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跑車動力學(xué)原理
2018-06-25 23:26:35· 來源：洞云書屋
賽車性能取決于諸如發(fā)動機，輪胎，懸架，道路，空氣動力學(xué)，當(dāng)然還有司機的因素。然而，近年來，車輛空氣動力學(xué)得到了越來越多的關(guān)注，主要是由于利用負升力（下降力）原理，產(chǎn)生了幾個重要的性能改進。簡要回顧了氣動下壓力的意義以及如何提高賽車性能。在簡短的介紹之后，我們討論了產(chǎn)生向下力的各種方法，如倒翼、擴散器
賽車性能取決于諸如發(fā)動機，輪胎，懸架，道路，空氣動力學(xué)，當(dāng)然還有司機的因素。然而，近年來，車輛空氣動力學(xué)得到了越來越多的關(guān)注，主要是由于利用負升力（下降力）原理，產(chǎn)生了幾個重要的性能改進。簡要回顧了氣動下壓力的意義以及如何提高賽車性能。在簡短的介紹之后，我們討論了產(chǎn)生向下力的各種方法，如倒翼、擴散器和渦流發(fā)生器。由于這些車輛的復(fù)雜幾何形狀，不同的車身部件之間的氣動相互作用是顯著的，導(dǎo)致渦流流動和提升表面形狀不同于傳統(tǒng)的飛機機翼。還討論了典型的設(shè)計工具，如風(fēng)洞試驗、計算流體動力學(xué)和軌道測試，以及它們與賽車發(fā)展的關(guān)系。盡管這些設(shè)計工具的巨大進步（由于更好的儀器、通信和計算能力），流體動力現(xiàn)象仍然是高度非線性的，并且預(yù)測特定修改的效果并不總是無故障的。幾個例子涵蓋了廣泛的車輛形狀，以展示這一非線性性質(zhì)的流場。
計算流體動力學(xué)方法
計算流體力學(xué)（CFD）方法在廣泛的工程學(xué)科中的集成度正在急劇上升，這主要是由于計算力和可承受性的積極趨勢。這些方法的一個優(yōu)點，當(dāng)在賽車行業(yè)中使用時，是由解決方案提供的大量信息。與風(fēng)洞試驗相反，在實驗結(jié)束后，數(shù)據(jù)可以被觀察、調(diào)查和分析。此外，這種虛擬的解決方案可以在車輛建造之前創(chuàng)建，并且可以提供關(guān)于各種組件的氣動載荷的信息、流動可視化等。主要問題是為什么仍在使用更昂貴（且信息量較少）的風(fēng)洞和道路測試。最簡單的答案是，上面的工具（例如CFD、風(fēng)洞或軌道）都沒有足夠的全面性，而所有方法的互補使用是最安全的途徑。
跑道試驗
風(fēng)洞試驗所固有的一些困難在跑道上的全尺寸空氣動力學(xué)測試中根本不存在。滾輪、移動地面、正確的雷諾茲數(shù)和風(fēng)洞堵塞校正都解決了，不需要建立昂貴、更小的模型。當(dāng)然，車輛必須存在，天氣必須合作，并且租用跑道和檢測移動車輛的成本不能破壞預(yù)算。由于上述優(yōu)點，盡管不受控制的天氣和成本問題，這種形式的空氣動力學(xué)測試近年來有了很大的改善。最早的測試形式之一是通過滑行測試來確定車輛的阻力。盡管大氣條件的變化和輪胎滾動阻力的不一致性，可以得到合理的增量數(shù)據(jù)，如克魯?shù)热怂懻摰摹ｋS著計算機和傳感器技術(shù)的進步，到了20世紀(jì)90年代末，可以通過無線通信以合理的成本測量和傳輸期望的力、力矩或壓力。傳感器可以測量懸掛位移、各種應(yīng)力/應(yīng)變、驅(qū)動軸扭矩、壓力、溫度等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以快速分析負載并提供諸如冷卻系統(tǒng)的溫度或壓降、各種部件（包括翼和車輪）的阻力和阻力的信息。即使流動可視化也可以通過在不同位置安裝微型攝像機來提供關(guān)于冷卻系統(tǒng)中的流動分離、渦流尾跡或非計劃再循環(huán)的信息。盡管技術(shù)變得非常有效和負擔(dān)得起，跑道租賃仍然相當(dāng)昂貴，為了節(jié)省成本在許多形式的比賽，組織者簡單地限制了軌道測試日的數(shù)量，有些甚至禁止在比賽中使用遙測（用于工程目的）。
汽車和賽車空氣動力學(xué)的復(fù)雜性可與飛機空氣動力學(xué)相媲美，不限于僅減阻。下降力的產(chǎn)生及其對側(cè)向穩(wěn)定性的影響對賽車性能有很大的影響，特別是當(dāng)涉及高速旋轉(zhuǎn)時。在設(shè)計和改進當(dāng)前賽車形狀的過程中，使用所有的航空航天型設(shè)計工具。由于流動分離、渦流或邊界層過渡等影響，大多數(shù)類型賽車的流動并不總是容易預(yù)測的。由于這項運動的競爭性和短的設(shè)計周期，工程決策必須依賴于來自跑道、風(fēng)洞和CFD測試的組合信息。
計算流體動力學(xué)方法
計算流體力學(xué)（CFD）方法在廣泛的工程學(xué)科中的集成度正在急劇上升，這主要是由于計算力和可承受性的積極趨勢。這些方法的一個優(yōu)點，當(dāng)在賽車行業(yè)中使用時，是由解決方案提供的大量信息。與風(fēng)洞試驗相反，在實驗結(jié)束后，數(shù)據(jù)可以被觀察、調(diào)查和分析。此外，這種虛擬的解決方案可以在車輛建造之前創(chuàng)建，并且可以提供關(guān)于各種組件的氣動載荷的信息、流動可視化等。主要問題是為什么仍在使用更昂貴（且信息量較少）的風(fēng)洞和道路測試。最簡單的答案是，上面的工具（例如CFD、風(fēng)洞或軌道）都沒有足夠的全面性，而所有方法的互補使用是最安全的途徑。
跑道試驗
風(fēng)洞試驗所固有的一些困難在跑道上的全尺寸空氣動力學(xué)測試中根本不存在。滾輪、移動地面、正確的雷諾茲數(shù)和風(fēng)洞堵塞校正都解決了，不需要建立昂貴、更小的模型。當(dāng)然，車輛必須存在，天氣必須合作，并且租用跑道和檢測移動車輛的成本不能破壞預(yù)算。由于上述優(yōu)點，盡管不受控制的天氣和成本問題，這種形式的空氣動力學(xué)測試近年來有了很大的改善。最早的測試形式之一是通過滑行測試來確定車輛的阻力。盡管大氣條件的變化和輪胎滾動阻力的不一致性，可以得到合理的增量數(shù)據(jù)，如克魯?shù)热怂懻摰摹ｋS著計算機和傳感器技術(shù)的進步，到了20世紀(jì)90年代末，可以通過無線通信以合理的成本測量和傳輸期望的力、力矩或壓力。傳感器可以測量懸掛位移、各種應(yīng)力/應(yīng)變、驅(qū)動軸扭矩、壓力、溫度等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以快速分析負載并提供諸如冷卻系統(tǒng)的溫度或壓降、各種部件（包括翼和車輪）的阻力和阻力的信息。即使流動可視化也可以通過在不同位置安裝微型攝像機來提供關(guān)于冷卻系統(tǒng)中的流動分離、渦流尾跡或非計劃再循環(huán)的信息。盡管技術(shù)變得非常有效和負擔(dān)得起，跑道租賃仍然相當(dāng)昂貴，為了節(jié)省成本在許多形式的比賽，組織者簡單地限制了軌道測試日的數(shù)量，有些甚至禁止在比賽中使用遙測（用于工程目的）。
汽車和賽車空氣動力學(xué)的復(fù)雜性可與飛機空氣動力學(xué)相媲美，不限于僅減阻。下降力的產(chǎn)生及其對側(cè)向穩(wěn)定性的影響對賽車性能有很大的影響，特別是當(dāng)涉及高速旋轉(zhuǎn)時。在設(shè)計和改進當(dāng)前賽車形狀的過程中，使用所有的航空航天型設(shè)計工具。由于流動分離、渦流或邊界層過渡等影響，大多數(shù)類型賽車的流動并不總是容易預(yù)測的。由于這項運動的競爭性和短的設(shè)計周期，工程決策必須依賴于來自跑道、風(fēng)洞和CFD測試的組合信息。
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