深呼吸　超跑空氣動(dòng)力學(xué)

Jens Dralle　武明揚(yáng)

Aventador SVJ 和Huracán Performante均采用價(jià)格高昂的ALA 系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化

請(qǐng)拿出筆和紙，寫(xiě)下您能記住所有與汽車空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)的名詞。我猜您最先想到的是cW（空氣阻力系數(shù)）——沒(méi)錯(cuò)，知道這個(gè)名詞含義的人應(yīng)該是占大多數(shù)。正面投影面積？如果您想到了這個(gè)詞，那還真是不容易，畢竟大多數(shù)人并不了解這個(gè)詞的含義。

那您是否聽(tīng)說(shuō)過(guò)CAV、CAH？這兩個(gè)詞分別代表前后輪的氣動(dòng)升力系數(shù)。這確實(shí)有些超綱，畢竟絕大多數(shù)汽車廠商在發(fā)布新車時(shí)并不會(huì)提及這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)。然而，對(duì)開(kāi)發(fā)高性能跑車的工程師來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)值的大小對(duì)加速性和最高車速至關(guān)重要。換言之，工程師應(yīng)盡量減少空氣阻力在車身表面上的作用面積。除了提升性能外，這種方式還將對(duì)燃油效率帶來(lái)優(yōu)化。另一個(gè)優(yōu)化思路是將空氣引導(dǎo)至理想?yún)^(qū)域以最大程度地利用氣流一如何做到這一點(diǎn)？答案是，降低車輛的氣動(dòng)升力。

盡管這是一種不錯(cuò)的手段，但最有效的依然是增加氣動(dòng)下壓力，即將CAV和CAH降為負(fù)值?！皩?duì)于我們空氣動(dòng)力學(xué)工程師而言，最大的挑戰(zhàn)在于，如何在不增加空氣阻力的情況下提升氣動(dòng)下壓力”，保時(shí)捷空氣動(dòng)力學(xué)開(kāi)發(fā)經(jīng)理托馬斯·威根德（Thomas Wiegand）如是說(shuō)，而這正是保時(shí)捷在打造高性能跑車過(guò)程中實(shí)施的設(shè)計(jì)理念。

例如，保時(shí)捷911的造型可產(chǎn)生氣動(dòng)升力?！埃?11）車尾擾流板的位置和角度可調(diào)節(jié)，該主動(dòng)式部件可顯著降低車輛的氣動(dòng)升力，從而確保車輛在垂直方向上的受力平衡。該部件的另一好處在于降低空氣阻力，進(jìn)而使油耗和排放得到優(yōu)化。由于主動(dòng)式部件僅在高速行駛時(shí)工作，因此911的經(jīng)典后驅(qū)特性在低速狀態(tài)下得到了保留”，威根德解釋道。最近一段時(shí)間以來(lái)，搭載旅行套件（Touring Package）的GT3銷量不錯(cuò)——從中我們可以得出結(jié)論，并非所有購(gòu)買者都喜歡擁有外置大尺寸尾翼。

移除了外置大尾翼的旅行套件版GT3是否會(huì)因?yàn)闅鈩?dòng)壓力不足而飛起？答案是否定的。保時(shí)捷工程師增加了車身尾翼的迎角并額外設(shè)置了擾流板分流棱邊。相比于搭載外置大尾翼的常規(guī)版GT3，穩(wěn)定性差異只有在賽道上的超高速狀態(tài)下才會(huì)體現(xiàn)。

尾翼的必要性

設(shè)計(jì)和氣動(dòng)下壓力是一對(duì)彼此對(duì)立的存在，蘭博基尼的產(chǎn)品經(jīng)理同樣非常清楚這一點(diǎn)：“當(dāng)我們上市一款全新車型時(shí)，就空氣動(dòng)力學(xué)而言，（無(wú)外置尾翼設(shè)計(jì)）是個(gè)非常不錯(cuò)的這種方案：易于駕駛且車速和靈活性能夠得到保障。在這種情況下，前輪產(chǎn)生的升力能夠通過(guò)四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得到補(bǔ)償。未來(lái)，我們還將在后續(xù)競(jìng)速版車型上采用該方案。例如，我們?cè)贖uracan Performante上首次搭載了ALA系統(tǒng)，并在Aventador上采用SVJ系統(tǒng)”，蘭博基尼空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)責(zé)人安東尼奧·特魯喬（Antonio Torluccio）解釋道。

為了能夠在高速狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和橫向加速度優(yōu)化，如特魯喬所言，“3%至4%空氣阻力系數(shù)降幅”為可接受范圍。通常來(lái)講，汽車的環(huán)流和穿流同樣需要優(yōu)化。其中，穿流有助于動(dòng)力單元和制動(dòng)部件的散熱，而環(huán)流則會(huì)對(duì)駕駛表現(xiàn)帶來(lái)影響。

800馬力級(jí)跑車邁凱倫塞納的負(fù)責(zé)人馬庫(kù)斯·韋特（Marcus Waite）同樣將主動(dòng)式空氣動(dòng)力學(xué)視為關(guān)鍵技術(shù)：“這為我們提供了更高自由度。得益于此，我們可以根據(jù)賽道的實(shí)際情況對(duì)平衡性和空氣阻力系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)?！边~凱倫跑車輕量化尾翼的重量?jī)H5千克，可同時(shí)作為氣動(dòng)制動(dòng)器和氣動(dòng)下壓力生成器，進(jìn)而提升跑車的最高車速。該尾翼的迎角角度最高為25。。在車輛前部，襟翼的作用與尾翼相反。此外，邁凱倫跑車的車身高度可在競(jìng)速環(huán)境下降低50毫米，從而利用所謂地面效應(yīng)以產(chǎn)生更高的下壓力。當(dāng)然，光滑的大尺寸車底表面是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提。

回顧歷史：在20世紀(jì)70年代，Chapparal車隊(duì)和Brabham車隊(duì)曾對(duì)“風(fēng)扇賽車”進(jìn)行了試驗(yàn)，即在賽車上加裝風(fēng)扇以抽出車底區(qū)域的氣流。如今，擁有不同外觀的跑車是否可以在空氣動(dòng)力性能上占據(jù)優(yōu)勢(shì)？邁凱倫工程師韋特借鑒DRS（Drag Reduction System，即減少空氣阻力系統(tǒng)）并將其移植到量產(chǎn)跑車上。自2011年起，F(xiàn)1賽車搭載DRS可變式尾翼部件。

F1賽事對(duì)跑車品牌的借鑒作用不僅限于此：“我們利用符合F1標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)風(fēng)洞進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并以CFD（Computational Fluid Dynamics，計(jì)算流體力學(xué)）作為理論輔助。這種方式提高了設(shè)計(jì)可用性評(píng)估的效率?！?/p>

無(wú)需動(dòng)態(tài)測(cè)試？并不是。“測(cè)試必不可少。我們會(huì)通過(guò)測(cè)試對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。由于需要對(duì)車輛進(jìn)行偽裝處理，因此這些測(cè)試通常在夜晚或在封閉賽道內(nèi)進(jìn)行。”安東尼奧·特魯喬補(bǔ)充道：“在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)與懸架設(shè)置交互作用的仿真難度非常大。盡管我們?cè)谠擃I(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展，但人類測(cè)試駕駛員的反饋仍是最終的決定性因素”，蘭博基尼工程師如是說(shuō)。不僅如此，“系統(tǒng)可對(duì)空氣動(dòng)力性能中的70%進(jìn)行模擬”——得益于技術(shù)優(yōu)化，這一比例正在不斷增加。

開(kāi)閉之間助力性能提升

蘭博基尼ALA（Aerodinamica Lamborghini Attiva）系統(tǒng)（Attiva即意大利語(yǔ)中尾翼的意思），區(qū)別于常規(guī)可變式尾翼，而是在車身前后區(qū)域設(shè)置可開(kāi)閉導(dǎo)流孔。在導(dǎo)流孔開(kāi)啟的狀態(tài)下，空氣阻力降低;在閉合的狀態(tài)下，啟動(dòng)下壓力升高。車尾導(dǎo)流孔支持單側(cè)開(kāi)閉，增加低附著力后輪的摩擦力，從而使CAH降至負(fù)值區(qū)間。

在特魯喬看來(lái)，這是一項(xiàng)具有未來(lái)潛力的技術(shù)：“在確保風(fēng)翼剛性的前提下，車輛輕量化得以實(shí)現(xiàn)。此外，主動(dòng)式部件的響應(yīng)時(shí)間很短。”尾翼的尺寸無(wú)需過(guò)大：“單位面積可承受的載荷非常高。對(duì)以競(jìng)速為主要使用場(chǎng)景的高性能車來(lái)說(shuō)，外置尾翼仍是產(chǎn)生氣動(dòng)下壓力最有效的解決方案?！?/p>

保時(shí)捷采用了區(qū)別于邁凱倫和蘭博基尼主動(dòng)式風(fēng)翼部件的方案，而是仍然在911的衍生車型GT2RS和GT3RS上采用大尺寸外置尾翼。其中的一個(gè)原因在于，保時(shí)捷采用了后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。事實(shí)上，后輪轉(zhuǎn)向與空氣動(dòng)力性能彼此影響：在高速狀態(tài)下，后輪與轉(zhuǎn)向輪保持相同的方向，換言之，車輛的等效軸距被拉長(zhǎng)，駕駛穩(wěn)定性得到提升——而這恰恰是空氣動(dòng)力學(xué)本應(yīng)起到的作用。保時(shí)捷空氣動(dòng)力學(xué)專家威根德認(rèn)為，主動(dòng)式系統(tǒng)將是未來(lái)的發(fā)展方向。同底盤(pán)之于駕駛特性一樣，擾流板、風(fēng)翼和可調(diào)節(jié)冷卻氣流將同樣扮演重要的角色。

“取決于車型定位的不同，主動(dòng)式懸掛和空氣懸掛能夠在一定速度區(qū)間內(nèi)降低車身的高度”，威根德如是說(shuō)——地面效應(yīng)是其原理所在。哪款車型率先搭載了該技術(shù)？答案是保時(shí)捷959：這款搭載四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的跑車生產(chǎn)于1986至1988年，價(jià)格高達(dá)42萬(wàn)歐元。

首款搭載電動(dòng)伸縮式尾翼的車型為1989年上市的911 Carrera 4（964），CAH從0.18降至0.02。保時(shí)捷對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化部件的開(kāi)發(fā)從未停歇，目前正在對(duì)一種全新材料進(jìn)行研究：該材料的形狀可根據(jù)電壓和溫度的不同發(fā)生改變，進(jìn)而優(yōu)化空氣動(dòng)力性能。既然車輛的物理尺寸很難不斷縮小，那么未來(lái)，車輛的所有空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)是否都將變?yōu)榭芍鲃?dòng)式調(diào)節(jié)？這確實(shí)是個(gè)不錯(cuò)的研發(fā)方向。

除了用于道路仿真的傳送帶式測(cè)試系統(tǒng)外，保時(shí)捷的測(cè)試風(fēng)洞還能夠產(chǎn)生斜向氣流，幫助開(kāi)發(fā)部門(mén)分析空氣阻力系數(shù)和氣動(dòng)下壓力值對(duì)車輛駕駛表現(xiàn)的影響