給大家科普一下火星上有什么娛樂活動(2023已更新(今日/知乎)
風(fēng)阻系數(shù)Cd,經(jīng)??雌噮?shù)的你一定不會對它感到陌生。但要說出個中奧妙,你或許還需要看完這一篇才算入門。
首先,我們印象中的風(fēng)阻,似乎是迎面吹來的風(fēng)產(chǎn)生的阻力。但其實(shí)我們可以換一個角度去理解。
空氣產(chǎn)生的阻力又稱后曳(ye)力。
當(dāng)車子靜止時,車身前后空氣壓力相同;當(dāng)車子跑起來時,在車子后方區(qū)域,空氣并未及時補(bǔ)充,因此會產(chǎn)生真空區(qū)域(伴有渦流),使得車子前后氣壓不同,前方壓力和后方壓力之差,即為宏觀的空氣阻力。
風(fēng)阻系數(shù)Cd有什么含義?
在阻力計算中,有:
Fd=(A·u2·Cd)/2
其中:Fd-空氣阻力,A-迎風(fēng)面積,u-車速
也就是說速度一定,迎風(fēng)面積一定的情況下,阻力系數(shù)與阻力成正比。
可是在設(shè)計家用車的時候,設(shè)計師面臨著這一難題:如何在滿足空間、美觀等設(shè)計需求的同時,盡量降低Cd值,以獲得更小的風(fēng)阻,從而達(dá)到省油、增加續(xù)航能力的效果?什么樣的設(shè)計能最大程度降低Cd值?
初代甲殼蟲。這款老車造型圓潤,整個車身似乎是不會受到很大空氣阻力的。然而大眾工程師在風(fēng)洞中對它進(jìn)行了測試,阻力系數(shù)達(dá)到了Cd=0.48。
0.48這個數(shù)字讓人大跌眼鏡,同時拿去測試的老捷達(dá),風(fēng)阻系數(shù)只有0.32??梢哉f這兩項數(shù)據(jù)對比來看,顛覆著我們的印象流認(rèn)知。
一汽大眾-捷達(dá)
一個具有代表性的成功例子,是奔馳概念車Bionic 。這臺于2005年問世的“怪車”,其英文名“Bionic”意為“仿生“,因其在外形設(shè)計上模仿了箱鲀魚(音同“豚”)。這臺看起來笨笨的車,測試得出其Cd=0.19.
Mercedes-BenzBionic Car
箱鲀魚,這種生活在珊瑚礁里的小魚,經(jīng)歷了不知道多少年的進(jìn)化后,獲得了一項技能:在水中游動時,受到的阻力極小。這不難理解,在獲得相同食物的情況下,阻力更小的,能節(jié)省更多能量,同時逃生時動作更敏捷,生存下來繁衍后代的機(jī)會自然更大。
來自箱鲀魚的設(shè)計靈感
近些年和這臺Bionic有相似設(shè)計的,是Model X,風(fēng)阻系數(shù)Cd=0.24,在SUV中算是佼佼者。
TeslaModel X
從箱鲀魚那里獲得的的設(shè)計靈感讓工程師嘗到了甜頭。但其中奧妙似乎不容易說清。
Discovery深受荼毒,干了照貓畫虎的事。他們仿照高爾夫球,給一臺金牛座換上了“密恐患者終結(jié)者”套裝。確實(shí),高爾夫球表面的凹坑可以制造一層“湍流”,創(chuàng)造潤滑效果,但這樣的設(shè)計不光看著難受,刷車也不要太費(fèi)事。
有一家Fastskinz公司的研究人員把“鯊魚皮”披在車上進(jìn)行實(shí)驗。這看起來比高爾夫球坑靠譜一些,不過遺憾的是開銷不小但收效甚微。
來自大眾的工程師更加理性地設(shè)立了一個小目標(biāo):造出一臺車,其名定為“Litre-1”,意為百公里柴油消耗量僅一升。
他們設(shè)計的這臺XL1,其風(fēng)阻系數(shù)僅有Cd=0.159。不僅如此,它身上的設(shè)計更加有跡可循。
2009VW XL1
XL1為了達(dá)到盡可能低的阻力系數(shù),有幾項特別設(shè)計:
1.用攝像探頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)外后視鏡
2.后輪幾乎完全隱藏在車身內(nèi),使氣流順利流過
3.車尾的小鴨尾造型,使尾部減少渦流的拖曳效應(yīng)
4.車底部幾乎純平
5.進(jìn)氣格柵開口很小,減少“兜風(fēng)”
最重要的一點(diǎn),是車身造型的流線形設(shè)計。
常見幾何體的風(fēng)阻系數(shù)
可見水滴自然下落過程中,被空氣“捏”出的流線形造型,具有最小的風(fēng)阻系數(shù),僅有0.04(上圖倒數(shù)第二項)。
這就回到了我們最初說的那個話題,阻力/反曳力的來源是車身前后的空氣壓差。注意上圖車頂區(qū)域:上圖的流線形設(shè)計,使得空氣流經(jīng)車頂時,能夠緊緊“吸附”在車頂上,而不易發(fā)生分離,也就不容易在車尾區(qū)域產(chǎn)生真空區(qū),從而降低了空氣阻力。
目前比較接近XL1設(shè)計理念的,是奧迪E-tron。革新了外后視鏡,前格柵也因為電動化而采用封閉設(shè)計。
小朋友你是否有一個問號:超跑那么快,風(fēng)阻一定很小吧?
并非如此,就拿三大神車來說,P1風(fēng)阻系數(shù)0.34,保時捷918的風(fēng)阻系數(shù)0.35,Laferrari的也在0.3之上。至于地表最強(qiáng)的F1賽車,風(fēng)阻高達(dá)0.7以上。
因為當(dāng)你的車不在乎油耗,并且有使不完的勁兒的時候,你就該關(guān)注下壓力而不是風(fēng)阻系數(shù)了。
下回咱們再聊聊下壓力的事。
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