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#87 汽車空氣力學中的“阻力,亂流和熱管理”

汽車空氣力學的主要目的在於:

  • 減少阻力來改善車輛運轉效率

  • 降低風切噪音以及將行駛噪音極小化

  • 控制引擎、剎車等部位溫度


1.阻力

把空氣分子想像成是一顆顆的球,覆蓋滿我們周遭的所有空間。 汽車在行駛時,就必須將這些“球”推開才能夠前進,這就是空氣對車輛產生阻力的原因。

而一個簡單的概念,通常車頭面積越大,需要推開的球就越多,代表著產生的阻力就越大,而其風阻係數也就會越高。

但是車輛外型流線與否和風阻係數的高低並沒有絕對關係,因為風阻係數還會受到車體亂流、下壓力等其他因素影響,這也是為何我們可以看到一些轎車的風阻係數比多數超級跑車還要低的原因。


賓士車和F1方程式賽車體積對比


例如賓士轎車的風阻係數為0.26,但是低扁流線的經典超跑Ferrari F50風阻係數卻可達0.372,而F1賽車的風阻係數更能夠高達0.75。


2.亂流

如同前面所說的,車輛行駛時就像是不斷推開前方的空氣分子,而這些空氣分子則會因為車體造型的影響而改變流動的方向,當空氣流動的方向不受控制,就會變成亂流。

亂流會降低空氣流過車體的效率,進而增加阻力,而且也是風切噪音的來源。 因此,汽車製造商在設計市售車的車體時,通常會盡可能地減少車體產生的亂流,除了提高車輛行駛時的靜肅性、舒適性之外,也能夠降低阻力、改善油耗表現。


亂流最容易在車體突出的地方形成,例如後照鏡。 因此現在有許多汽車製造商會對後視照鏡的造型下工夫以減少後視照鏡造成的亂流以及風切噪音。

另一個車體亂流的主要來源則是快速轉動的車輪,當車輪在旋轉的時候會產生大量不規則的空氣亂流。 要降低車輪亂流可以靠著改變輪框造型,或者改變輪拱、葉子板的造型來達到目的,另外,輪胎製造商也可以透過改變胎紋的設計來降低輪胎引起的空氣共振噪音。


Porsche 911 GT2 RS 輪拱開孔就是為了將車輪產生的亂流導出。


3.熱管理

搭載引擎的車款,需要恰當的空氣力學將冷空氣導向冷卻水箱以及引擎本體來控制動力系統的溫度,而即便是電動車,也需要為馬達、電控系統以及電池模組進行散熱,其他還有剎車系統、變速箱,或者高性能車款的差速器都會需要仰賴良好的空力設計來達成有效的熱管理。


這正是為何我們可以在多數車款上看到車頭水箱護罩的開孔,而一些性能車款更會在引擎蓋開孔導入冷空氣,或者在前保險桿設計導風孔將冷空氣導向煞車系統等等,這都是仰賴空氣力學來為車輛高溫零件降溫的實際應用方式。


Porsche 911 GT2 RS在行李箱蓋上設計了兩個導風孔,將冷空氣導向煞車系統。

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