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氣動(dòng)阻力對(duì)汽車最高車速的影響

2018-02-27 14:26:32·  
　
汽車在行駛過程中受到的氣動(dòng)阻力，猶如一雙無形的雙手，緊緊的拖拽了汽車的運(yùn)動(dòng)?？諝庾枇Φ拇嬖谝彩沟民R力大的汽車，其最高車速不一定最高。本期汽車風(fēng)洞技術(shù)科普系列，我們就再談氣動(dòng)阻力對(duì)汽車最高車速的影響。在中國的教育觀念中，我們總是可以聽到這樣的一個(gè)觀點(diǎn)：不能讓孩子輸在起跑線上。在我們的觀念中，仿佛只有贏
汽車在行駛過程中受到的氣動(dòng)阻力，猶如一雙無形的雙手，緊緊的拖拽了汽車的運(yùn)動(dòng)?？諝庾枇Φ拇嬖谝彩沟民R力大的汽車，其最高車速不一定最高。本期“汽車風(fēng)洞技術(shù)”科普系列，我們就再談氣動(dòng)阻力對(duì)汽車最高車速的影響。
 
在中國的教育觀念中，我們總是可以聽到這樣的一個(gè)觀點(diǎn)：不能讓孩子輸在起跑線上。在我們的觀念中，仿佛只有贏在起點(diǎn)，才能笑到終點(diǎn)。這個(gè)觀念從我們的祖輩傳給了我們的父母，即將傳到了我們的手中。
在教育中，我們不去判斷這樣的觀點(diǎn)是否正確，存在即是合理。但在汽車領(lǐng)域，贏在起點(diǎn)卻未必笑到終點(diǎn)！
 
汽車在行駛過程中除了受到滾動(dòng)阻力、加速阻力、爬坡阻力外還會(huì)受到氣動(dòng)阻力的作用。氣動(dòng)阻力隨著車速的增加以二次方的速度增加，相應(yīng)的氣動(dòng)阻力所消耗的功率為速度的三次方。正是由于氣動(dòng)阻力的存在，汽車在行駛過程中才會(huì)存在這些的變數(shù)。
一、汽車的運(yùn)動(dòng)行駛方程式
首先我們先介紹下汽車運(yùn)動(dòng)行駛方程和汽車行駛的最高車速是如何得來的。
在汽車實(shí)際的行駛當(dāng)中，汽車會(huì)遇到行駛阻力，它包括：氣動(dòng)阻力Fx1、滾動(dòng)阻力Fx2、爬坡阻力Fx3和加速阻力Fx4。這些阻力將與汽車驅(qū)動(dòng)力F相平衡，即：
式中，Cd為氣動(dòng)阻力系數(shù)；ρ為空氣密度；V∞為汽車速度；G為汽車重量；Fy為氣動(dòng)升力；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；θ為道路坡度角；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)； S為汽車正投影面積。
二、汽車行駛的最高車速Vmax
汽車最高車速指汽車用直接檔（或超速擋）在良好的水平路面上所能達(dá)到的最高速度。這時(shí)不可能加速，也沒有爬坡阻力，故汽車牽引力只需克服氣動(dòng)阻力和滾動(dòng)阻力。即滿足如下的關(guān)系式：
在其它因素不變的條件下，汽車具有最大牽引力時(shí)，可以獲得汽車最高車速，即：
三、幾個(gè)假設(shè)，一個(gè)結(jié)論
1、幾個(gè)假設(shè)：
首先我們假設(shè)存在這樣的兩輛汽車：
它們除了車重G和阻力系數(shù)Cd外，其余的參數(shù)：最大牽引力、滾動(dòng)阻力系數(shù)、投影面積、升力系數(shù)完全一致，其參數(shù)設(shè)置如下表所示：
其中汽車1比汽車2的質(zhì)量輕50%，汽車2比汽車1的阻力系數(shù)小20%。
2、一個(gè)結(jié)論：
那么按照上述假設(shè)，我們計(jì)算得到的兩輛汽車的最高速度分別為：
我們發(fā)現(xiàn)，在最大牽引力等條件相同的情況下，即使汽車1的重量要比汽車2的重量輕50%，但由于空氣阻力的影響，汽車1的最高車速依然比汽車2的最高車速小8.9%。
這也就是我們題目所說的“贏在起步，輸在巡航”！
人生不是百米短跑，而是一場馬拉松，當(dāng)你贏在了起跑線，不要得意，因?yàn)槁穆贸踢€充滿著未知；
當(dāng)你輸在了起跑線，不要失意，因?yàn)槟惚葎e人少了許多額外的阻力；
所以不管怎樣，奔跑吧！
CAERI 視點(diǎn)
汽車行駛中，空氣就像是一雙無形的手，在阻礙著汽車的運(yùn)動(dòng)，影響到汽車的最高車速和燃油經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。本期“汽車風(fēng)洞技術(shù)”科普系列，借助于若干個(gè)假設(shè)，目的就是為了更直觀的說明空氣阻力對(duì)汽車行駛性能有較大的影響，減阻依然是汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)過程中的主要目標(biāo)。
  
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