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汽車尾翼對行車到底有沒有作用?

2019年04月20日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 8 ℃ 次

【張心欣的回答(125票)】:

簡單的回答是同作為翼型, 它們都有作用, 但是需要足夠的速度, 以及足夠的表面積來發揮這個作用.

F1方程式的尾翼是為了產生向下的壓力壓住車子, 好讓輪胎增加摩擦力, 因為在F1運行的速度上, 空氣會產生大量的湍流使得賽車變得難以掌控, "飄起來"

於是乎, 為了增加車的抓地力, F1方程式其實增加了兩個翼: 車前翼和車尾翼.

空氣由前方一個合理的切角進去, 經過車身, 再在後方的尾翼出產生向下的壓力, 只有這前後兩個力的協同作用, 才能把車壓得死死的, 不然的話, 車頭會翹起來的.

那這些翼到底是如何工作的呢?

扯開去說一點: 伯努力方程在尾翼(或機翼)空氣動力學中不適用。

伯努力方程研究的是勢流,是一種簡化的理想無粘流無旋流, 而空氣動力, 是低粘性(高雷諾數)的帶有大量渦旋的湍流.

與伯努利方程告訴我們的不同的是, 在真正的空氣動力學中, 產生壓力或者drag force的是邊界層渦旋(boundary layer vortices) <-- 這裡感謝 @馬拉轟 的討論, 鑒於知乎是一個分享"知識"的地方, 我把原來那個不準確的詞換成這個更對的說法.

那boundary laye vortices和他們的動態又是怎樣的呢? 舉個例子[1], 這是數值模擬的大量的渦粒子在機翼上形成, 並隨後運動到機翼後面的流體中去的一個樣子:

動圖戳此 [2]

cmg.soton.ac.uk/assets/

關於邊界層效應, 一個很啟髮式的想像是: 如果你在機翼表面測速, 速度應該是等於機翼運行速度的, 可是如果你在離機翼表面一個很小的delta以外的距離測速, 速度就是等於空氣速度的, 這其間很小的距離裡形成了一個很薄的shear motion層(我不知道中文是什麼...), 這其間, 空氣分子最方便的通過形式便是旋轉. 一個的滾動帶動了週遭的滾動, 於是產生了超多小漩渦的渦流.(湍流)

很慶幸的是, 由於這種渦流的存在, 使得在空氣或水流中運動的物體有了實實在在的阻力. 此時, 一個物體所受的力道正是渦旋叉乘速度沿著表面的積分(這也就是為啥我說需要足夠的表面積). 正是這種阻力的存在使得機翼在空氣運動中實實在在地被空氣"托"了起來. 而這種托舉的力道, 除了跟形狀有關外, 最大的關係乃是在速度和角度, 比如[3] .

我們可以注意到, 在較小的傾角時,其實邊界層不強, 也沒有什麼托力的.我們可以注意到, 在較小的傾角時,其實邊界層不強, 也沒有什麼托力的.

至此我們不難想像: 要產生足夠的托力或者壓力, 我們不但需要夠大的表面積, 還需要良好的角度, 以及足夠快的運行速度. 尾翼(配合前翼)只對賽車那樣的速度有作用, 對普通汽車, 一點作用也沒有.

一來不夠快, 二來不夠大, 三來角度也不對.......當擺設還嫌它難看呢.....

[1] Mark Stock,Modeling Rotor Wakes with a Hybrid OVERFLOW-Vortex Method on a GPU Cluster.

[2] Yusik Kim Wind Turbine Blade Flow in Abnormal Environments.

[3] Shao-wu LI et. al. Effect of turbulence intensity on airfoil flow: numerical simulations

and experimental measurements

【DavidKwok的回答(6票)】:

所謂的「尾翼」誕生之初就是為了適應空氣動力學。

一般汽車車速都會有個臨界值,在這個值之下地面摩擦阻力占主導,這個值之上空氣阻力占主導。

在賽車運動中,賽車的速度往往高於這個臨界值,所以空氣動力學設計在賽車運動中相對更重要。

一般所謂的汽車尾翼基本都是起到增加下壓力以提高抓地力進而提高操控性的作用,其基本原理與飛機機翼相反,伯努利方程另一種應用。在F1等頂級賽事中尾翼一般都是配合擴散器共同起到提高下壓力的作用。

說回到樓主的問題,有沒有用我覺得樓主應該是指民用車吧。

根據伯努利方程(p+ρgh+(1/2)*ρv^2=c)和我剛才提到的臨界值,汽車尾翼只有在汽車超過某一速度是才能起到空氣動力學作用,而一般民用車因為種種原因都很難達到那個臨界值。

所以結論是,大街上安裝尾翼的汽車除了極個別以外,即使車主認為能提高「性能」,但是實際上都是起的裝飾作用。

【水戈的回答(4票)】:

沒有去查,首先汽車這個有兩個,一個是擾流板,一個是車翼,個人淺薄的一點知識是汽車擾流板的作用是對汽車頂部氣流的一種干擾控制,因為車的造型,上部成弧形,當車速達到一定量的時候,頂部和底部的氣流會產生壓力差,基本原理跟飛機機翼一個道理,那麼車會有往上飄的趨勢,這時候的擾流板會進行干擾,破壞這個升力,使車不至於飄起來,以便輪胎繼續發揮更大的作用,推動車快速安全前行。車翼的實現目標一樣,不過它提供的應該是下壓力。一般大眾的車速度會有控制,所以不需要安裝,有些飆車的會裝,因為速度上來了。還有的就是耍酷。所以更多的你看到是在賽車上有。

車翼也分尾翼、前翼、副翼,車翼和擾流板不能亂裝,要有專業技能,比如車翼,裝的不好,下壓力太大,車速上來時車頭起翹你說是什麼感覺?還有裝的不對反而會產生升力。車翼一般都需要搭配擾流板一起裝,沒有擾流器來調整整車氣流,尾翼再大再漂亮也是徒有其表。這裡面嚴格的是要進行氣流測試和分析,就是風洞的那玩意。

各種擾流措施對於車輛降低油耗、增加整車操控性能或者增加車輛行駛最高時速都有非常大的幫助,前提是正確的安裝。如果沒有兩把刷子就不要折騰了

記得有年24小時耐力賽,某德國神車行駛中突然改跑為飛的壯舉就是亂加空氣動力學套件的最好例證。

若不對,請折疊

【非詞的回答(1票)】:

低速沒用,高速的時候就明顯了

【倪強的回答(1票)】:

高速時增加下壓力。

【知乎用戶的回答(2票)】:

民用車基本是為了好看。

【項卿的回答(1票)】:

我大概瞭解一些,有好有懷的,列出來你看一下

1 高速情況下(100公里每小時以上)尾翼可以提供額外下壓力

2 有些尾翼本身的重量較大,在低速時對車輛的性能表現有影響

3 有些自動尾翼在剎車可以提供額外的空氣阻力

4 自己亂裝尾翼有一定的危險性

【劉傑的回答(1票)】:

就沒有回答「優化氣流以減少阻力」的?裝尾翼一定是為了下壓力?雖然我覺得大部分民用車尾翼是樣子貨。

【Muchtar的回答(0票)】:

以F1來說,尾翼主要作用是控制空氣動力來增加下壓力,現在很多前驅車都裝尾翼,其實很不科學,高速度穩定性和操縱性會很差。

【毛穎博的回答(1票)】:

目前題主見到的汽車尾翼裡,除了F1這種速度的車輛外,其他幾乎所有的尾翼都是裝飾的。就咱平時開車那點小速度,尾翼產生的效果一陣風一刮就木有了。

【XiYang的回答(1票)】:

我對於「一般車尾翼純屬裝飾」存疑。按照擼戰雷的經驗,起飛的時候速度到80km/h左右,升降舵就已經有很明顯的舵效,能夠把後三點的飛機從抬頭狀態變成水平狀態。汽車在高速上怎麼也有100,那麼大一片的氣動力應當是不能忽視的。

而且,車尾翼除了提供下壓力,應當還有整理後車身流場的作用吧?

【淘寶商城的回答(0票)】:

需要足夠的速度, 以及足夠的表面積來發揮這個作用

【FazioliFazioli的回答(0票)】:

一句話,原廠的有用,自己隨便裝的沒經過專業風洞測試的沒用,不會增加多少下壓力,反而會擾亂氣流,增加阻力。

一般尾翼只有超過每小時80公里才能真正開始發揮作用。很多車上的可升降擾流板是80kmph才自動升起,更有很多跑車在120kmph才升起。

另外,很多人以為尾翼是減小阻力的,其實是增加高速行駛下壓力,提高穩定性的,一般來說會增加阻力。這也是為什麼八十年代又方又長的奧迪100風阻係數0.3,兩千年初五米多長的雷克薩斯LS430風阻係數0.257,而至今沒有超跑風阻低於0.33,能跑到340kmph以上的很多都0.37甚至0.4!

【嚴子陵的回答(0票)】:

特意看了下很多民用汽車加裝尾翼和F1等高速汽車的尾翼,發現民用下表面積要大,和高速汽車剛好相反

【張鈴的回答(0票)】:

看到有的F0,和夏利之類整個大大的尾翼,我覺得奇葩

【林雲的回答(0票)】:

1:當尾翼提供下壓力的時候,不可避免會有向後的阻力份量。對於用車來說,就是費油。

2:在車尾加裝尾翼,可以調整流經汽車頂部的空氣,破壞或減少尾部湍流,減少渦旋。可以減輕空氣對汽車的抬升作用。增加後輪抓地力。

【劉師尚的回答(0票)】:

在民用車上面 回答很簡單 「沒用

標籤:-汽車 -流體力學 -計算流體力學(CFD)


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