí)際上，寶馬3系轎車(chē)誕生的這30年，寶馬一直領(lǐng)導(dǎo)著運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)消費(fèi)者的審美觀。去年，新一代寶馬3系上市，人們發(fā)現(xiàn)，寶馬新3系的外形也進(jìn)行了明顯的改動(dòng):新3系變得更加豐滿(mǎn)，少了些許銳氣，多了一些厚重，前大燈的外“眼角”明顯向側(cè)面傾斜，使得其棱角成為典型的銳角，從而突顯該車(chē)內(nèi)斂的銳氣。尾部橫切面高后端的楔形變得圓潤(rùn)。經(jīng)典的雙腎型進(jìn)氣格柵頂部又增加了鍍鉻金屬飾條，就像雙眼上加了一道眉毛。這也是寶馬家族的標(biāo)志性設(shè)計(jì)。新奧迪A6雖然還有著和上一代極其神似的造型，但外觀細(xì)節(jié)已大有變化，最為明顯的改變是前部的“一體化單框格柵”設(shè)計(jì)。上下進(jìn)氣口被一個(gè)粗壯的鍍鉻金屬飾條環(huán)繞成一個(gè)整體，四個(gè)銀光閃閃的金屬圓圈鑲嵌其中，給人以強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，完全打破了以前上下界限分明的壁壘。不過(guò)，汽車(chē)廠商造車(chē)都是非常講究品牌傳承的，一輛上世紀(jì)80年代初期的3系寶馬和現(xiàn)在的相比，雖然技術(shù)上已有天壤之別，但它們的三圍變化甚微，這就是汽車(chē)的品牌沿襲。新奧迪A6也不例外，雖然車(chē)頭、車(chē)尾都變了模樣，但怎么看都還是奧迪的味道。奔馳再“性感”，仍然能看出來(lái)這就是奔馳。汽車(chē)設(shè)計(jì)有一些共通的地方，但是，遠(yuǎn)遠(yuǎn)行駛過(guò)來(lái)的汽車(chē)，你能一眼就辨認(rèn)出這是一輛奧迪還是一輛寶馬，或是一輛奔馳。用寥寥幾個(gè)線條勾勒出一個(gè)神似而又貌離的造型，從而成為一個(gè)品牌的代表，就是設(shè)計(jì)師的精妙之處。汽車(chē)風(fēng)格受地域文化影響同樣來(lái)自德國(guó)的奧迪、寶馬和奔馳，在設(shè)計(jì)上個(gè)性不同，不同的地域文化自然就更能造就不同的國(guó)家汽車(chē)設(shè)計(jì)風(fēng)格:美國(guó)車(chē)豪放、狂野、不拘小節(jié)，車(chē)身寬敞、內(nèi)部設(shè)施豪華，外觀粗線條、是調(diào)和豪華舒適與科學(xué)實(shí)用的產(chǎn)物;德國(guó)車(chē)?yán)潇o、深藏不露，做工嚴(yán)謹(jǐn)、刻板保守;英國(guó)車(chē)是個(gè)老式貴族，穩(wěn)重、內(nèi)向、有內(nèi)涵，傳統(tǒng)車(chē)用料充足，不會(huì)有夸張的外形和功能;日本車(chē)活潑、善變、創(chuàng)新、注重外表，早期以模仿為主，如今逐漸形成自己的風(fēng)格，過(guò)于重視細(xì)節(jié);意大利車(chē)則以灑脫、具有藝術(shù)性聞名;韓國(guó)車(chē)集歐、美汽車(chē)于一體，借鑒日本車(chē)風(fēng)格，既灑脫又穩(wěn)重，并且具有飄逸感。車(chē)身設(shè)計(jì)歷史悠久自1886年德國(guó)工程師卡爾·奔馳發(fā)明第一輛汽車(chē)以來(lái)，一百多年來(lái)，汽車(chē)從無(wú)到有，從簡(jiǎn)陋到完美，無(wú)數(shù)的設(shè)計(jì)師為之付出了畢生的心血。最初的汽車(chē)是以馬車(chē)車(chē)廂作為設(shè)計(jì)藍(lán)本，其實(shí)就是一輛“無(wú)馬的馬車(chē)”。隨著技術(shù)進(jìn)步使得汽車(chē)速度提高，為躲避迎面而來(lái)的風(fēng)，風(fēng)擋玻璃和用木頭制成的像箱子一樣的車(chē)身開(kāi)始采用。福特T型車(chē)是“箱形車(chē)”的代表作。然而，巨大的空氣阻力阻止了車(chē)速進(jìn)一步加快，設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)汽車(chē)外形與空氣阻力之間的微妙關(guān)系，于是應(yīng)用流體力學(xué)理論的汽車(chē)被設(shè)計(jì)出來(lái)。1934年，美國(guó)克萊斯勒生產(chǎn)的“氣流”牌小客車(chē)首先采用流線型車(chē)身，但這種超前的審美形式因不能與當(dāng)時(shí)人們的欣賞能力相適應(yīng)而歸于失敗。直到40年代，隨著德國(guó)大眾生產(chǎn)的甲殼蟲(chóng)形車(chē)普及，人們才感到甲殼蟲(chóng)的自然美運(yùn)用到車(chē)身造型上也具有同樣的魅力，于是“甲殼蟲(chóng)”成了流線型車(chē)身的代名詞。到了50年代，福特推出了“船形車(chē)”。駕駛乘員室位于車(chē)中部，整個(gè)汽車(chē)造型像一條船。船形車(chē)沒(méi)有橫向風(fēng)不穩(wěn)定問(wèn)題，其代表作是空氣動(dòng)力量最佳化的奧迪100轎車(chē)。后來(lái)又有“魚(yú)形車(chē)”，不過(guò)在高速時(shí)產(chǎn)生升力，使車(chē)輪著地力減小，容易發(fā)生危險(xiǎn)。于是“楔形車(chē)”開(kāi)始出現(xiàn)，其特點(diǎn)是車(chē)身整體向前下方傾斜，車(chē)身后部像刀切一樣平直。車(chē)身外形從馬車(chē)形、甲殼蟲(chóng)形、船形、魚(yú)形到楔形的演變經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。雖然這里包含了無(wú)數(shù)設(shè)計(jì)者的心血和匠心，但和發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、電氣技術(shù)的發(fā)展比起來(lái)還相差甚遠(yuǎn)。這足以說(shuō)明車(chē)身設(shè)計(jì)在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)沒(méi)有得到重視，車(chē)身設(shè)計(jì)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)尚未形成一套完整、成熟的理論。隨著時(shí)代發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)車(chē)身的審美意識(shí)已提到一個(gè)很高的層次。近年來(lái)，通過(guò)車(chē)展人們見(jiàn)識(shí)了多種多樣的車(chē)身外形，體會(huì)了一個(gè)五彩繽紛的藝術(shù)世界。不難看出，車(chē)身設(shè)計(jì)已經(jīng)作為一個(gè)單獨(dú)的學(xué)科，需要更多的人去開(kāi)拓。: 回答者：網(wǎng)友

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