传说中的“地面效应”那么厉害？是的！车底要平 | 酷乐改装百科·赛车空气动力学 P5

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11-09


Author / 蟹爪朝天


在《赛车空气动力学》这个系列中，我们放弃那些复杂的公式，只来简要说一些和赛车有关的空气动力学原理，以及在车辆设计、调校中对空气动力学的实际应用。


悬挂等部件产生的机械作用力主要在低速行驶中起作用。整车外形产生的空气作用力主要在高速行驶中起作用。


在一条高低速弯兼备的赛道上，车队通常会通过悬挂和尾翼等部件分别设定车辆在低速弯和高速弯中的操控特性。想要赢得更好的成绩，真的应该了解一些赛车的空气动力学特性。


在车辆的空气动力学应用中，主要是要考虑：通过流线外形减小风阻系数、尽量减小正面迎风面积、引导并利用气流。常用的设计方法是：流体仿真模拟、油泥模型风洞测试、实际赛道测试等。




此系列共有八篇内容


  • 01 空气的特性

  • 02 赛道策略

  • 03 扰流板Spoiler

  • 04 翼面Wing

  • 05 车底气流

  • 06 乱流区

  • 07 导流部件

  • 08 其它空力设计


前期回顾



车底气流


这次我们来说说关于车底气流。这是一门技术更是一门学问。


在平时家用车时我们可能感觉不到车底设计的方式对我们的驾驶会产生什么样的影响，但是当你开上赛车在跑道上飞驰时，车底的设计就十分重要了，设计的巧妙，科学化，就会使赛车更加稳定，更加能够达到其机械的上限，并对成绩有不小的影响。


如下图所述，底盘平面适当的坡度有利于底盘下气流的快速导出。



不考虑悬挂等机械下压力，也不考虑尾翼等其它空气下压力部件的影响，单独就底盘平面的坡度来说，前低后高的坡度的确可以让车底气流更好的导出，进而提升车辆整体的空气下压力。



但这样带来的空气下压力是偏重于车头的，会带来后轮的不安定及转向过度倾向。


即：车头的空气下压力收益大于车尾空气下压力的收益。


好在除了底盘外，车头没有太多可以大幅增加空气下压力的部件，而车尾有个尾翼。此时，尾翼在一定程度上也是弥补或者说平衡了前后轮之间的空气下压力的差异。



当车顶空气压力大于车底时，二者压力差越大，空气下压力也就越大。


所有除了用扰流板等部件增大车顶向下的空气压力外，还可以通过减小底盘和地面之间的空气压力，让车顶和车底的气压差更大一些。


尽量减少进入底盘下方的空气量、尽量提高底盘下方空气的流速，以减小底盘下方的空气压强。



比如越来越多的普通原厂车型，将底盘下表面尽量平整化的作用之一就是增强地面效应。



将地面效应应用到极致的车型大概是Toyota 7，底盘四周几乎和地面贴合，并在车尾设置了两个风扇从底盘下向外抽气。



一些开轮赛车（Open-Wheel Race Car）会在车头设置一些小翼。这些小翼能高效获得下压力的原因主要是源于其自身的或在其所能影响到的底盘部位的地面效应。



一些改装赛车来说，可以用聚碳酸酯等材质的平板将后部底盘封闭平整。


特别是从原厂油箱后部到后杠下沿之间的部分。这样的平整化改造可以很好的减少后部备胎圆、后杠前方等部位的不平整和空洞。



一方面是可以加快底盘下方的空气流速，减少整车下部的空气升力。


另一方面是在车尾，单独或者说更大幅度的减少了车尾的空气升力就等于提高了车尾的安定性，否则多数原厂车型后杠之前的空洞会导致强烈的乱流。



考虑到距离比后轮更远，这个整车最远端的乱流区的空气升力对后轮附着力的影响还是不小的。


当然，在这样设计时也要考虑差速器、排气管等部件的散热问题。如果原厂油箱已经拆除了，那油箱部位留下的巨大空洞就更应该尽量封闭平整了。



一些原厂车底盘的平整化部件是并不十分光滑的绒毡板。


绒毛导致的微小不平整会带来较厚的粘滞层（边界层）和小型乱流。粘滞层越厚，其内部的空气摩擦力也就越大，小型乱流多了，也很容易导致大型乱流的产生。


所以，如果追求极致性能的话，这些兼顾了隔音功能的板子是不能接受的。



可以换成一些表面光滑的板子。同理，在加装了一些底盘强化杠后，底盘的平整性和压力区的分布也会有变化。


车底空气压力区或者说压强分布的改变，多少都会影响到高速状态下整车的操控特性。


车底前部空气压力增大或后部空气压力减小，会导致前轮垂直负载减弱，或者说车头仰角会略微上升。



低速弯可能感觉不出来，但在一些高速或全油门弯中，这种负载的变化就可能会带来转向不足。考虑到这一点，如果不是追求维修的便利性，还是安装一款平整些的引擎下护板吧。



影响赛车地面效应的几个因素


  • 从侧面溢出及进入的空气量

  • 底盘平整度，即：底盘下表面外侧的边界层情况

  • 车尾气流流出时的扩散情况，即：扩散器的设计

  • 基础环境气压

  • 尾翼和前翼的空力效果，及其导致的前后底盘高度差异

  • 车轮卷起的气流导致的底盘下空气不稳定

  • 悬挂运动导致轮井附近底盘下空气不稳定

  • 引擎舱向后排出高温气体对底盘下空气数据的影响


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