风阻系数是汽车设计中的常用衡量标准,因为它与空气动力学有关。空气阻力随速度的平方增加;因此,在高速行驶时至关重要。降低汽车的阻力系数可以提高车辆的速度,以及燃油效率,那么目前汽车的风阻可以做到多少,飞机的风阻又是多少,为何高性能跑车的阻力反而大于轿车,下面我们来详细分析。
如何降低风阻
行李架:对于设计师来说,删除车辆上的零件是一种简单的方法,在如今低阻力的车型上,都看不到车顶行李架,这是因为行李架增加了车辆的正面面积,空气沿着引擎盖和挡风玻璃的平滑线条流过车辆顶部,但与行李架碰撞时会产生湍流,增加阻力。
隐藏尾翼:后部的尾翼也是一种增加阻力的设计,直接取消可以降低阻力,但一部分跑车为了追求空气下压力,必须配备尾翼,设计师就研发了可变尾翼,在低速行驶时处于隐藏状态,降低风阻,超过一定的速度后自动升起。
后视镜、门把手:第三个主要部件就是后视镜,后视镜突出车外,既增加了车辆的正面投影面积,又增加了阻力系数。根据测试,将传统后视镜换为摄像头可以降低大约3.8%的阻力。和后视镜类似的就是收音机天线与车门门把手,早期有鲨鱼鳍样式等,如今大部分车采用隐藏式设计。
雨刮器:这也是车辆正面迎风的部件之一,降低雨刮器的轮廓,隐藏在发动机盖的水平线以下可以降低风阻,赛车通常采用直立设计,雨刮器直立在玻璃中间,对气流的影响小。
轮毂罩:当空气在轮舱周围流动时,会受到车辆轮辋的干扰,并在车轮周围形成湍流区域。为了使空气在轮舱周围更顺畅地流动,通常采用光滑的轮毂盖,如今在电动车上比较常见,但另一方面,通风不足可能导致刹车升温,在高性能车上无法使用。
主动开闭式进气格栅:车辆的前格栅用于引导空气通过散热器,但车辆的散热根据环境的不同有所变化,比如冬季需要的散热面积小,为了降低阻力,如今大部分低能耗车辆采用主动开关设计,而像电动车不需要大尺寸的散热水箱,风阻系数有天然优势。
底盘包覆:车辆底部由于零件复杂,凹凸不平,常常会滞留空气,增加湍流。赛车和电动车通常采用全包式车底,配合车尾的小型扩散器,让空气平滑通过。
轮胎裙板:这是一种早期的降阻设计,比如在本田Insight和通用的EV1等车型中,都采用类似设计,减少轮拱乱流对车侧气流的影响,由于后期使用不便(换轮胎等),如今几乎被淘汰。
前保险杠气帘:作为空气流通的第一个路段,保险杠设计至关重要,如今许多车采用气帘设计,将空气从保险杠两侧引导到轮胎的外部,梳理气流,降低阻力。
水滴形车头:从形状来看,水滴是自然界中阻力较低的形状之一,只有0.04,比三角形的阻力小多倍(阻力系数为0.5),因此车头设计接近水滴是降低风阻的关键点,飞机、高铁等均采用类似设计,比如空客A380的风阻是0.0265,而协和号客机的设计思路不同,主要为了降低正面迎风面积,采用狭长的尖嘴设计,比如在大众XL1中,整个座舱从上部看就是一个水滴。
长尾:类似船的拖尾设计具有更流线型的轮廓,可以减少气流的分离,当车辆气流从车身上分离时,会产生阻力,车尾的横截面越大,一般来说阻力越高,因此诞生了许多长尾设计,比如迈凯伦,但由于长尾实用性不佳,并不多见。
常见车型的风阻系数
风阻系数Cd只能作为大概参考,不同的风洞、测试设备都可能影响数据,老款路虎卫士的Cd为0.59,奔驰G级为0.54,牧马人为0.45,1938年的大众甲壳虫为0.48,尾翼放平时911 GT3 RS为0.39,大众CC为0.284,新款Model S为0.208,如今一些国产新能源已经突破了0.2,最低的则是光年0太阳能汽车,风阻系数只有0.175。
白皮书观点:影响阻力的两个主要因素是车辆的正面面积和阻力系数,因此不一定风阻系数小就是整体阻力小,比如近期热门的一款MPV车型虽然风阻系数小,由于较大的正面面积,阻力仍然高于一般的轿车。
此外,降低风阻也可以让车辆产生升力,升力太大会导致车辆失去路面牵引力,高速稳定性降低,因此风阻就像一把双刃剑。由于更宽的轮胎、额外的尾翼和面积更大的冷却系统,在车辆产品线中,高配车反而阻力更高,一些跑车的风阻甚至超过0.6,而像F1赛车在0.7-1.1之间,这是空气下压力带来的弊端,因此像911 GT3 RS这种带有大尾翼的高性能版本车速反而突破不了300km/h。
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