當汽車開的比較快時，車身會有發(fā)飄的感覺，特別是有側向風的時候這種感覺會更明顯，這一現(xiàn)象是由于汽車高速行駛產生的氣動升力所致。為了改善汽車高速行駛時的穩(wěn)定性，設計師們給汽車加上了各種各樣的空氣動力學裝置。

汽車行駛時，氣流與汽車相遇后分開，一部分氣流會沿著車頂流過，一部分氣流沿著車底流過。氣流在車頂?shù)男谐滔鄬嚨讈碚f更長，氣流的密度相對也較低。根據(jù)伯努利原理：流體速度越快，壓力就會越小。因此汽車頂部的空氣壓力就比底部小，從而產生了向上的升力。

然而，升力是飛行的要素，對于地面行駛的汽車來說，升力越大，汽車的穩(wěn)定性就越差。為此工程師們開發(fā)了各種各樣的汽車空氣動力學裝置，以改善汽車高速行駛時的穩(wěn)定性。

擾流板

擾流板是指安裝在汽車后箱蓋上類似倒裝的飛機尾翼的部件，主要是為汽車提供一定的下壓力。

擾流板的工作原理就是阻礙氣流流動，以在擾流板前方形成高壓區(qū)，這種較高的壓力作用在后箱蓋上從而提供下壓力。



擾流板作用原理

汽車上的擾流板多種多樣。如賽車上的擾流板較高，這是為了充分發(fā)揮擾流作用，使沒有亂流的氣流直接作用在擾流板上，而且使它產生的下壓力不致于作用車身而抵消其效應。因此必須將擾流板離開車身表面安裝。

兩廂車的頂蓋后緣常安裝一個像鴨尾那樣的擾流板，引導頂蓋上一部分氣流流過后窗表面。這樣既可使后窗后部的升力降低，也可引導氣流將后窗表面浮塵消除，避免塵污附著而影響汽車的后視野。

在許多普通轎車上，也裝有擾流板。但由于這些車的速度都不是很高，因此擾流板也難以發(fā)揮實際作用，僅僅達到美化車身外觀的目的。



實車安裝的擾流板

氣壩

氣壩，也就是前擾流器，是指在汽車前部配置一個像墻壁一樣的“大壩”，通常靠近路面并且沿著車身兩側向后延伸，用于阻止氣流進入汽車底部，從而在車身底部產生真空或低壓區(qū)域。

低壓區(qū)域與車輛前部以及頂部的高壓區(qū)域相配合，對汽車前部產生了下壓力。



氣壩作用原理

值得注意的是，如果沒有側裙的話，氣流很快從側面進入車底以平衡車底的壓力，這樣將影響前氣壩的效果。

因此通常將氣壩沿汽車兩側延伸成為“裙”，以擴大車身底部的真空區(qū)或低壓區(qū)。側裙不僅具有一定的擾流作用，在一定條件下還可以明顯降低空氣阻力。



實車安裝的側裙

翼片

目前市場上最流行、最廣為人知的汽車空氣動力裝置非“翼片”莫屬了。

根據(jù)伯努利原理，一定體積的空氣流動速度越快，空氣壓力就越低。 因此，需要加快氣流的流速以得到較低的空氣壓力。

翼片正是通過上下邊緣距離不同來達到這個目的。較長下邊緣的空氣流動速度快（壓力較低），較短上邊緣的空氣流動速度慢（壓力較大），上下邊緣的壓力差產生了從上到下的推動力。



翼片上下邊緣的壓力差

另外，還可以通過增加攻角和翼片角度來實現(xiàn)更大的壓力差，但隨著攻角增加，阻力也會隨之增加，而且翼片終將失效而失去下壓力。這時可以通過在大翼片的后面放置一個或多個小翼片以避免翼片的失效。

圣地亞哥州立大學航空和航天工程力學主席Joseph Katz在《Race Car Aerodynamics: Designing for Speed》一書中提出了“復合多翼片的壓力系數(shù)圖”，其中各翼片的位置是非常關鍵的。通過精確定位每個翼片，使得翼片之間的間隙恰好可以“彌補”較小翼片那一側的低壓。



復合多翼片的壓力系數(shù)（Cp）圖

此外，翼片還可以與平板組合以阻止高壓空氣在翼片上部“溢出”到下部低壓區(qū)。



翼片與平板組合

文丘里管

文丘里管是意大利物理學家Giovanni Battista Venturi（文丘里）發(fā)明的一種先收縮而后逐漸擴大的管道，利用收縮的氣流在汽車底部產生高速的低壓區(qū)域。



配置文丘里管的汽車示意圖

有些賽車設計師將賽車底板設計成“倒置的翼片”來實現(xiàn)文丘里管的功能。通過車輛底板與道路間的距離變化，實現(xiàn)文丘里管的“收縮與膨脹”，使得“收縮”產生的低壓沿著車身中后部得以持續(xù)。

文丘里管是非常有效的氣動裝置，但是很容易受到車輛行駛高度限制的影響，因此使用范圍較窄。
擴散器
擴散器，位于車尾底部的氣流出口，是賽車高速彎道行駛時獲得下壓力的主要來源。

擴散器的工作原理類似于文丘里管。車尾安裝擴散器后使得車尾底部的氣流速度加快，壓力降低，從而產生下壓力。有時也可以利用噴射到擴散器中的高速排氣來獲得更低的壓力。


擴散器原理示意圖

某些情況也可以通過傾斜的底盤實現(xiàn)擴散器的功能，也就是說底盤前部比后部更靠近地面。

汽車較低的“鼻子”可以減少通過前車底的氣體體積，而較高“尾部”可以形成真空（或低壓）效應的區(qū)域，從而形成下壓力。



實車安裝的擴散器

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伯努利先生和伯努利原理