把汽车设计成这样子,你有问过空气的意见吗!?

重达155吨的波音客机,加速至300km/h,跃然而起,直插云霄。自重不抵1吨的F1赛车,同样在300km/h速度下,牢牢咬住赛道,全速掠过一个又一个急弯。对比之下,轻若鸿毛的F1赛车却是紧紧抓住地面,重如泰山的客机反而腾空而起!奇哉怪也,所为何解?

这一切,其实都是调皮捣蛋的“空气”在作怪。看不见、摸不着的空气,个性十分奇特,行为也相当怪诞:没有固定的形状,却可以任意地压缩;会主动地由高压区往低压区迅速地“集体迁徙”;只要有速度差,各层气流和物体外表之间还会产生非线性增长的粘滞阻力。一直以来,人们都在想方设法破译空气密码,最终工程师们总结出一道巧妙的公式,精准地描绘了空气的流体力学特性:风阻系数Cd = 迎面风阻力x 2 ÷(空气密度x物体正面投影面积x车速平方)。



风阻系数降低0.01,

续航增加2.5 – 3.5km!

正如你所料,天上飞的、地上走的,无一不受到空气的牵制。100km/h匀速行驶的重卡所耗费燃料里,至少65%纯粹用于克服空气阻力;速度再快的话,甚至需要70% - 80%或更多。利用气流的特性,优化汽车的造型,削减无用的损耗,已成为空气动力学一项核心运用。

奥迪空气动力学专家Moni Islam很清楚,平均每降低0.01风阻系数,大约能延长2.5 - 3.5km续航里程,所以他使出了浑身解数来为奥迪首款纯电动SUV e-tron削减空气阻力。

保持造型简约,去掉无意义的装饰,奥迪e-tron风阻系数削减至0.28;选装虚拟外后视镜的话,最低能压至0.27——当于增加额外的25 - 35km续航里程。充电尚未像加油那样方便快捷,能否利用空气动力学去优化造型,最终延长续航里程,对新能源车而言,极其关键。



汽车应当设计成立方块,

还是改造成小水滴?

新能源汽车,该如何设计?有人说,不如设计成长方体,换回最阔落的车内空间;也有人说,试试水滴状,皆因自然界风阻系数最低的,就是小雨滴(0.05)。事实上,在诞生之后一百多年里,工程师、设计师一直在为汽车们探索最适合的造型。

最初的奔驰壹号,直接参考了马车的造型,那是最早的“敞篷车”了。在此之前,汽车工业尚不成熟,人们对流体也知之甚少,所生产的老爷车,几乎没怎么考虑空气动力学的因素。

汽车越跑越快。车速50km/h,敞篷驾驶已经令人面瘫;车速100km/h,提速愈加艰难,所有功率都耗散于空气。人们这才开始意识到,以空气动力学指导设计汽车造型的重要性。汽车设计由此脑洞大开,形态各异的四轮精灵们,开展了无拘无束的新造型探索:鱼型,甲壳虫型,船型,楔型……

空气动力学研究的每一项进展,都直观的反映在汽车造型上。为了降低风阻系数,现代汽车须以流畅的曲线去消除车身上突兀的转折,并且还要保证造型曲线G0、G1、G2的连续性,令前围、侧围、后围得以圆滑过渡;发动机罩向前下倾,前挡风玻璃与水平面保持小夹角,尾厢短而高翘,后翼子板向内收缩,去掉不必要的车身装饰,灯具、门把手嵌入车体内。一切有助于挖掘空气动力学潜力的措施,如今广泛应用于现代新车的造型设计上。



细节也有“基本法”,

请遵循空气动力学设计

除了整体的造型,各部件的设计和搭配,也必须符合空气动力学原则。你看HYCAN合创新能源SUV概念车,进气格栅、后视镜、尾翼、轮拱、轮圈…… 全身上下,无不遵循着空气动力学的规律进行设计。

低阻力进气格栅。新能源车往往不需要大量冷风散热,因此进气格栅可以采用风阻较低的半密闭造型,引导气流平缓地经过前唇,冷却空调、水箱的同时,也令前端增加一定的下压力。

气动轮圈。造型如同飞行器旋翼一般的轮圈,实际上也考虑了空气动力学的因素,能够降低车轮高速旋转时空气带来的阻力。

侧裙。主要作用是分离车辆侧面和底盘以下的气流,令底盘下方形成稳定的低压区,因此高速行驶能也保持稳定。

尾翼。一来快速疏导尾部气流,以缓解尾部的负压,减少汽车前进时所受到的压差阻力;二来尾翼产生部分下压力,高速行驶时稳定尾部。

除此之外,暗藏在车身表面以下的门把手、造型经过优化的后视镜、甚至简约的车身镀铬饰条,无一不是经过严谨的空气动力学论证而设计。越是深入研究细节,越是容易体会到主机厂商的良苦用心和开发实力。坦白讲,新能源汽车的造型,往往脱胎于传统汽车;但是更注重优化细节的新能源车,最终设计往往也优胜于传统的燃油汽车,更实用,更科幻,更大胆,也更符合空气动力学的效益。未来,当人们对空气动力学的了解再加深一层,新能源汽车又会引领起怎样的设计新风潮呢?


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