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汽車運動時的氣流阻力及其流線型設計

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2018-02-25

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汽車風阻的五個組成部分車身造型設計是一門很大的學問，其中重要的內(nèi)容就是風阻問題。平常說的風阻大都是指汽車的外部與氣流作用產(chǎn)生的阻力。實際上，流經(jīng)汽車內(nèi)部的氣流也對汽車的行駛構成阻力。研究表明，作用在汽車上的阻力是由5個部分組成的。一、外型阻力，指汽車前部的正壓力和車身后部的負壓力之差形成的阻力，約占整個空氣阻力的58%; 二、干擾阻力，指汽車表面突出的零件，如保險杠、后視鏡、前牌照、排水槽、底盤傳動機構等引起氣流互相干擾產(chǎn)生的阻力，約占整個空氣阻力的14%; 三、內(nèi)部阻力，指汽車內(nèi)部通風氣流、冷卻發(fā)動機的氣流等造成的阻力，約占整個空氣阻力的12%; 四、由高速行駛產(chǎn)生的升力所造成的阻力，約占整個空氣阻力的7%; 五、空氣相對車身流動的摩擦力，約占整個空氣阻力的9%; 針對第一、二種阻力，轎車車身應該盡量設計成流線型，橫向截面面積不要太大，車身各部分用適當?shù)膱A弧過渡，盡量減少突出車身的附件，前臉、發(fā)動機艙蓋、前擋風玻璃適當向后傾斜，后窗、后頂蓋的長度、傾角的設計要適當。此外，還可以在適當?shù)奈恢冒惭b導流板或擾流板。通過研究汽車外部的氣流規(guī)律，不僅可以設計出更加合理的車身結構，還可以巧妙地引導氣流，適當利用局部氣流的沖刷作用減少車身上的塵土沉積。針對第四種阻力，要設法降低行駛中的升力，包括使弦線前低后高，底版尾部適當上翹，安裝導流板和擾流板等措施。一部分外部氣流被引進汽車內(nèi)部，可能會在一定程度上減少了外部氣流對汽車的阻力，但氣流在流經(jīng)內(nèi)部氣道時也產(chǎn)生的摩擦、旋渦損失。研究汽車內(nèi)部的氣流規(guī)律，可以盡量減少內(nèi)部氣阻，有效地進行冷卻和通風。利用氣流分布規(guī)律，還可以巧妙地把發(fā)動機的進氣口安排在高壓區(qū)，提高進氣效率，減少高壓區(qū)附近的渦流，同時把排氣口安排在低壓區(qū)，使排氣更加順暢。細心的讀者可能已經(jīng)注意到了，上面的論述用了很多非限定性的詞匯，如"適當"就用了五次。有的讀者可能希望用一些確切的數(shù)字來表述，如后傾的角度、圓角的半徑等等。這里牽涉到車身設計的整體概念。風阻是建立在汽車整體結構上的概念，某型號車的最佳幾何參數(shù)，在其他型號上是不適用的。一個小小的改動往往對整體產(chǎn)生很大的影響，正所謂牽一發(fā)而動全身。技術書籍上的數(shù)據(jù)都是在嚴格規(guī)定的試驗條件下，對特定范圍的汽車進行測試的結果。離開了這些前提條件，數(shù)據(jù)就是荒謬的。隨著各大汽車制造廠商技術實力的趨同，大廠商競爭的重點由性能提高轉移到了汽車的外型上。雖然總體上都符合當前人們對審美的需求，但競爭的加劇也使得廠商開始重視突出自身的個性--優(yōu)雅流暢的車身曲線或是富有創(chuàng)新意義的散熱格柵就成了關鍵。大廠商重視外形設計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級給人感覺則是越來越“性感”。新S級借鑒了上一代的設計風格，車的外觀、格柵、車燈、車尾的線條變化不大，但局部的改變綜合起來，形象語言發(fā)生了很大變化。相比上一代較柔和的外觀設計，新S級的設計顯得更逼人，車燈縮小了，格柵面積增大，位置更突出，強調(diào)格柵的重要性也是為凸顯車主的社會地位。寶馬也不是單純依靠性能來征服消費者，外觀成為極其重要的因素。實際上，寶馬3系轎車誕生的這30年，寶馬一直領導著運動型轎車消費者的審美觀。去年，新一代寶馬3系上市，人們發(fā)現(xiàn)，寶馬新3系的外形也進行了明顯的改動:新3系變得更加豐滿，少了些許銳氣，多了一些厚重，前大燈的外“眼角”明顯向側面傾斜，使得其棱角成為典型的銳角，從而突顯該車內(nèi)斂的銳氣。尾部橫切面高后端的楔形變得圓潤。經(jīng)典的雙腎型進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志性設計。新奧迪A6雖然還有著和上一代極其神似的造型，但外觀細節(jié)已大有變化，最為明顯的改變是前部的“一體化單框格柵”設計。上下進氣口被一個粗壯的鍍鉻金屬飾條環(huán)繞成一個整體，四個銀光閃閃的金屬圓圈鑲嵌其中，給人以強烈的視覺沖擊，完全打破了以前上下界限分明的壁壘。不過，汽車廠商造車都是非常講究品牌傳承的，一輛上世紀80年代初期的3系寶馬和現(xiàn)在的相比，雖然技術上已有天壤之別，但它們的三圍變化甚微，這就是汽車的品牌沿襲。新奧迪A6也不例外，雖然車頭、車尾都變了模樣，但怎么看都還是奧迪的味道。奔馳再“性感”，仍然能看出來這就是奔馳。汽車設計有一些共通的地方，但是，遠遠行駛過來的汽車，你能一眼就辨認出這是一輛奧迪還是一輛寶馬，或是一輛奔馳。用寥寥幾個線條勾勒出一個神似而又貌離的造型，從而成為一個品牌的代表，就是設計師的精妙之處。汽車風格受地域文化影響同樣來自德國的奧迪、寶馬和奔馳，在設計上個性不同，不同的地域文化自然就更能造就不同的國家汽車設計風格:美國車豪放、狂野、不拘小節(jié)，車身寬敞、內(nèi)部設施豪華，外觀粗線條、是調(diào)和豪華舒適與科學實用的產(chǎn)物;德國車冷靜、深藏不露，做工嚴謹、刻板保守;英國車是個老式貴族，穩(wěn)重、內(nèi)向、有內(nèi)涵，傳統(tǒng)車用料充足，不會有夸張的外形和功能;日本車活潑、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格，過于重視細節(jié);意大利車則以灑脫、具有藝術性聞名;韓國車集歐、美汽車于一體，借鑒日本車風格，既灑脫又穩(wěn)重，并且具有飄逸感。車身設計歷史悠久自1886年德國工程師卡爾·奔馳發(fā)明第一輛汽車以來，一百多年來，汽車從無到有，從簡陋到完美，無數(shù)的設計師為之付出了畢生的心血。最初的汽車是以馬車車廂作為設計藍本，其實就是一輛“無馬的馬車”。隨著技術進步使得汽車速度提高，為躲避迎面而來的風，風擋玻璃和用木頭制成的像箱子一樣的車身開始采用。福特T型車是“箱形車”的代表作。然而，巨大的空氣阻力阻止了車速進一步加快，設計師發(fā)現(xiàn)汽車外形與空氣阻力之間的微妙關系，于是應用流體力學理論的汽車被設計出來。1934年，美國克萊斯勒生產(chǎn)的“氣流”牌小客車首先采用流線型車身，但這種超前的審美形式因不能與當時人們的欣賞能力相適應而歸于失敗。直到40年代，隨著德國大眾生產(chǎn)的甲殼蟲形車普及，人們才感到甲殼蟲的自然美運用到車身造型上也具有同樣的魅力，于是“甲殼蟲”成了流線型車身的代名詞。到了50年代，福特推出了“船形車”。駕駛乘員室位于車中部，整個汽車造型像一條船。船形車沒有橫向風不穩(wěn)定問題，其代表作是空氣動力量最佳化的奧迪100轎車。后來又有“魚形車”，不過在高速時產(chǎn)生升力，使車輪著地力減小，容易發(fā)生危險。于是“楔形車”開始出現(xiàn)，其特點是車身整體向前下方傾斜，車身后部像刀切一樣平直。車身外形從馬車形、甲殼蟲形、船形、魚形到楔形的演變經(jīng)歷了漫長的過程。雖然這里包含了無數(shù)設計者的心血和匠心，但和發(fā)動機、底盤、電氣技術的發(fā)展比起來還相差甚遠。這足以說明車身設計在很長一段時期內(nèi)沒有得到重視，車身設計在相當長時期內(nèi)尚未形成一套完整、成熟的理論。隨著時代發(fā)展，人們對汽車車身的審美意識已提到一個很高的層次。近年來，通過車展人們見識了多種多樣的車身外形，體會了一個五彩繽紛的藝術世界。不難看出，車身設計已經(jīng)作為一個單獨的學科，需要更多的人去開拓。: 回答者：網(wǎng)友

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