你開車“飄”了嗎？空氣動(dòng)力學(xué)來揭秘
有時(shí)候在高速上開車時(shí)，隨著車速的上升，會感覺汽車有種“飄飄然”的感覺。又或者是經(jīng)過一輛大貨車、大客車，車身搖晃的同時(shí)，方向也會擺一下。這就是我們經(jīng)常說的這車“發(fā)飄”。
與此同時(shí)，很多人都發(fā)現(xiàn)，一般體型大、重量大的車子更不容易“發(fā)飄”。比如帕薩特跑高速就比POLO要“穩(wěn)”一些。于是有人認(rèn)為，車越重就越不容易發(fā)飄。真的是這樣嗎？其實(shí)這個(gè)問題可以用空氣動(dòng)力學(xué)來解釋。
何為空氣動(dòng)力學(xué)？
一般而言，空氣動(dòng)力學(xué)劃分為高速氣動(dòng)力學(xué)和低速氣動(dòng)力學(xué)，對于汽車而言，其屬于低速氣動(dòng)力學(xué)范疇，這個(gè)部分主要研究空氣的流動(dòng)性及溫度等作用。對于普通家用車而言，擁有優(yōu)秀氣動(dòng)設(shè)計(jì)的汽車會更安靜更省油，速度更快。
伯努利定律
我們首先得弄清楚空氣流動(dòng)的本質(zhì)——分子移動(dòng)。在不受到外力的狀態(tài)下（平衡狀態(tài)），氣體分子是呈自由運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)方向不一，彼此間時(shí)不時(shí)會出現(xiàn)碰撞，但一旦受到外力作用（地球自轉(zhuǎn)），空氣分子就會向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這正是流動(dòng)的空氣，就是氣流生成的原因。但空氣分子即使向同一方向運(yùn)動(dòng)，仍然會受到各種各樣外部力量的影響，空氣流動(dòng)會產(chǎn)生壓力與流速兩個(gè)特性，對上述兩個(gè)特性的研究，正是氣動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)之一。
那么，氣流流速和壓力會怎樣變化呢？我們不妨開一下腦洞，設(shè)想一個(gè)中間寬兩頭窄的圓形容器，讓空氣流過這個(gè)容器，流速與壓力將怎么變化呢？一位叫伯努利的科學(xué)家在經(jīng)過計(jì)算后，得出一條結(jié)論：在直徑越小的區(qū)域，流速加快，壓力減低；在直徑越大的區(qū)域，流速減慢，壓力增加。這條結(jié)論，就是空氣動(dòng)力學(xué)中著名的伯努利定律。也就是說，當(dāng)空氣經(jīng)過越狹窄的地區(qū)，壓力減少，流速加快，而通過較寬敞的地區(qū)時(shí)，壓力會增加，流速會減慢。
當(dāng)然，伯努利自己并不能很好地理解這個(gè)特性，后來，由一位叫尤拉的數(shù)學(xué)家將這個(gè)定律轉(zhuǎn)化為精確的數(shù)學(xué)公式，人們才第一次可以精確計(jì)算氣流特性，這條方程，稱為尤拉方程（尤拉方程啟發(fā)了后來的氣體梯度及氣流粘性研究）。
何為空升力與下壓力
接下來要說到的是另外兩個(gè)名詞：流場和流線。什么叫流線？如果我們把氣流的流動(dòng)用一條直線表示，這條我們虛構(gòu)出來，但確實(shí)存在的“線”，就是流線。而流場，則是指流體存在的某個(gè)區(qū)域。
當(dāng)氣流遇到固體，例如汽車車體時(shí)，流線會發(fā)生變化，同時(shí)，附近的流場也會有變化。根據(jù)伯努利定律，在凸起的物體上方，在流場縮小的情況下，壓力減低流速加快，因此會在物體上方出現(xiàn)一個(gè)低壓區(qū)，由于大氣壓作用，這個(gè)固體會被下方較大的氣壓抬起，這就是升力的產(chǎn)生機(jī)制。
實(shí)際上，汽車本身的設(shè)計(jì)就是一個(gè)升力體，對于賽車而言，可以通過各種手段把升力減低，甚至產(chǎn)生負(fù)升力，也就是下壓力。但對于普通家用車而言，氣流對它們產(chǎn)生的，絕大多數(shù)是升力，而幾乎無法產(chǎn)生下壓力。而且，車身越高的汽車（車體橫截面縱軸高度越大），產(chǎn)生的升力也就越大，這是一個(gè)無法回避的問題
那升力有什么壞處？首先，它會讓車子的操控性減低，速度越高，對車子的操控性影響就越大，駕駛者會覺得車子發(fā)飄，難以控制，這些都是缺點(diǎn)。而要消除這種缺點(diǎn)，我們只能通過兩個(gè)方法解決：第一種，也是最簡單的，加大車子自重，用重量去抵消升力影響。第二，通過對車身的重新設(shè)計(jì)，對氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行優(yōu)化，讓車子的升力減小。
尾翼不能隨便裝
看到這里你可能會說：哪用得著那么麻煩，直接裝尾翼就可以了?。∪思屹愜嚩际怯形惨淼陌。?shí)際上，在民用車上裝尾翼毫無必要。首先，尾翼確實(shí)能產(chǎn)生大量下壓力，但這是建立在巨大風(fēng)阻的前提下的。尾翼實(shí)際上就是一塊強(qiáng)行讓空氣減速的板，一方面，空氣減速了確實(shí)能產(chǎn)生下壓力，但另一方面，又會產(chǎn)生巨大的空氣阻力，這些空氣阻力會讓車子加速困難，油耗居高不下。
