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风阻系数=空气动力学?路特斯“驭风决”了解一下

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近代物理学之父牛顿可能无法想象,他对空气阻力的力学诠释,究竟带来了怎样宏大的动力飞行世界。

空气动力学之父英国人George Cayley无法想象,他提出的“升力”概念究竟产生了多大的推力,为今天的汽车下压力指明了方向。

天才工程师柯林·查普曼同样无法想象,他对空气动力学的痴迷钻研和大胆实验,为他所创立的路特斯品牌推出全球首款纯电超跑Evija积累了多么宝贵的财富。

走进路特斯上海体验中心,目光完全被这台纯电超跑Evija牢牢吸住,在跑车世界里,它是稀缺和渴望的交织,2000匹马力、1680公斤、孔隙式设计全是它的注释,作为世界上量产车马力最大、车重最轻的纯电超跑,Evija体现了路特斯空气动力学的哲学思考,尤其是直接贯穿整车的两个硕大的文丘里管道,在降低风阻的同时又提升了下压力,很好地引导气流通过车身,极大地解决了汽车的空气动力学难题,即牛顿提出的空气阻力问题、George Cayley提出的升力问题以及侧向力问题。

现在的汽车品牌几乎都在提空气动力学,而作为汽车空气动力学应用的开路先锋,路特斯的探索之路并非一帆风顺。当F1冠军王座被路特斯车队抢走,恩佐·法拉利曾带着复杂的心情说:“造不出好引擎的人,才会去研究空气动力学。”与此同时,FIA跟在柯林·查普曼的后面修改F1比赛规则,路特斯在研发技术、技术被禁、再研发技术、技术再被禁的反复斗争过程中,一步步将F1赛车拉入了空气动力学的宏大世界。我们不禁要探寻下,这位空气动力学大师的“驭风决”到底是如何炼成的。

阻力、升力和倾向力,是摆在汽车空气动力学的三座大山,三者各有难题又彼此相互影响,“搬山”之路崎岖坎坷。而路特斯创始人柯林·查普曼曾在英国皇家空军服役和铝业公司供职的经历,冥冥之中似乎已经设定好了解决之道。

降低风阻:引领潮流的楔形车

纵观汽车车身设计演变史,从箱型车、到流线型、再到后来的船型车、鱼型车,以及路特斯导入赛车潮流的楔形车,你会发现追求火箭般速度的跑车,都逐渐变成更加扁平、更加贴近地面的外观造型,其实这都是为了降低风阻而不断进化的结果。

汽车的阻力主要分为轮胎的摩擦阻力和车身的气动阻力,在赛车设计中,气动阻力占主导。而在汽车气动阻力的构成中,尾迹阻力占据上风。尾迹阻力产生的原因是物体尾部形成的尾迹中由于流动分离而造成的低压区,为了减小这个低压区,流线型设计必不可少,所以低阻力车身设计的秘诀就是:车身矮、整体修长圆滑、两头较扁。

基于此,路特斯给出了解决方案:楔形车。F1赛车从光溜溜的雪茄造型变成了今天的楔形造型,路特斯功不可没。

如果要挑一款车开始路特斯空气动力学的故事,那Mark 8就不得不提。1954年,柯林·查普曼开着初探空气动力学领域的Mark 8开上了英国伦敦的银石赛道,参加了为F1英国站大奖赛举办的一个垫场赛。Mark 8搭载的只是85bhp的二手MG发动机,但是从发车开始就占据了上风,最终取得了胜利。Mark 8的造型在当时可以说是独树一帜,极度低矮的车身,夸张的前后轮拱曲线,超长的车尾设计,与当时流行的造型相比,流线型设计以大幅降低空气阻力,这也是它在发动机劣势的情况下赢得比赛的关键因素。

1967年,路特斯Type 49问世,为赛车界带来了两项开创性的革新,一个是“尾翼”,一个便是“楔形造型”,既提升了下压力又降低了风阻,这款车标志着F1赛车第一次进入了空气动力时代。

在Type 49的基础上,1970年路特斯推出的Type 72在车头采用了创新的楔形设计,直到1975年退役,这款车一共收获了两届车手总冠军、三届车队总冠军和20场分站总冠军。在Type 72的非凡成绩中,有一项值得一提,这款车几乎凭一己之力将F1赛车从光溜溜的雪茄造型变成了今天的楔形造型。而越来越低的底盘高度和新衍生出的安置散热器的侧箱也自然而然地催生了下一代车型的开发重点——地效。

消弭升力:风翼和地面效应

气流对于车身的影响除了阻力之外,还有升力。为了抵消车身的升力,提升下压力是主要设计策略。

基于英国皇家空军服役的经历,柯林·查普曼自然对飞机的空气动力学颇为熟稔,他把用飞机上的翼片设计用在了Type 49车型上,紧接着又根据风翼的特点做了进一步创新,给Type 49安装了“高位定风翼”,使得用作产生下压力的空气来自乱流较少的位置,同时将空气下压力直接传递至车轮,产生更大的抓地力。“高位定风翼”极大改善了赛车在疾驰时的车身状态,引起各家车队纷纷效仿。同年F1首站南非站的比赛中,各家车队都派出了实装“高位定风翼”的赛车,让比赛彻底沦为“翼车”的赛场。

1978年,路特斯又一次主宰了F1赛场——赢得了12个杆位,8场胜利。车手马里奥·安德烈蒂在这个赛季里驾驶了Type 79,这款车又一次展示了柯林·查普曼在工程上天才的创新。Type 79是Type 78的改进型,成为F1赛场上采用“地面效应”的技术先驱,它通过导引车底气流,在赛车侧箱的内部形成负压区,加上紧贴路面的侧裙设计,形成文丘里效应,获得极大的空气下压力,把赛车牢牢吸在地面上。

革新与危险并存,无论是“高位定风翼”还是“地面效应”都先后被FIA限制或者禁用。但这恰恰也说明了路特斯对于赛车的空气动力学改造已经远超过我们今天所说的极致了。

克服倾向力:轻量化车身结构

克服阻力和侧向力的影响,要求车辆保持纤细和流线型的同时,尽量采用更轻的车身。而轻量化设计也正是路特斯的立身之本。

1951年,路特斯第一辆场地赛车Mark 3就采用了轻量化铝合金车身,让车辆0-50英里/小时的加速时间达到了6.6秒,最高车速达到90英里/小时。

1957年,路特斯 Mark 7车型发布,整车重量只有约350公斤,不需要多大马力就能把车子开得飞快,加速足以和超级跑车匹敌。同年,路特斯广受赞誉的量产跑车Type 14 Elite在伯爵宫(Earls Court)车展上登场,这是路特斯第一款面向民用的轿车,风阻系数达到了即便是在今天都十分领先的0.29。不过更为重要的是,Elite采用了高度创新的玻璃纤维的单体壳结构,彻底消灭了车辆的管架结构,车重仅半吨,在搭载一台75hp 的 Coventry Climax 的1216cc 发动机的情况下仍能开到180km/h。

轻量化可以克服阻力和倾向力,但路特斯也不只是一味地追求轻量化,空气动力学和轻量化为主导的车辆整合调校才更令驾驶者心驰神往。如果说哪款车能真正地融合所有路特斯的设计准则,非Elise莫属。Elise在汽车设计和建造方面都有革命性的突破。环氧树脂粘合挤压成型铝合金底盘、源于赛车的双叉臂悬挂以及轻质复合材料车身,成为路特斯首创的经典,之后路特斯每一款车的设计都贯彻了它的基本原则。

新能源时代的空气动力学

基于过去七十余年对于“风”的研究,在滚滚而来的电动化浪潮下,路特斯品牌率先开启电动超跑计划,推出划时代的超跑车型Evija——路特斯空气动力学哲学思想“会呼吸”的集大成者。除了塑造了令人叹为观止的外形,被称之为“孔隙”的设计理念将高能量气流引导至车尾,继而对抗较低的空气压力,进一步降低风阻。气流从车底、车顶、车身四周穿过,也使气流得以穿过车体本身。此外,气流通道所产生的文丘里效应将空气拉过后轮拱形导风板,维持扩散器内的气流质量。

值得一提的是,Evija采用了全碳纤维底盘,拥有出色的强度、刚性和安全性,底部为了优化下压力进行了整体造型。主动空气动力学设计包含了后扰流器和F1风格的DRS可调尾翼,后扰流器静置时与车身齐平,使用时能够进行抬升。

从Mark 8流线车型设计带来的低风阻去“适应风”,到第一台F1的翼车Type 49和横扫F1的地效赛车Type79的“驾驭风”,再到Evija的“成为风”,路特斯在空气动力学领域不断进阶,早已将空气动力学刻入DNA。

迎接智电时代,路特斯空气动力学性能的优势更加突出。旗下首款SUV Type 132就将配备主动式下进气格栅、菱形中网、升降式激光雷达以及大量碳纤维套件,轮圈设计呈现出刀锋式的造型,采用前羽翼式的LED大灯组,搭配后呼吸式的贯穿式尾灯组,营造出如同呼吸般的感觉,带来更加优秀的空气动力学设计以及战斗感爆棚的视觉效果。

据悉,这款基于路特斯EPA架构开发的车型将于3月份全球亮相,它将如何演绎驭风传奇,令人期待。

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