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说到空气动力学,今天我们认真地来学一学折纸飞机
2020-04-28 22:28:08 2467
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    上个月的上海车展,BRZ type-RS正式回归,细心的朋友会发现,这台车的后轮拱处增加了一个黑色的小零件(如下图所示)。



    这个配件是干什么用的呢?


    有朋友说这东西是一个装饰品,有朋友说这东西是用来固定后保险杠和后翼子板的,也有朋友说这个东西是用来防止蹭伤后保险杠的。在此说明一下,这个配件是我们在BRZ后轮拱处特别设计的一个扰流器。作用就是,将后轮拱处经过后翼子板和后保险杠的两部分空气进行分离,减少车尾处的空气湍流,提升车辆行驶稳定性能。所以这个东西本质上来讲,算是一个空气动力学配件。


    说到空气动力学,可能又会有很多朋友对此表示疑惑了。在很多人的认知中,功率、扭矩这些数值才是一辆汽车实实在在的硬实力。


    像空气动力学这种看不见摸不着的性能优化太过玄幻。但是不可否认,空气动力对于汽车的影响真的不小。


    比如当年大佬CLR的惊世一翻。


    比如曾经那么不可一世的917也被空气动力学各种困扰。


    所以说,汽车上的空气动力学部件可能听起来感觉有些玄幻,但实际上人家是真有用的。



    我们举个最简单的例子就可以说明:纸飞机


    首先,折出一架纸飞机。


    我们今天要来尝试叠出的这架纸飞机有一个非常牛掰的名字——sky king。没错,从名字就可以知道,这不是一架普通的纸飞机。它是日本纸飞机协会主席户田拓夫先生曾经突破纸飞机飞行时间最长纪录的纸飞机(成绩是29.19秒)。


    这个飞机具体折法是这样的。



    ps:第11步的机头小三角可以往下折,但由于公司纸张过于干燥,一折就裂,所以小编在此没有向下折。

    通过这样的操作,我们就获得了一架“空中之王sky king”飞机了。


    接下来我们就以这架飞机为基础,来进行几次简单的小试验。


    1、这是正常的sky king


    大体上可以实现平直的飞行,至于能平直到什么程度,这就全靠自身的调校了。


    2、将机翼后侧向上翻折


    如果我们将尾翼向上翻折,飞机将会在空中完成“折饼”动作。



    3、将机翼后侧向下翻折


    如果我们将尾翼向下翻折,则飞机将会直接插向地面。



    看到没,我们每次都只是对飞机翼片进行非常非常小的改变,飞机的飞行姿态就有着天壤之别。而这,就是空气动力的作用。


    飞机之所以可以升空,关键就在机翼上。以我们常见的固定翼飞机为例,它的升力是这样产生的。



    对于三角翼纸飞机而言,它的翼片也是在上下表面压力差以及下表面高压气流溢出这样的综合作用下,才实现飞行效果的。


    而当飞机需要改变飞行状态时,也是通过操作翼片的运动,改变飞机相应部位的气流状态,实现飞机飞行状态改变。比如下图所示,当飞机需要实现翻滚动作时,飞行员操纵两侧副翼的运动,通过两侧机翼得到转动力矩,实现翻滚。

    GIF来自NASA


    所以,假如想让纸飞机像旋转的小陀螺般飞行,只要将左右两侧的机翼进行相反方向的翻折设定就可以实现。


    SO,这个翼片至关重要。这也是为什么很多赛车身上总会装上各种各样的翼片。



    赛车圣经RCVD中对于翼片升力这部分的阐述十分生动形象。


    上图来自赛车圣经RCVD


    早期路特斯车队把一块破铁板架在车尾时,恐怕在当时马力即正义的时代背景下,是受过不少冷嘲热讽的。不过赛道上的表现足以证明一切。路特斯的这次尝试也成功将空气动力学部件带到了汽车领域,此后各车队争相模仿,空气动力也逐渐成为赛车性能的关键因素。


    上图来自赛车圣经RCVD


    利用空气动力学的结构,可以将流过翼片结构的空气所带来的力量通过支架转化为竖直方向,以此将车体压在地面上。


    PS:人类第一次在汽车上使用机翼的设计来自欧宝RAK火箭车。但由于火箭车定位太过另类,它上面的机翼一直没能在汽车行业里普及起来。


    马力为王的时代已经过去,现在的F1已经是得空气动力学者得天下的局面(动力也得差不多)。


    类似的空气动力学部件在下面这辆“别人家的车”上面也有大量的使用。其中红框区域的两块翼片会根据车辆的运动状态变换对应的开合角度,以实现对两侧空气阻力的调整,从而满足下压力需求。


    图片来自帕加尼官网


    空气动力学部件在汽车上的应用,就是借助空气的力量,让车辆拥有更好的性能发挥。至于实现手段,通常来说可以分为两类:让空气流速度更快&让空气流更稳定


    让空气流速度更快


    有个很典型的例子,就是车身下部底板,以及尾部扩散器。


    前文提到了飞机机翼获得升力的原理,它的核心是翼片上下区域之间的压差。对于汽车而言,它的行驶基础正是轮胎与地面的接触摩擦,所以在竖直方向能争取到越大的下压力,就意味着车辆可以得到的性能就越强。


    那么如果可以将车辆底部空气流速度加快,就可以让车辆底部形成真空区,这样就会与车身上面形成压力差。下面这个排风扇怪物我们曾经提到过,它叫chaparral 2J,它在车尾部设置有两个强度巨大的排气扇,能将车辆底部空气抽出,让车底形成真空区,提升车辆抓地力。



    根据这样的构想,工程师们发明了尾部扩散器,如上图所示。空气与水流都属于流体,它们其实很相似。当我们捏住水管时,水流会特别快速的喷出。所以依照这个原理,我们也可以在车辆底部进行如此设计。在平坦的车辆底部后方设置一定数量的扰流片,对流经底部的空气进行物理挤压,加快底部空气流速,实现对底部抽真空的效果。


    让空气流更稳定


    关于让气流变稳定这事呢,还得从汽车的行驶说起。

    如图所示,当汽车行驶时,空气会与汽车之间产生相互作用。这个相互作用一方面形成了车辆的行驶阻力,另一方面也为车辆各个系统提供冷却支持。这其实也在影响着车辆的多方面性能,所以我们就需要通过车辆设计来使空气流稳定地服务于车辆。



    比如车辆侧裙设计。它安装在车辆两侧底部,为行驶中车辆两侧的气流提供引导和支撑。一方面可以有效地阻止车辆侧面的空气进入车辆底部,发生乱流;另一方面,这个设计也可以有效的防止车侧逆向气流的产生。


    再比如车辆侧面的空气舵设计。


    它一般会被设计在车侧面。最近几年在很多民用车上出现了上面这种不起眼的小设计,它的作用一是让空气柔和的流动,二是利用空气压力提高稳定性,减小车辆左右晃动幅度。这种设计最早也是出现在F1赛车上,最近丰田和雷克萨斯的民用车上也开始使用这种设计。


    这类空气动力学部件的设计目标就是让空气流与车辆之间的相互作用更加合理化,从而为车辆提供稳定的性能输出。包括BRZ type-RS的后轮拱扰流片其实也正是实现这样目的的配件。


    总的来说

    1、空气动力学是汽车身上不可或缺却又非常玄学的东西。它看不见、摸不着,却可以悄无声息的影响着车辆性能;


    2、纸飞机真的好解压。工作已然压得喘不过气,但一架纸飞机让人瞬间穿越回4、5岁,那种感觉真的so cool。


    文末呢,小编也特别整理了两架经典纸飞机的折叠方法:


    PS:关于小编家祖传纸飞机叠法,其实我也不知道这种叠法的纸飞机叫什么名字,只是小时候长辈们就是这样叠的,所以我们姑且称之为“小编家祖传纸飞机”。而且事实上,这种叫不上名字的纸飞机非常善于飞行,即便环境有风,依然性能卓越


    真巧!你也『在看』这篇文章?



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