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赛车上的空气动力学

时间:2023-10-12 11:34:57

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赛车上的空气动力学

赛车上扩散器的核心作用是加速流经车底的气流,在车底产生低压区,进而增加下压力。

扩散器是安装在F1赛车后底部产生下压力的空气动力学套件。在F1赛车中增加的下压力可提高赛车过弯速度,这在分秒必争的比赛中是非常重要的。据统计,扩散器在F1赛车中约产生了50%的汽车下压力。

下压力是如何产生的?

下图是一个产生下压力的翼型剖面。空气流经机翼下方的位移要大于流过上方的位移,使得机翼下方的气流速度大于机翼上方的气流速度,根据伯努利原理,在上下表面将会产生压力差,产生了所谓的下压力。

那么赛车上扩散器的原理也是加快车身底部气流速度,减小底部压力,产生了更大的上下表面压力差,以使得赛车以更高的速度进入弯道。

扩散器如何发挥作用的?

扩散器在赛车底部产生了一个真空区域,这意味着车身底部的气流将会加速流向这个区域,根据伯努利原理,在车身底部将会产生更大的负压。同时由于文丘里效应,气流在流经扩散器喉管部位时速度最快,在这个位置会出现负压极小值区域。因此扩散器增了赛车底部气流的速度,形成低压区,达到了增强赛车下压力的效果。

上图是CFD仿真获得的某赛车底部的压力云图,蓝色为低压区,红色为高压区。可以看到车身底部为负压区,在扩散器喉管部位为负压极小值区域,这个位置速度也达到最大。在扩散器内部,由于空间变大,速度降低,压力逐渐增大。因此扩散器带来的下压力主要是在底盘区域,在扩散器内部并没有产生额外的下压力。

从LMP原型车底部压力系数的变化也可看到在扩散器喉管位置压力最小。

上图可看到底部气流的速度变化情况。

扩散器的扩散角或坡度是非常重要的,扩散器必须有一个逐渐变化的角度,防止气流在顶部和侧面分离。

一些赛车上的扩散器

CAERI 视点

扩散器对汽车下压力的提高是非常显著的,随着汽车驾驶速度提高,不仅仅是赛车,在强调操纵性的量产车上也开始出现了扩散器设计,这对提高汽车高速下的稳定性是十分有益的。

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