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賽車上的空氣動力學(xué) - 擴(kuò)散器

2018-02-26 12:01:11·  
　
賽車上擴(kuò)散器的核心作用是加速流經(jīng)車底的氣流，在車底產(chǎn)生低壓區(qū)，進(jìn)而增加下壓力。擴(kuò)散器是安裝在F1賽車后底部產(chǎn)生下壓力的空氣動力學(xué)套件。在F1賽車中增加的下壓力可提高賽車過彎速度，這在分秒必爭的比賽中是非常重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，擴(kuò)散器在F1賽車中約產(chǎn)生了50%的汽車下壓力。下壓力是如何產(chǎn)生的？下圖是一個(gè)產(chǎn)生下壓力的
賽車上擴(kuò)散器的核心作用是加速流經(jīng)車底的氣流，在車底產(chǎn)生低壓區(qū)，進(jìn)而增加下壓力。
擴(kuò)散器是安裝在F1賽車后底部產(chǎn)生下壓力的空氣動力學(xué)套件。在F1賽車中增加的下壓力可提高賽車過彎速度，這在分秒必爭的比賽中是非常重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，擴(kuò)散器在F1賽車中約產(chǎn)生了50%的汽車下壓力。
下壓力是如何產(chǎn)生的？
下圖是一個(gè)產(chǎn)生下壓力的翼型剖面?？諝饬鹘?jīng)機(jī)翼下方的位移要大于流過上方的位移，使得機(jī)翼下方的氣流速度大于機(jī)翼上方的氣流速度，根據(jù)伯努利原理，在上下表面將會產(chǎn)生壓力差，產(chǎn)生了所謂的下壓力。
那么賽車上擴(kuò)散器的原理也是加快車身底部氣流速度，減小底部壓力，產(chǎn)生了更大的上下表面壓力差，以使得賽車以更高的速度進(jìn)入彎道。
擴(kuò)散器如何發(fā)揮作用的？
擴(kuò)散器在賽車底部產(chǎn)生了一個(gè)真空區(qū)域，這意味著車身底部的氣流將會加速流向這個(gè)區(qū)域，根據(jù)伯努利原理，在車身底部將會產(chǎn)生更大的負(fù)壓。同時(shí)由于文丘里效應(yīng)，氣流在流經(jīng)擴(kuò)散器喉管部位時(shí)速度最快，在這個(gè)位置會出現(xiàn)負(fù)壓極小值區(qū)域。因此擴(kuò)散器增了賽車底部氣流的速度，形成低壓區(qū)，達(dá)到了增強(qiáng)賽車下壓力的效果。
上圖是CFD仿真獲得的某賽車底部的壓力云圖，藍(lán)色為低壓區(qū)，紅色為高壓區(qū)?？梢钥吹杰嚿淼撞繛樨?fù)壓區(qū)，在擴(kuò)散器喉管部位為負(fù)壓極小值區(qū)域，這個(gè)位置速度也達(dá)到最大。在擴(kuò)散器內(nèi)部，由于空間變大，速度降低，壓力逐漸增大。因此擴(kuò)散器帶來的下壓力主要是在底盤區(qū)域，在擴(kuò)散器內(nèi)部并沒有產(chǎn)生額外的下壓力。
從LMP原型車底部壓力系數(shù)的變化也可看到在擴(kuò)散器喉管位置壓力最小。
上圖可看到底部氣流的速度變化情況。
擴(kuò)散器的擴(kuò)散角或坡度是非常重要的，擴(kuò)散器必須有一個(gè)逐漸變化的角度，防止氣流在頂部和側(cè)面分離。
一些賽車上的擴(kuò)散器
CAERI 視點(diǎn)
擴(kuò)散器對汽車下壓力的提高是非常顯著的，隨著汽車駕駛速度提高，不僅僅是賽車，在強(qiáng)調(diào)操縱性的量產(chǎn)車上也開始出現(xiàn)了擴(kuò)散器設(shè)計(jì)，這對提高汽車高速下的穩(wěn)定性是十分有益的。  
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