关于空气动力学你真的了解吗?

心尊门

请拿出笔和纸，写下您能记住所有与汽车空气动力学相关的名词。我猜您最先想到的是cW（空气阻力系数）——没错，知道这个名词含义的人应该是占大多数。正面投影面积？如果您想到了这个词，那还真是不容易，毕竟大多数人并不了解这个词的含义。

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那您是否听说过CAV，CAH？这两个词分别代表前后轮的气动升力系数。这确实有些超纲，毕竟绝大多数汽车厂商在发布新车时并不会提及这两项数据。然而，对开发高性能跑车的工程师来说，这两个值的大小对加速性和最高车速至关重要。换言之，工程师应尽量减少空气阻力在车身表面上的作用面积。
除了提升性能外，这种方式还将对燃油效率带来优化。另一个优化思路是将空气引导至理想区域以最大程度地利用气流——如何做到这一点？答案是，降低车辆的气动升力。
尽管这是一种不错的手段，但最有效的依然是增加气动下压力，即将CAV和CAH降为负值。“对于我们空气动力学工程师而言，最大的挑战在于，如何在不增加空气阻力的情况下提升气动下压力，”保时捷空气动力学开发经理托马斯·威根德（Thomas Wiegand）如是说，而这正是保时捷在打造高性能跑车过程中实施的设计理念。



例如，保时捷911的造型可产生气动升力。“（911）车尾扰流板的位置和角度可调节，该主动式部件可显著降低车辆的气动升力，从而确保车辆在垂直方向上的受力平衡。该部件的另一好处在于降低空气阻力，进而使油耗和排放得到优化。由于主动式部件仅在高速行驶时工作，因此911的经典后驱特性在低速状态下得到了保留，”威根德解释道。最近一段时间以来，搭载旅行套件（Touring Package）的GT3销量不错——从中我们可以得出结论，并非所有购买者都喜欢拥有外置大尺寸尾翼。
移除了外置大尾翼的旅行套件版GT3是否会因为气动压力不足而飞起？答案是否定的。保时捷工程师增加了车身尾翼的迎角并额外设置了扰流板分流棱边。相比于搭载外置大尾翼的常规版GT3，稳定性差异只有在赛道上的超高速状态下才会体现。



设计和气动下压力是一对彼此对立的存在，兰博基尼的产品经理同样非常清楚这一点：“当我们上市一款全新车型时，就空气动力学而言，（无外置尾翼设计）是个非常不错的这种方案：易于驾驶且车速和灵活性能够得到保障。
在这种情况下，前轮产生的升力能够通过四轮驱动系统得到补偿。未来，我们还将在后续竞速版车型上采用该方案。例如，我们在Huracán Performante上首次搭载ALA系统，并在Aventador上采用SVJ系统，”兰博基尼空气动力学负责人安东尼奥·特鲁乔（Antonio Torluccio）解释道。
为了能够在高速状态下实现稳定性和横向加速度优化，如特鲁乔所言，“3%至4%空气阻力系数降幅”为可接受范围。通常来讲，汽车的环流和穿流同样需要优化。其中，穿流有助于动力单元和制动部件的散热，而环流则会对驾驶表现带来影响。



800马力级跑车迈凯伦塞纳的负责人马库斯·韦特（Marcus Waite）同样将主动式空气动力学视为关键技术：“这为我们提供了更高自由度。得益于此，我们可以根据赛道的实际情况对平衡性和空气阻力系数进行调节。”迈凯伦跑车轻量化尾翼的重量仅5千克，可同时作为气动制动器和气动下压力生成器，进而提升跑车的最高车速。该尾翼的迎角角度最高为25°。在车辆前部，襟翼的作用与尾翼相反。此外，迈凯伦跑车的车身高度可在竞速环境下降低50毫米，从而利用所谓地面效应以产生更高的下压力。当然，光滑的大尺寸车底表面是实现这一目标的前提。
回顾历史：在二十世纪70年代，Chapparal车队和Brabham车队曾对“风扇赛车”进行了试验，即在赛车上加装风扇以抽出车底区域的气流。如今，拥有不同外观的跑车是否可以在空气动力性能上占据优势？迈凯伦工程师韦特借鉴DRS（Drag Reduction System，即减少空气阻力系统）并将其移植到量产跑车上。自2011年起，F1赛车搭载DRS可变式尾翼部件。



兰博基尼Aerodinamica Lamborghini Attiva系统简称ALA（Attiva即意大利语中尾翼的意思），区别于常规可变式尾翼，而是在车身前后区域设置可开闭导流孔。在导流孔开启的状态下，空气阻力降低；在闭合的状态下，启动下压力升高。车尾导流孔支持单侧开闭，增加低附着力后轮的摩擦力，从而使CAH降至负值区间。
在特鲁乔看来，这是一项具有未来潜力的技术：“在确保风翼刚性的前提下，车辆轻量化得以实现。此外，主动式部件的响应时间很短。”尾翼的尺寸无需过大：“单位面积可承受的载荷非常高。对以竞速为主要使用场景的高性能车来说，外置尾翼仍是产生气动下压力最有效的解决方案。”



保时捷采用了区别于迈凯伦和兰博基尼主动式风翼部件的方案，而是仍然在911的衍生车型GT2 RS和GT3 RS上采用大尺寸外置尾翼。其中的一个原因在于，保时捷采用了后轮转向系统。
事实上，后轮转向与空气动力性能彼此影响：在高速状态下，后轮与转向轮保持相同的方向，换言之，车辆的等效轴距被拉长，驾驶稳定性得到提升——而这恰恰是空气动力学本应起到的作用。保时捷空气动力学专家威根德认为，主动式系统将是未来的发展方向。同底盘之于驾驶特性一样，扰流板、风翼和可调节冷却气流将同样扮演重要的角色。



首款搭载电动伸缩式尾翼的车型为1989年上市的911 Carrera 4（964），cAH从0.18降至0.02。保时捷对空气动力学优化部件的开发从未停歇，目前正在对一种全新材料进行研究：该材料的形状可根据电压和温度的不同发生改变，进而优化空气动力性能。既然车辆的物理尺寸很难不断缩小，那么未来，车辆的所有空气动力学参数是否都将变为可主动式调节？这确实是个不错的研发方向。


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