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F1賽車空氣力學視意圖
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車輛的空氣下壓力,來自於撞風面的阻力,而將車身撞風面設計成斜面,正是為了藉由15~20度斜面,將一部分的撞風阻 力,轉向為下壓力。

 

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↑這也就是為什麼改裝車都說尾翼愈翹,車尾的下壓力愈大,高速行駛時愈穩定,愈不容易漂浮、搖擺。但卻也容易造成拖累「尾速」的後遺症。


「下壓力」的優缺點對於競速而言, 就像是一把雙面刃,利用適當的下壓力,能幫助車身克服高速彎中的離心力,但過度加大下壓力,卻會造成車輛運動狀態的「僵硬」、「遲鈍」。因此,如何能在不增加撞風阻力的前提下,盡量讓車身緊貼路面行駛,就成了賽車空氣力學的問題。

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前幾年的F1方程式曾流行這種「變形定風翼」,藉由改變定風翼的材質強度,估算定風翼在時速多少以後要彎曲成「低風阻造型」。車隊會先算出每個賽道的最高速彎時速為幾Km/h,假設該場地的最高速彎極限為230km/h,那麼定風翼就會在230km/h以前保持高風阻的造型,以高下壓力模式幫助車輛克服離心力。但當進入大直線全力衝刺之後,這些定風翼就會在231km/h開始變成「低風阻造型」。


但除了來自於車頂氣流的下壓力之外,科學家發現流經底盤的空氣也影響著車輛是否會漂浮。來~我們先看看賽車為什麼那麼怕車子「浮起來」
 
車頭之所以會浮起來,可以確定的是車頭浮力大於下壓力!但我們剛剛說過,一昧的增加下壓力會拖累尾速,所以解決「浮力」的方式,也可以利用「底盤平整化」著手。


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底盤平整化的主要意義在於將原本凹凸不平的底盤,蓋上一面平板,藉以減少車底的風阻,加快空氣穿越底盤的速度,只要底盤的空氣排出速度比車頂空氣流過的速度快,就能確保「壓力」大於「浮力」。換句話說,如果靜止狀態下,車頂與底盤的大氣壓力都是1大氣壓,平整化後的底盤氣壓,將會低於0.9大氣壓,形成一種「真空效應」,採用將車輛「吸」在地上的方式,不需增加風阻。


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 此外,底盤氣流能變的把戲還不只「平整化」這招!直譯為「擴散器」的Diffuser,更有不可思議的高速推進效果!

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分流器(Diffuser)的原理,是利用「文氏管理論」高壓區與低壓區的流體加速效應。

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什麼是文氏管效應(Venturi tube)?
依據流體力學中的「白努利 (Bernoulli) 定律」,在一個連續固定的流場中,當流體流速增加時,流體的壓力會下降。而文氏管效應就是利用流體(空氣)流速增加所產生的低壓吸力。在文氏管中,空氣流經口徑較窄的喉部被加速,這些被加速過的空氣,到了出口之後便會形成一股噴射力道。
  

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正因為擴散器(Dffuser)的加速效果有目共睹,所以在Ferrari、Lamborghini、Lotus等純種跑車身上必見Diffuser,一些以性能房車為基礎的改裝車、比賽車,也有樣學樣的裝起了Diffuser。但學還得要學精才有用,上圖這輛Impreza STI為例,就有「鰭片」過短、過窄,導致空氣壓縮量不足;以及後保桿未開孔,導致空氣蓄積無法排出,反而增加風阻的錯誤設計。

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這就是為何Ferrari後保桿不只加裝Diffuser,還要在保桿上開孔的原因。排出氣流、減少阻力!

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至於這輛RX-7的底盤後下護板,雖然也具有明顯的空力效應,但就造型來看,它的施力面積還是從護板的上方,以「鏟風」的方式製造下壓力。正中間雖然有個文氏管造型的凹槽,但空間過大,空氣壓縮效果並不明顯。這也就是為何Ferrari和F1方程式賽車,要採用六格式Diffuser,而不採用單格式Diffuser。


















 

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