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Aerodynamics & Body空氣力學與車身設計

資料來源:Goo 車訊網     2010/10/18
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在F1賽車剛開始的1950年代,那時賽車造型可不是今天這副模樣,雪茄狀的圓滾車身很單純只為了將風阻減到最低,也代表汽車界在當年對空氣力學的認知與觀點,一直到1960年代之後才開始出現加裝「翅膀」的F1賽車,汽車在空氣力學方面的技術運用也開始有了顯著進展,隨之而來的地面效應與風洞實驗室的模擬測試,讓F1賽事的最快單圈時間不斷被刷新,而超跑的速度也愈來愈快,操控更加穩定。
空氣所產生的力量超乎你的想像
F1賽車一直被視為最新汽車尖端科技的競賽平台,其中空氣力學設計更直接影響著賽車的性能表現與成績,且勝負往往只在零點幾秒之間,因此這些技術也經常被運用在汽車及超跑身上。Ferrari是最具代表性的品牌,而實際上也因為賽車部門與新車生產部門均隸屬同一家公司,許多得自F1賽車的技術也運用在街道超跑的設計上。以最新的458 Italia為例,外觀有許多造型設計均讓人直接聯想到F1賽車,如車頭的進氣口裡頭便設置一對有如F1賽車鼻翼的導流翼,且具彈性的軟材質可隨速度與壓力而改變形狀,藉此改變高速狀態的下壓力。
如何讓一部超跑能夠同時兼具低空氣阻力、高下壓力並產生足夠的散熱效能?這雖然是一門大學問,但從F1賽車與最新的超跑設計仍可以找到答案。設置在車頭的散熱水箱雖然能達到最佳的排熱效果,但相對也會增加高速狀態下的氣流阻力,因此現今超跑大多採用體積較小的雙水箱並放置在車身兩側,更極端一點的如Lexus LFA甚至更將水箱放到車尾,藉此讓車頭有更充分的設計空間並將空氣阻力減至最低程度。
早期賽車的概念仍僅著重於減低空氣阻力,車身外部並未有任何空氣力學套件。
地面效應的威力驚人
平整化的車身底板與地面效應則是另一項具代表性的空氣力學技術。一部超跑除了在車身前後加裝多項可改變或導引氣流配件來增加下壓力之外,實際上溜過車身底部的氣流對高速行駛的穩定性亦有著重大影響。
新一代超跑在車頭下方的進氣口與底部均採用更複雜的造型設計,在前保桿兩側或周遭設置大量的排氣口,讓進入車頭的散熱氣流可以加快排出的速度以減低壓力與阻力之外,甚至還會設置導引氣流進入車身底部的氣口,再結合平整化的底板與車尾下方的分流器(Diffuser),能加快流經車底的氣流速度而減少壓力,讓車身上方的氣壓大過於底部而增加下壓力,這就是基本的地面效應概念。
當然,為了達到此目的,每一款超跑便得隨各自的機械結構特點而採取因應措施以達成目標,除了前面提及Lexus LFA的後置散熱水箱之外,如SLR McLaren便將排氣管設置在前葉子板兩側,讓車身底部可以完全平整,跟Ferrari 430 Scuderia將排氣管出口設在後保桿上方是相同的概念

最新的空氣力學概念除了強調下壓力與減低阻力之外,甚至連流經底盤的空氣也在考量內。
風洞測試已成為不可或缺的一環
隨著電腦控制技術大量運用,現今新一代超跑在主動式翼面的角度控制也更加廣泛。如同飛機的翼面角度控制,現今頂級超跑身上的導流翼作動已經不是單純只隨車速而上升或下降,連揚起的角度大小都在調整範圍內,甚至在緊急煞車時後擾流板還會瞬間將角度拉到近乎垂直狀態,繼而產生氣動煞車的效果,此時除了大幅增加空氣阻力外,所產生的下壓力還會抑制車身重心前移的程度讓後輪維持穩定的抓地力與循跡性,擁有此功能的代表性車種就是Bugatti Veyron 16.4與M.Benz SLR McLaren。
當然,為了能夠確保設計概念符合實務運作的要求,並確保車輛在高速狀態下的所有伺服機構與空力套件可以正常運作,研發部門會先以實體模型在風洞實驗室中進行測試,計算出最佳的空氣力學造型及產生的下壓力數值。以Enzo Ferrari為例,車速在200 km/h時可以產生344公斤的下壓力,300 km/h時為775公斤,而時速350 km/h時則為585公斤。

從流經車頭的空氣、引擎散熱用途的氣流導引與排出,還有煞車系統的冷卻氣流都被視為空氣力學設計的重要一環。

平整化的底板是產生地面效應的重要配件之一,能藉由底板形狀來調整車身前後的下壓力。

以大家最熟悉的波音747-400客機為例,滿載狀態下的起飛重量約為400噸,但速度達到320km/h時就能夠騰空起飛,所憑藉的就是空氣力學,而近年許多高性能跑車便因為此技術,再結合先進的電子控制系統、成熟動力技術與複合材料運用,時速突破300km/h已是家常便飯,近期Bugatti推出的最新款Veyron Super Sports甚至已將極速推進到431km/h,這個數字也代表汽車在空氣力學方面的發展又向上提升到另一個層級。
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