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科普知識
數(shù)據(jù)分類:
FFC連接器

賽車背后的空氣動力學

發(fā)布日期:2022-04-27 點擊率:30

方程式賽事的核心在于讓賽車既能有足夠的直道速度,也能保證足夠的彎道速度。而相對應,空氣動力學核心在于既能減小阻力,又能保證足夠的下壓力,提高賽車的綜合表現(xiàn)。為了達到這一目的,各車隊技師及研究人員運用了多種空氣動力學、流體力學相關理論。下面我們先來探究方程式賽車現(xiàn)有的空力套件背后的空氣動力學理論。

1汽車所受阻力
對于汽車來講,空氣阻力分為摩擦阻力和壓差阻力。因為自身的粘性,空氣對汽車表面會有摩擦作用,即有摩擦力。這里的摩擦力,與物理課上所說的摩擦力是同一種力,最終作用的效果都是對物體的相對運動形成阻礙。



而壓差阻力則是因為汽車在行駛過程中不斷穿破周圍的氣流,改變了空氣微團的相對位置,一些部分微團多,氣壓相對較高,另一些部分微團少,氣壓相對低。高氣壓區(qū)對低氣壓區(qū)有壓強差,形成了壓力,而這種壓力就是壓差阻力。實驗結果表明,在汽車以80Km/h以上的速度行駛時,壓差阻力占95%以上。

在方程式賽車中,如果能將引起壓差阻力的氣流合理的整合與引導,便可以增加賽車彎道中所要求的下壓力,使賽車在彎道中的速度更高。

2文丘里效應
文丘里效應,又稱文氏效應。這種現(xiàn)象以其發(fā)現(xiàn)者,意大利物理學家文丘里命名。這種效應可以制作出文丘里管。當氣體或液體在文丘里管里面流動,在管道的最窄處,氣體被加速,動壓達到最大值。由伯努利方程可以知道此時流體內(nèi)部壓力(靜壓)達到最小值,于是文丘里管的“脊”內(nèi)外兩側產(chǎn)生壓力差,壓力方向為從文丘里管外側指向內(nèi)側。



文丘里效應對于方程式賽車的擴散器具有重要參考意義。在方程式賽車中,賽車的底部并不同于普通的家用車做成鏤空的形狀,而是安裝一個文丘里管形狀的擴散器。文丘里的“脊”設計在某一位置,這一位置使得擴散器,包括內(nèi)部引導的氣流,與整車配合,使得提供的下壓力達到最大。實際賽事中的遙測數(shù)據(jù)表明,擴散器可以提供整車下壓力的45%以上。




擴散器的實際形狀與壓力分布,顏色越接近紅色代表力越大,越接近藍色越小

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