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汽車(chē)上的空氣動(dòng)力學(xué)原理

1、F1汽車(chē)上的很多部件都利用了空氣動(dòng)力學(xué)，例如尾翼，請(qǐng)?jiān)敿?xì)介紹一下，專(zhuān)業(yè)F1賽車(chē)上是如何利用空氣動(dòng)力學(xué)的。2、普通家用汽車(chē)也利用了空氣動(dòng)力學(xué)，例如后備箱蓋后檐會(huì)微微翹起，請(qǐng)?jiān)敿?xì)介紹普通家用汽車(chē)都有什么地方用到了空氣動(dòng)力學(xué)，是如何利用的。
問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 2017-07-10
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我們通常認(rèn)為空氣或風(fēng)不能算作墻。在低速行駛或者無(wú)風(fēng)的情況下，汽車(chē)與空氣間的相互作用力通常可以忽略不計(jì)。但在高速行駛或遇到大風(fēng)天時(shí)，空氣阻力將對(duì)車(chē)輛的加速性能、操控性能和燃油效能產(chǎn)生巨大影響。根據(jù)空氣動(dòng)力原理設(shè)計(jì)的汽車(chē)能夠獲得更好的加速性能和燃油效能，因?yàn)橐娌恍枰a(chǎn)生太多能量幫助車(chē)輛穿越氣墻。工程師們已經(jīng)設(shè)計(jì)出數(shù)種方法。比如說(shuō)，更為圓滑的車(chē)身外觀(guān)設(shè)計(jì)，使得空氣從車(chē)輛四周平緩流過(guò)，將阻力減至最小。一些高性能的車(chē)輛甚至連底盤(pán)設(shè)計(jì)也考慮到了空氣動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題。許多車(chē)配有阻流板，也稱(chēng)尾翼，以防止空氣抬升車(chē)輪，提高車(chē)輛高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性。 不過(guò)正如您將在后文中閱讀到的那樣，阻流板的裝飾作用可能還大過(guò)實(shí)際意義。汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)性能是用風(fēng)阻系數(shù)來(lái)衡量的。從本質(zhì)上講，風(fēng)阻系數(shù)越小，汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)特征越明顯，也就越易于穿越阻撓行進(jìn)的氣墻。為了達(dá)到最大的下壓力，F(xiàn)1賽車(chē)采用高風(fēng)阻系數(shù)。您可能會(huì)認(rèn)為一級(jí)方程式賽車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)非常低，畢竟空氣動(dòng)力性能很高的車(chē)肯定跑得更快，對(duì)吧？但實(shí)際情況恰好相反。標(biāo)準(zhǔn)的F1賽車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)約為0.70。為什么F1賽車(chē)能以每小時(shí)300余公里的速度行駛，但卻不具備您想象中的高空氣動(dòng)力性能呢？那是因?yàn)镕1賽車(chē)在設(shè)計(jì)上必須考慮盡可能產(chǎn)生下壓力。以賽車(chē)的行駛速度，再加上自身超輕的重量，F(xiàn)1賽車(chē)在達(dá)到一定速度時(shí)會(huì)開(kāi)始產(chǎn)生提升力，迫使它們像飛機(jī)一樣離地。當(dāng)然汽車(chē)不是用來(lái)飛行的，一旦飛起來(lái)很可能造成毀滅性事故。所以必須最大化下壓力，以確保賽車(chē)在地面上的高速行駛。因而采用高的風(fēng)阻系數(shù)也是有必要的。裝在F1賽車(chē)前后部的雙翼和阻流板使風(fēng)阻系數(shù)變高成為現(xiàn)實(shí)。雙翼穿過(guò)氣流產(chǎn)生下壓力，這樣使得轉(zhuǎn)彎速度達(dá)到最大。但是必須保持與提升力之間的平衡，使賽車(chē)能夠達(dá)到合適的直線(xiàn)行駛速度。在一些家用車(chē)上，我們能夠看到阻流板和雙翼，比如本田和豐田轎車(chē)。這些配件真的增加了汽車(chē)的氣動(dòng)性空氣動(dòng)力性能嗎？某些情況下，它能稍許提高高速行駛的穩(wěn)定性。原本奧迪TT（Audi TT）的后行李箱蓋上沒(méi)有阻流板。但后來(lái)奧迪發(fā)現(xiàn)它渾圓的周身產(chǎn)生了太多提升力而導(dǎo)致幾起事故的發(fā)生，所以決定增加阻流板。然而在多數(shù)情況下，在普通車(chē)身后固定一個(gè)大型阻流板并不能提高駕馭性能、速度、或者整體操控性。有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生轉(zhuǎn)向力不足或者無(wú)法轉(zhuǎn)彎的問(wèn)題。但如果您認(rèn)為大大的阻流板并不影響您的本田思域（Honda Civic）的美觀(guān)性，您盡可不去理會(huì)別人的意見(jiàn)。豐田新普銳斯有很高的燃油效能，這要部分歸功于它獨(dú)特的外形。您還記得上世紀(jì)七八十年代沃爾沃古老的方塊車(chē)嗎？舊款沃爾沃960轎車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)是0.36；新款沃爾沃的外觀(guān)更光滑，更具有流線(xiàn)美感。s80系列轎車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)只有0.28。這證明了汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)是更加光滑，更具流線(xiàn)型的外觀(guān)，也就是說(shuō)更符合空氣動(dòng)力學(xué)原理的設(shè)計(jì)。讓我們以自然界中最符合空氣動(dòng)力學(xué)性能的物體——眼淚為例。淚滴是光滑圓潤(rùn)的，它的頂端呈錐形。在眼淚下落的過(guò)程中，空氣從周?chē)槙郴^(guò)。這與汽車(chē)一樣，光滑圓潤(rùn)的車(chē)身使得空氣從周?chē)鬟^(guò)，減少了空氣阻力。許多人曾質(zhì)疑豐田新普銳斯（Toyota Prius hybrid）的奇特外觀(guān)，但它卻有著極佳的空氣動(dòng)力學(xué)性能。它0.26的風(fēng)阻系數(shù)使之達(dá)到了很高的燃油效能。實(shí)際上風(fēng)阻系數(shù)每減少0.01，每加侖燃油的行駛里程就能增加0.2英里。滿(mǎn)意就選最優(yōu)。
回答者：網(wǎng)友
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