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賽車背后的空氣動力學
2018-08-25 13:02:32· 來源：工程事 CAE集中營
3康達效應
康達效應，亦稱附壁作用或柯恩達效應。 即流體有離開本來的流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向。當流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦時（也可以說是流體粘性），只要曲率不大，流體會順著物體表面流動。
康達效應的抽象展示
康達效應主要應用在賽車的排氣系統(tǒng)附近，意在將排氣管排出的氣流加以引導使其有序，從而保證排出的廢氣不會影響到車輪前部、側箱后部的“可樂瓶區(qū)域”氣流的流動，從而保證賽車在行駛過程中的速度。
把一根勺子貼上水龍頭流下的水流，水流會沿著勺子的曲面改變流向，其中的原理就是康達效應
我們以2012年邁凱倫F1車隊MP4-27賽車為例來討論康達效應的應用。在圖示“可樂瓶區(qū)域”，有兩股氣流，一股是來自賽車前部，繞過側箱底部，沿底板流動的氣流，另一股是從排氣管排出，直接進入可樂瓶區(qū)域的氣流。2012年的規(guī)則詳細地規(guī)定了排氣管的位置，于是如何合理安排這兩股氣流的流動成為了設計師們最先要考慮的問題。
邁凱倫MP4－27的“立交橋”式尾部設計
為了解決這個問題，設計師們發(fā)明了“立交橋”式排氣系統(tǒng)。這種“立交橋”結構的關鍵在于，帶有溝槽的排氣管沿側向表面輪廓向外突出，排氣管外部末端超出側箱的流線型輪廓，而內部末端仍然與賽車表面形成流線形狀。而在排氣管下部，側箱依然呈現(xiàn)傳統(tǒng)的收縮形狀。由于康達效應，從賽車前部吹來的氣流可以沿著側箱下表面完成在可樂瓶區(qū)域的匯聚，進而向后輸送進入擴散器內部，而廢氣則在長長的溝槽內流動到突起的末端，同樣由于康達效應作用，廢氣可以沿突起的內側邊緣流動，最終降落到底盤上，從擴散器的邊緣送出，進入后輪剎車系統(tǒng)進氣口，為剎車片降溫。突起的作用在于，它給廢氣和由側箱前部吹來的氣流提供了各自的流動空間，使得這兩股氣流能夠在互不干擾的條件下流動到不同區(qū)域發(fā)揮不同的作用類似于生活中起樞紐作用的“立交橋”，“立交橋”結構也由此得名。
氣流實際的流動情況
圖中，藍色的線代表從賽車前部吹來的氣流，紅色線代表排氣管排出的廢氣。藍線沿底板一直延伸，至擴散器；紅線沿排氣管凸起部分延伸，流過擴散器側部，進入后輪剎車進氣口?？梢园l(fā)現(xiàn)雖然氣流是異面交叉，但是能夠各自流動，互不干擾。（圖中兩線位置僅示意，不做定量參考）
4失速現(xiàn)象
翼面角度超過臨界迎角（或臨界攻角，即氣流開始與失速機翼分離的角度）后，翼型上表面邊界層將發(fā)生嚴重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行的現(xiàn)象，叫失速。翼型氣動迎角超過該臨界值之前，翼型的升力是隨迎角增加而遞增的；但是迎角超過該臨界值后，翼型的升力將遞減。
在方程式賽車中，失速現(xiàn)象主要被運用于尾翼部分的減阻中。由于受規(guī)則所限，方程式賽車的翼片不能隨時地更改氣動攻角（F1中的DRS也只是兩個狀態(tài)下的切換，不屬于“隨時”更改的范圍）所以，設計師們的工作目標就是通過對氣流的引導，阻礙翼片上下氣流的會合。最好也最簡單的方法就是將翼片下方的氣流破壞，于是設計師們想出了吹氣的方法——通過一股突然介入的氣流破壞翼片下方原有的環(huán)境，進而影響翼下氣流的運動路徑，創(chuàng)造失速。
氣流在車內流動的總覽圖
康達效應，亦稱附壁作用或柯恩達效應。 即流體有離開本來的流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向。當流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦時（也可以說是流體粘性），只要曲率不大，流體會順著物體表面流動。
康達效應的抽象展示
康達效應主要應用在賽車的排氣系統(tǒng)附近，意在將排氣管排出的氣流加以引導使其有序，從而保證排出的廢氣不會影響到車輪前部、側箱后部的“可樂瓶區(qū)域”氣流的流動，從而保證賽車在行駛過程中的速度。
把一根勺子貼上水龍頭流下的水流，水流會沿著勺子的曲面改變流向，其中的原理就是康達效應
我們以2012年邁凱倫F1車隊MP4-27賽車為例來討論康達效應的應用。在圖示“可樂瓶區(qū)域”，有兩股氣流，一股是來自賽車前部，繞過側箱底部，沿底板流動的氣流，另一股是從排氣管排出，直接進入可樂瓶區(qū)域的氣流。2012年的規(guī)則詳細地規(guī)定了排氣管的位置，于是如何合理安排這兩股氣流的流動成為了設計師們最先要考慮的問題。
邁凱倫MP4－27的“立交橋”式尾部設計
為了解決這個問題，設計師們發(fā)明了“立交橋”式排氣系統(tǒng)。這種“立交橋”結構的關鍵在于，帶有溝槽的排氣管沿側向表面輪廓向外突出，排氣管外部末端超出側箱的流線型輪廓，而內部末端仍然與賽車表面形成流線形狀。而在排氣管下部，側箱依然呈現(xiàn)傳統(tǒng)的收縮形狀。由于康達效應，從賽車前部吹來的氣流可以沿著側箱下表面完成在可樂瓶區(qū)域的匯聚，進而向后輸送進入擴散器內部，而廢氣則在長長的溝槽內流動到突起的末端，同樣由于康達效應作用，廢氣可以沿突起的內側邊緣流動，最終降落到底盤上，從擴散器的邊緣送出，進入后輪剎車系統(tǒng)進氣口，為剎車片降溫。突起的作用在于，它給廢氣和由側箱前部吹來的氣流提供了各自的流動空間，使得這兩股氣流能夠在互不干擾的條件下流動到不同區(qū)域發(fā)揮不同的作用類似于生活中起樞紐作用的“立交橋”，“立交橋”結構也由此得名。
氣流實際的流動情況
圖中，藍色的線代表從賽車前部吹來的氣流，紅色線代表排氣管排出的廢氣。藍線沿底板一直延伸，至擴散器；紅線沿排氣管凸起部分延伸，流過擴散器側部，進入后輪剎車進氣口?？梢园l(fā)現(xiàn)雖然氣流是異面交叉，但是能夠各自流動，互不干擾。（圖中兩線位置僅示意，不做定量參考）
4失速現(xiàn)象
翼面角度超過臨界迎角（或臨界攻角，即氣流開始與失速機翼分離的角度）后，翼型上表面邊界層將發(fā)生嚴重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行的現(xiàn)象，叫失速。翼型氣動迎角超過該臨界值之前，翼型的升力是隨迎角增加而遞增的；但是迎角超過該臨界值后，翼型的升力將遞減。
在方程式賽車中，失速現(xiàn)象主要被運用于尾翼部分的減阻中。由于受規(guī)則所限，方程式賽車的翼片不能隨時地更改氣動攻角（F1中的DRS也只是兩個狀態(tài)下的切換，不屬于“隨時”更改的范圍）所以，設計師們的工作目標就是通過對氣流的引導，阻礙翼片上下氣流的會合。最好也最簡單的方法就是將翼片下方的氣流破壞，于是設計師們想出了吹氣的方法——通過一股突然介入的氣流破壞翼片下方原有的環(huán)境，進而影響翼下氣流的運動路徑，創(chuàng)造失速。
氣流在車內流動的總覽圖
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