擾流板

擾流板

汽車擾流板是指安裝在轎車後箱蓋上的類似倒裝的飛機尾翼的部件。有的汽車上裝有前擾流板,俗稱氣壩。有的汽車上側部裝有側裙,也是擾流板的一種。後擾流板實際上它也被稱為“汽車尾翼”。一方面,它使轎車外形增添了動感;另一方面,它更重要的作用是有效地減少了車輛在高速行駛時產生的空氣阻力,既節省了燃料,同時也提高了車輛行駛的穩定性。

基本介紹

  • 中文名:擾流板
  • 外文名:Slingshot Autosculpt
  • 別稱:汽車尾翼
  • 作用:輔助操縱系統
汽車擾流板的作用,汽車擾流板的空氣動力學原理,汽車擾流板的種類,汽車前擾流板,側裙,

汽車擾流板的作用

根據空氣動力學原理分析,我們知道汽車在行駛過程中會遇到空氣阻力,這種阻力可分為縱向、側向和垂直上升3個方面的作用力,並且空氣阻力與車速平方成正比,也就是說,在時速l20km的升力,是時速60km的4倍,是時速40 km的9倍,因此車速越快,空氣阻力就越大。
一般情況,當車速超過60km/h,空氣阻力對汽車的影響表現得就非常明顯。為了有效地減少並克服汽車高速行駛時空氣阻力的影響,我們在汽車尾部設計了一種尾翼,其作用就是使空氣對汽車產生第四種作用力,即對地面的附著力,它能抵消一部分氣動升力,控制汽車上浮,使汽車能緊貼著道路行駛,從而起到提高汽車行駛穩定性的作用。除了提髙行駛穩定性,汽車尾翼對於節省燃油也有一定幫助。以排氣量為1.6L的轎車為例,安裝汽車尾翼後,在一般道路上行駛,耗油量減少或許不明顯,但在高速路上行駛,則能省油大約10%。

汽車擾流板的空氣動力學原理

尾翼,即汽車擾流板並不是簡單的起裝飾作用,而是使汽車在高速馳騁時增加它的抓地力和穩定性,特別是使汽車在彎道不易於翻倒,並且可以節省燃油。那么它是如何起這種作用的呢?這就需要我們先來了解一下飛機機翼升力機制的空氣動力學原理。
飛機在飛行過程中會受到重力、空氣阻力、推力升力,而機翼的作用就是產生升力,即用來平衡重力而不致使飛機掉下。圖2為機翼的側視圖及在高速狀態下的氣流分布,可見機翼的側向截面是頂部彎曲而底部相對較平的形狀。當機翼在空氣中穿過時將氣流分隔開來,部分空氣從機翼上方流過,另一部分則從其下方流過。空氣的流動在日常生活中是看不見的,但低速氣流的流動卻與水流有較大的相似性。
日常的生活經驗告訴我們,當水流以一個相對穩定的流量流過河床時,在河面較寬的地方流速慢,在河面較窄的地方流速快。流過機翼的氣流與河床中的流水類似,由於機翼一般是不對稱的上表面比較凸而下表面比較平,流過機翼上表面的氣流就類似於較窄地方的流水,流速較快;而流過機翼下表面的氣流正好相反,類似於較寬地方的流水,流速較上表面的氣流慢。根據伯努力方程所得的流體力學基本原理,在流體的流動中,壓強跟流速有關,流速v大的地方壓強p小,流速v小的地方壓強p大。
機翼的升力原理圖機翼的升力原理圖
同理,空氣流動慢的區域大氣壓強較大,而流動快的區域大氣壓強較小,這樣機翼下表面的壓強就比上表面的壓強高。換一句話說,就是大氣施加於機翼下表面的壓力(方向向上)比施加於機翼上表面的壓力(方向向下)大,二者的壓力差便形成了飛機的升力,且流速越大,這個升力也越大,這也正是為什麼飛機起飛需要一個較大的速度的原因,因為這是需要升力大于飛機本身的重力。
汽車側面視圖也類似於機翼,如圖3所示,它的側面截圖上下也是不對稱的,也是底部較平、頂部彎曲。那么它在高速運動時,車的前部也會把氣流分隔開來,一部分從車體的上方流過,另一部分從下方流過,這樣也使它處在和機翼一樣的情形中,導致車體上、下表面的氣流速度不一樣,即上方的流速大於下方的流速,從而導致向上的壓力大於向下的壓力。二者的壓力差也會形成一個升力,使汽車在高速運動時受力情況就象一個機翼,受到向上的一個升力,而且根據伯努力方程可得車速越大升力也會越大,這樣就會減小汽車的抓地力(即汽車對地面的壓力)。在極端情況下,如速度極大的情況下完全有可能使升力大於車體重力,那就會出現車體離地,造成發動機空轉的情況,浪費燃油,有時甚至會出現危險,特別是在拐彎處。如果出現這種情況,就會出現汽車做離心運動的情形,造成車輛翻車的事故。
汽車的側面圖汽車的側面圖
因此,為了避免這種情況的出現,人們想到了為什麼不能把一個“反機翼”安裝在汽車上(如圖4所示),從而形成一個與機翼升力相反的下壓力F。這裡的所謂反機翼指的是在汽車上裝一個倒置的機翼,它的特徵是頂部較平,而底部彎曲,使它在高速的氣流中上方的氣流速度小於下方的氣流速度,進而使上方的氣壓大於下方的氣壓,形成一個向下的壓力,從而可以抵消車體本身運動所產生的升力,這就是尾翼(擾流板)的空氣動力學原理。
汽車尾翼截面汽車尾翼截面

汽車擾流板的種類

現在很多汽車都安裝有尾翼(擾流板),很多汽車的尾翼,它兼有裝飾功能和動力學功能,它不僅可以使汽車的穩定性更好,還可以使汽車外形變得更動感,更時尚。
(1)賽車上的尾翼。比如F1賽車中,由於它的車速高,車體在高速的氣流中所表現出的“機翼”化現象特別明顯,因此非常有必要來安裝抵消這種現象的裝置—擾流板。它不僅安裝在尾部,車的前端也有這種擾流板,一般分為單層和雙層兩種,而材質有鋁合金、玻璃纖維、碳纖維等多種,其工作方式也有手動可調和自動調節之分。不過無論結構材質有何區別,其根本的目的都是通過增加下壓力來改善輛在動態狀況下的穩定性。我們關注F1賽事會發現,F1賽車的前後都安裝有定風翼,它們為車體提供了近60%的下壓力,從而保證了高速下輪胎具有足夠的抓地力來保持車身的穩定性。
(2)一般汽車的尾翼。一般的運動型小汽車都裝有一個尾翼,一個是為了體現它的運動特性,二是因為運動型的汽車用戶可能趨向於玩車技,做一些急轉彎、飄移等特技動作,這時候這個尾翼就會起到穩定車身的作用,增加安全性。也有些汽車的尾翼是與車尾貼在一起的,而不是與車尾分離,這種尾翼就不能起到本文之前所提到的這種升力,但它也能提供一定的下壓力,其原理與尾翼是不同的,嚴格地講不能稱其為尾翼。而且現在的很多汽車的尾翼的有效性還是值得懷疑的,更多的是一種外形的裝飾。
(3)一些掀背或兩廂車後出現的鴨尾狀擾流器。現在的一些旅行車、MPV、多功能車都是採用掀背式,大多數都會有一個鴨尾狀的尾翼。既可以將車頂上的氣流順暢地導至車後,同時還利用了該氣流將後車窗的灰塵清除掉,避免了因灰塵附著而影響到司機的後視野。

汽車前擾流板

氣壩就是前擾流板,將前保險桿往下方擴大,形成一個阻擋氣流的氣壩,如此可以儘量讓進入車底的氣流減少,避免車底氣流過多、造成上揚力、造成後輪抓地力減弱。

側裙

側裙指車體兩側安裝的裙板,功效也是等同於氣壩,用來減少車體兩側的氣流進入車底。有一定的擾流作用,在一定條件下可以明顯降低空氣阻力。側裙就是車身擾流套件的一部分,美觀是其次的。安裝得合適的話可以減少車輛行駛中產生的逆向氣流。高速時就好像地面吸著底盤一樣,很大程度的增加操作穩定性,要配合著前後擾流板用,使汽車高速運行時產生的風阻流暢的從車底划過,不會造成車輛行駛時產生飄移。

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