在賽車比賽中，我們經(jīng)?？梢钥吹角昂髢奢v車靠的非常近，后車的頭部幾乎都要碰到前車尾部。這是為什么呢？許多人認為這是主辦方有意讓比賽變得更激動人心和令人興奮，這可能是其中一個原因，但更深層的原因卻是“空氣動力學”。本期“汽車風洞技術”科普系列，我們將為你介紹NASCAR比賽中的“尾流超車”所蘊含的空氣動力學原理。

在諸如F1、NASCAR等賽車比賽中，由于比賽規(guī)則的限制，各車隊之間賽車的性能差別不會太大，因此車手的賽道經(jīng)驗和駕駛技術在比賽勝負中就發(fā)揮了重要作用。“拖拽行駛”和“尾流超車”就是賽車手們經(jīng)常采用的一種駕駛策略。

NASCAR賽場最精彩的一次尾流超車（超車瞬間1分38秒，慢鏡頭2分14秒）

一、什么是“拖拽行駛”？

視頻中，尾車一直緊緊貼住前車行駛，在距離終點的最后一個彎道前，尾車突然從一側加速，在最后時刻以一個車輪的優(yōu)勢奪得冠軍。這一精彩絕倫的超車除了車手精湛的駕駛技術外還蘊含了怎樣的空氣動力學原理？


首先我們先了解下，為什么在比賽中尾車緊隨前車行駛？

在比賽中兩輛或更多的賽車頭尾相接的隊列行駛，以達到比單輛賽車更高的速度，稱為“拖拽行駛”。

在比賽中，馬力較小的賽車可以使用“拖拽行駛”的策略，緊跟上馬力較大賽車的行駛速度。

在1960年NASCAR賽車中，傳奇車手約翰遜是公認的第一個采用這種策略的賽車手。約翰遜當時駕駛了一輛馬力并不大的雪佛蘭賽車，其對手駕駛了一輛極具統(tǒng)治力的馬力強勁的龐蒂克賽車，比賽中他發(fā)現(xiàn)如果他的賽車位于龐蒂克賽車尾部的某一位置，他的雪佛蘭賽車完全可以跟上馬力更大的龐蒂克賽車。這是車手使用“拖拽”策略的開始。

賽車在高速行駛中，會在汽車前部形成一正壓區(qū)域，在汽車尾部由于氣流分離，形成了一真空區(qū)域，前后的壓差是汽車空氣阻力的主要來源。相關原理可參考“科普 | 什么是空氣阻力？”一文。

汽車尾部形成的負壓區(qū)域

當尾隨車進入前車形成的真空區(qū)域內(nèi)后，減小了尾隨車的前后壓差，相應的減小了尾隨車的空氣阻力，這使得尾隨車即使不將油門踩到底也可以尾隨著前車行駛。

另外當尾隨車進入前車的真空區(qū)域時，也影響了前車尾部湍流場的形成，這樣兩輛甚至多輛汽車排成隊列行駛其空氣阻力相比單輛汽車其空氣阻力要降低不少，整個汽車隊列的行駛速度也將比單輛汽車有所增加。

需要說明的是，“拖拽行駛”的效果與前后車的距離有很大關系，當前后車距合適，才能使得“拖拽行駛”的效果最大，整個車隊的空氣阻力才能達到最小。否則如果尾車位于前車的亂流區(qū)域，不僅不能降低空氣阻力，還會影響后車的行駛穩(wěn)定性。

二、“尾流超車”中的空氣動力學原理

“尾流超車”就是利用了“拖拽行駛”的效果，尾車緊緊跟隨前車，進入前車的真空區(qū)，以降低尾車的空氣阻力，這樣即使尾車油門沒有踩到底也可以緊緊跟隨前車行駛。

在進入彎道前，尾車迅速向一側抽出，并將油門踩到底，這樣尾車將以比前車更大的加速度完成超車。

因此，文章開頭視頻中那精彩的一幕除了賽車手精湛的駕駛技術外，汽車空氣動力學在這一過程中發(fā)揮了重要的作用，正是這看不見的力，決定了比賽的勝負。

三、尾流的其他應用

除了在汽車中利用尾流，還有其他利用尾流的例子：

1、鳥類遷徙 

鳥類長途遷徙飛行過程中，采取的“V形”飛行隊形，就是利用了尾流。

據(jù)統(tǒng)計在“V形”隊形中，每一只鳥的飛行阻力都可以減小65%，因此它們的飛行距離可延長71%。

2、航天飛機 

在航天飛機在返回大氣層時，機體與大氣摩擦可產(chǎn)生約3000℃的高溫，如果不采取特殊的機體設計，整個機身都將暴露在3000℃高溫的炙熱下。

航天飛機返回地球時的周圍流場

因此NASA的工程師們采取了升力體和鈍形鼻錐的設計。在航天飛機返回大氣層時，其機身底部產(chǎn)生的流場分布，減小了航天飛機上機身周圍的空氣密度，整個上機身都包裹在了低密度的氣流中，從而減小了上機身與空氣的摩擦，增加了航天飛機返回地球時的安全系數(shù)。

保持車距，安全駕駛，從你我做起！

CAERI 視點

汽車尾部由于氣流分離形成的尾流場是氣動阻力的主要來源，人們減阻的努力也緊緊圍繞如何減小尾流區(qū)展開。但壓力低的尾流區(qū)也有可以利用的一面，目前汽車行業(yè)興起的無人駕駛和智能駕駛，在技術成熟后，完全可以做到隊列行駛，以減小車隊空氣阻力的目的，未來在該領域還有很大的可研究空間。