好車都是“吹”出來的 探索風(fēng)洞的秘密

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】F1紅牛車隊(duì)首席設(shè)計(jì)師Rob Marshal曾經(jīng)說過，賽車的設(shè)計(jì)有四要素，分別是：空氣動力效率、機(jī)械效率、發(fā)動機(jī)和賽車手，如果一個車隊(duì)擁有了出色的空氣動力學(xué)效率以及四要素另外三個的其中兩個，那么他們就實(shí)現(xiàn)了一個優(yōu)秀的組合，當(dāng)然四要素都擁有了那將會是不可擊敗的。雖然這句話在現(xiàn)在的F1來說不一定就是真理，但是可以看出空氣動力學(xué)效率在一位主設(shè)計(jì)師眼中的地位。

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　　其實(shí)在民用車領(lǐng)域同樣重要，只是根據(jù)不同的功能和作用，有著不同的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)。以設(shè)計(jì)出又快又安全又省油的車“對付”空氣，也是工程師們必須研究的最重要技術(shù)之一。

● 汽車空氣動力學(xué)的重要性

　　汽車在路面上行駛，除了受到來自路面作用以外，還受到周圍氣流對它的各種作用力。近百年來為了解它們的特征和對汽車造成的影響， 汽車空氣動力學(xué)相關(guān)的研究探索一直沒有停止過。

　　空氣動力性是汽車不可忽視的特性，它直接影響汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操控穩(wěn)定性和舒適性。由于氣動力對高速行駛的汽車各方面性能占主導(dǎo)地位，所以良好的空氣動力學(xué)特性，是汽車高速、安全行駛的前提（汽車低速行駛時，汽車所受的氣動力矩對汽車性能影響較小）。

　　作用在汽車上的六個力包括：氣動阻力、氣動升力、氣動側(cè)向力、氣動縱傾力矩、氣動橫擺力矩和氣動側(cè)傾力矩；這些力統(tǒng)稱為六分力，作用在高速行駛的車上將會產(chǎn)生神奇的效果。

　　氣動阻力包括了壓差阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力、內(nèi)流阻力等。在汽車高速行駛中，會受到氣動阻力的影響，其中克服氣動阻力占了發(fā)動機(jī)所做的功中相當(dāng)大的一部分，并且車速越高，氣動阻力消耗的功率越大，用于克服氣動阻力的燃油消耗也越大。所以，許多車靠較低氣動阻力來降低汽車高速行駛的油耗這是沒有毛病的。

　　還有剩下的幾個力筆者就不再一一贅述，總之氣動力和氣動力矩對行車各方面有著很大的影響，有興趣的朋友可以自行了解下汽車空氣動力學(xué)的相關(guān)文章。　

　　汽車空氣動力學(xué)的研究實(shí)驗(yàn)離不開試驗(yàn)設(shè)備，風(fēng)洞自然就是必不可少的。世界上許多車企不惜斥巨資修建價格高昂的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，并不斷升級、新建，汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)也在這其中一步一個腳印地完善著。

　　在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，CFD（計(jì)算流體力學(xué)）已經(jīng)是必不可少的了，他與風(fēng)洞具有互補(bǔ)性。CFD是一種流體動力的計(jì)算和分析方法，利用計(jì)算機(jī)的進(jìn)行復(fù)雜復(fù)雜的運(yùn)算，從而得到汽車氣流的數(shù)據(jù)以及虛擬的可視化效果，因此工程師可以看到流量、壓力、速率和氣體流過模型表面的三維動畫。

　　CFD的價值再與在開發(fā)前期可以對CAD模型進(jìn)行分析，選擇最佳方案，對節(jié)省時間和成本都有很大幫助，經(jīng)過CFD計(jì)算分析過的模型仍需要用風(fēng)洞來證明和微調(diào)，所以CFD需要與風(fēng)洞配合使用，才能高效且準(zhǔn)確地將汽車和組件進(jìn)行測試分析。

● 風(fēng)洞究竟是什么？

　　由于風(fēng)洞可以模擬大氣環(huán)境，所以在汽車設(shè)計(jì)研發(fā)的早期階段，風(fēng)洞是汽車空氣動力學(xué)主要依賴的手段之一。

　　汽車風(fēng)洞主要測量空氣動力特性、通過汽車表面的壓力分布、汽車各部位的流場特性、發(fā)動機(jī)的冷卻氣流的進(jìn)氣和排氣特性以及座艙內(nèi)的通風(fēng)、噪音等的一些情況。

　　為了獲得衡穩(wěn)、連貫的氣流，風(fēng)扇吹出來的氣流會通過風(fēng)洞中設(shè)置的一系列結(jié)構(gòu)，例如轉(zhuǎn)向葉片、整流篩網(wǎng)等；使風(fēng)洞中試驗(yàn)段的氣流可以模擬實(shí)現(xiàn)大氣流場的狀態(tài)，具體有哪些整流結(jié)構(gòu)下文我們后面會有介紹。

　　現(xiàn)在大部分的風(fēng)洞都有了可移動的地板（幾十年前的老風(fēng)洞多是沒有的），在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里，被測試的車是固定不動的，為了真實(shí)地模擬路面行駛情況，需要讓路面移動。

● 風(fēng)洞是怎么構(gòu)成？

　　汽車風(fēng)洞就是依靠著一系列的處理，來實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化風(fēng)洞中空氣的連貫性，產(chǎn)生橫穩(wěn)連貫的氣流對獲得準(zhǔn)確可靠、可重復(fù)性的結(jié)果有著非常重要的作用。

　●風(fēng)洞建筑是最基礎(chǔ)的設(shè)置，當(dāng)然還有測量收集風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的儀器。

　　在氣動－聲學(xué)風(fēng)洞中，聲學(xué)測量實(shí)驗(yàn)也是必不可少的，減少風(fēng)噪也是相當(dāng)重要的一個任務(wù)。測試的時候主要使用人工頭聲學(xué)測量設(shè)備和麥克風(fēng)陣列測量車的聲學(xué)特性，在一定的風(fēng)速的情況下對車內(nèi)外的氣動噪音進(jìn)行測量分析。

● 編輯總結(jié)：

　　空氣動力學(xué)特性對車輛的影響使得風(fēng)洞成為了必不可少的造車工具，哦不，是使風(fēng)洞成了必不可少的造好車的工具。很多人會去關(guān)心發(fā)動機(jī)、底盤、外觀、配置等等怎么樣，但是關(guān)心一臺車的空氣動力學(xué)特性怎么樣的人少之又少，這并不是什么離我們很遠(yuǎn)的東西，它與我們用車生活息息相關(guān)。（圖/文：太平洋汽車網(wǎng) 遲東寧）