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发信人: silverstone2000(银石) 整理人: lee2519(2002-12-11 12:00:01), 站内信件 |
| 发信人: Hawkbird
在空气动力学中，应力的两个主要方面是：减慢车速、下压力——让赛车紧贴地面运动。空气动力学专家工作的目的是在尽可能大的提高下压力的同时产生最小的阻力。但是显而易见，这个构想永远不可能实现，所以需要一个折衷的办法。让我们开始研究一下应力。 空气动力学是一个复杂的概念，你怎么会凭空受到力的作用呢？有一个简单的说明可以帮你解开心中的谜团，让理论更容易被理解。 想象着从一滩糖浆上疾驶过去，糖浆会让你的车速减慢。再想象你的车开过一片水塘，你的车速依旧会减慢，只是没有先前那么多。现在想象在一片空气里，是不是就没有什么可以减慢你的车速了呢？错！事实上存在。所有的液体和气体都由那些可滑动的粒子组成。一些粒子要比另一些有粘性，不能轻易的滑动，这就是粘度。当液体或气体（糖浆、水或者空气）通过一个表面时，最靠近表面的粒子层会附着在表面上。而这一层之上的粒子运动会因为物体表面静止不动的粒子层而减慢。同样，这一层以上的粒子的运动也会受到影响，导致滑动速度的减慢，只是减少量减小了。离物体表面越远，粒子层受的影响越小，直到它们以自由粒子移动。那一段导致粒子滑行速度减慢的层，称之为临界层。它出现在每一个物体的表面，形成表面摩擦力。 力需要改变分子的运动方向，于是形成了第二种的力，称之为形状应力。在空气动力学中，尺寸也是因素。虽然你不能感觉到，但是举着杯托通过粘稠气流要比举着餐盘通过更为容易。简单的说，相比起杯托的面积，有更多的分子遇到餐盘需要改变方向。赛车的前鼻（当你正面看到赛车的那一部分）也是同样的道理，前鼻越小，分子改变方向的面积越小，也越容易通过。少量的引擎动力被流动的空气所吸收，绝大多数都转化为在赛道上疾驶的动力。在规定的引擎作用下，赛车就能跑得更快。 遗憾的是，这并不是那么简单的。物体的形状也是很重要的，它决定了分子移动的难易。空气习惯附着于物体表面，所以在气流中拉动一个光滑表面的盘子要比拉一个类似前鼻的弧线状碗困难的多。气流会在碗状表面上翻转，但是却会黏着在光滑的盘子表面。空气动力学的研究发现，“泪珠”状形体最易于通过气流。圆头在前，尖端在后。这对于大多数人来说是很奇怪，因为很明显，尖的物体应比圆而胖的物体更容易通过气流。所以我们要在讨论一下这种思维上的分歧。 当气流沿着曲线运动（或是改变方向），只要是薄薄的，它的运动不会发生改变。然而，当曲线有一定的形状，或者方向的突然变化（就像遇到尖的物体），气流会在物体表面一分为二，而没有足够的能量来通过表面。这种情况是需要避免的，因为临界层是很厚的，前面的气流就会减慢，并像固体表面一样阻挡了后面的气流。所以尖的物体通过气流只能产生更大的阻力。 那么是不是圆形物体在空气中运动最为理想呢？错了！当一个球在空气中运动,一开始气流会随着球的弧线而变化，然而，当它通过球体半径最大处后，气流仍会追寻球的弧线，但这时球面已急剧趋向减少。对于气流运动来说这是最困难的，所以当气流通过半径点后，就不再依附于球体表面，而变得散乱无章。 散乱的气流会无序的旋转，比起自由运动的气流产生的压力较小，所以会产生吸引力来阻碍球体的运动，减慢其运动速度。而前面所提及的泪珠状物体，当气流通过类似球体的弧线后到达临界破坏点时，泪珠状形体会有一个倾斜面来支撑气流的运动。物体得以干净利落的以最小的阻力从气流中通过。举个简单的例子：一个自由下落的悬垂液滴必定是泪珠状，因为这样的空气阻力最小，如果只是简单的球面，只会造成更大的阻力。 最后一种应力是诱导应力，它是下压力不可避免的产物，这就是先前所提到理想空气动力的最终目的：在最小阻力的情况下，产生最大的下压力。现在只要明白存在的三种阻力，更多的将在下一章中作详细的解释。这三种阻力为车辆的设计带来很多的麻烦。在相同速度下，阻力越大，引擎工作情况越困难。然而如果有高性能的引擎，即使在很大的阻力下，还是能获得极限时速。最主要的是得到充分的下压力，其次考虑阻力的问题，这就是F1设计师的工作目的。 ---- 
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