重達155噸的波音客機,加速至300km/h,躍然而起,直插雲霄。自重不抵1噸的F1賽車,同樣在300km/h速度下,牢牢咬住賽道,全速掠過一個又一個急彎。對比之下,輕若鴻毛的F1賽車卻是緊緊抓住地面,重如泰山的客機反而騰空而起!奇哉怪也,所為何解?

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

這一切,其實都是調皮搗蛋的“空氣”在作怪。看不見、摸不著的空氣,個性十分奇特,行為也相當怪誕:沒有固定的形狀,卻可以任意地壓縮;會主動地由高壓區往低壓區迅速地“集體遷徙”;只要有速度差,各層氣流和物體外表之間還會產生非線性增長的粘滯阻力。一直以來,人們都在想方設法破譯空氣密碼,最終工程師們總結出一道巧妙的公式,精準地描繪了空氣的流體力學特性:風阻係數Cd = 迎面風阻力x 2 ÷(空氣密度x物體正面投影面積x車速平方)。

風阻係數降低0.01,

續航增加2.5 – 3.5km!

正如你所料,天上飛的、地上走的,無一不受到空氣的牽制。100km/h勻速行駛的重卡所耗費燃料裡,至少65%純粹用於克服空氣阻力;速度再快的話,甚至需要70% - 80%或更多。利用氣流的特性,優化汽車的造型,削減無用的損耗,已成為空氣動力學一項核心運用。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

奧迪空氣動力學專家Moni Islam很清楚,平均每降低0.01風阻係數,大約能延長2.5 - 3.5km續航里程,所以他使出了渾身解數來為奧迪首款純電動SUV e-tron削減空氣阻力。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

保持造型簡約,去掉無意義的裝飾,奧迪e-tron風阻係數削減至0.28;選裝虛擬外後視鏡的話,最低能壓至0.27——當於增加額外的25 - 35km續航里程。充電尚未像加油那樣方便快捷,能否利用空氣動力學去優化造型,最終延長續航里程,對新能源車而言,極其關鍵。

汽車應當設計成立方塊,

還是改造成小水滴?

新能源汽車,該如何設計?有人說,不如設計成長方體,換回最闊落的車內空間;也有人說,試試水滴狀,皆因自然界風阻係數最低的,就是小雨滴(0.05)。事實上,在誕生之後一百多年裡,工程師、設計師一直在為汽車們探索最適合的造型。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

最初的奔馳壹號,直接參考了馬車的造型,那是最早的“敞篷車”了。在此之前,汽車工業尚不成熟,人們對流體也知之甚少,所生產的老爺車,幾乎沒怎麼考慮空氣動力學的因素。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

汽車越跑越快。車速50km/h,敞篷駕駛已經令人面癱;車速100km/h,提速愈加艱難,所有功率都耗散於空氣。人們這才開始意識到,以空氣動力學指導設計汽車造型的重要性。汽車設計由此腦洞大開,形態各異的四輪精靈們,開展了無拘無束的新造型探索:魚型,甲殼蟲型,船型,楔型……

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

空氣動力學研究的每一項進展,都直觀的反映在汽車造型上。為了降低風阻係數,現代汽車須以流暢的曲線去消除車身上突兀的轉折,並且還要保證造型曲線G0、G1、G2的連續性,令前圍、側圍、後圍得以圓滑過渡;發動機罩向前下傾,前擋風玻璃與水平面保持小夾角,尾廂短而高翹,後翼子板向內收縮,去掉不必要的車身裝飾,燈具、門把手嵌入車體內。一切有助於挖掘空氣動力學潛力的措施,如今廣泛應用於現代新車的造型設計上。

細節也有“基本法”,

請遵循空氣動力學設計

除了整體的造型,各部件的設計和搭配,也必須符合空氣動力學原則。你看HYCAN合創新能源SUV概念車,進氣格柵、後視鏡、尾翼、輪拱、輪圈…… 全身上下,無不遵循著空氣動力學的規律進行設計。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

低阻力進氣格柵。新能源車往往不需要大量冷風散熱,因此進氣格柵可以採用風阻較低的半密閉造型,引導氣流平緩地經過前脣,冷卻空調、水箱的同時,也令前端增加一定的下壓力。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

氣動輪圈。造型如同飛行器旋翼一般的輪圈,實際上也考慮了空氣動力學的因素,能夠降低車輪高速旋轉時空氣帶來的阻力。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

側裙。主要作用是分離車輛側面和底盤以下的氣流,令底盤下方形成穩定的低壓區,因此高速行駛能也保持穩定。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

尾翼。一來快速疏導尾部氣流,以緩解尾部的負壓,減少汽車前進時所受到的壓差阻力;二來尾翼產生部分下壓力,高速行駛時穩定尾部。

把汽車設計成這樣子,你有問過空氣的意見嗎?

除此之外,暗藏在車身表面以下的門把手、造型經過優化的後視鏡、甚至簡約的車身鍍鉻飾條,無一不是經過嚴謹的空氣動力學論證而設計。越是深入研究細節,越是容易體會到主機廠商的良苦用心和開發實力。坦白講,新能源汽車的造型,往往脫胎於傳統汽車;但是更注重優化細節的新能源車,最終設計往往也優勝於傳統的燃油汽車,更實用,更科幻,更大膽,也更符合空氣動力學的效益。未來,當人們對空氣動力學的瞭解再加深一層,新能源汽車又會引領起怎樣的設計新風潮呢?

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