現代汽車(chē)追求舒適、動(dòng)力和安全性能好,這些要求在車(chē)身外型的設計中構成了矛盾。
首先,乘駕舒適需要足夠的車(chē)內空間,而要得到寬敞的空間就要增加汽車(chē)外型的尺寸。汽車(chē)的外型尺寸,尤其是橫截面尺寸的增加,勢必增加汽車(chē)的迎風(fēng)面積,直接影響汽車(chē)的風(fēng)阻系數。這樣,舒適性與動(dòng)力性就構成了一對矛盾。這對矛盾在汽車(chē)的速度比較低的時(shí)候影響不大,早期的汽車(chē)基本上是箱式的,汽車(chē)的外型完全根據內部的需要來(lái)設計。
隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展,汽車(chē)的速度越來(lái)越高,風(fēng)阻的矛盾就越來(lái)越突出。研究表明,隨著(zhù)速度的增加,路面阻力增加很小而風(fēng)阻增加卻很大。一般的箱式車(chē),車(chē)速在每小時(shí)30公里以下時(shí),消耗在路面阻力上的功率大于克服風(fēng)阻所消耗的功率。而在這個(gè)速度以上,消耗在風(fēng)阻上的功率就急劇增加。到了每小時(shí)70公里左右的速度,克服風(fēng)阻所需要的功率就會(huì )超過(guò)路面阻力。如果速度超過(guò)每小時(shí)100公里,絕大部分的功率就消耗在克服風(fēng)阻上了。
風(fēng)阻的主要因素有兩大方面,一是迎風(fēng)面積,二是渦流。減少迎風(fēng)面積的主要措施是減低車(chē)廂的高度。減少車(chē)廂的寬度雖然也能減少橫截面的面積,但一般情況下效果不如減少高度顯著(zhù)。為了保留足夠的內部空間,保證有舒適的乘坐空間,汽車(chē)的截面是不可以隨意減少的。為了進(jìn)一步減低風(fēng)阻,就要從減少汽車(chē)行駛中產(chǎn)生的渦流入手。
我們在大街上常??吹揭恍┐筘涇?chē)駛過(guò)后,馬路上的塵土、紙屑打著(zhù)轉滿(mǎn)天飛,這就是汽車(chē)行駛攪動(dòng)空氣形成的渦流。汽車(chē)的前擋風(fēng)玻璃、車(chē)頂、車(chē)側、車(chē)后都可以產(chǎn)生渦流。研究渦流最有效的手段是風(fēng)洞試驗,汽車(chē)模型靜止于隧道型空間中,車(chē)身周?chē)歉咚倭鲃?dòng)的空氣,這樣來(lái)模擬汽車(chē)高速行駛的條件。通過(guò)安裝在車(chē)身各部分的傳感裝置測量空氣的運動(dòng)。從而了解渦流的運動(dòng)情況。研究表明,具有流線(xiàn)型車(chē)身的汽車(chē)抗渦流的性能最好。
流線(xiàn)型車(chē)身的縱截面與飛機機翼的的形狀相似,高速運動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生升力,對行駛穩定性產(chǎn)生負面作用。這就產(chǎn)生了第二對矛盾,即動(dòng)力性與安全性的矛盾。為了增加穩定性,現代汽車(chē)車(chē)身造型在流線(xiàn)型的基礎上不斷改進(jìn),車(chē)身重心前移、前低后高、增加尾部縱截面的相對面積、增加攪流板等等。
舒適性與動(dòng)力性、動(dòng)力性與穩定性,如何解決這兩對矛盾構成車(chē)身設計歷史的主流話(huà)題。汽車(chē)的車(chē)身從箱型、甲殼蟲(chóng)型發(fā)展到船型、楔型和現在的滴水型,以及在這些形狀基礎上的許多變種,其內在的驅動(dòng)力就是這兩對矛盾的平衡過(guò)程。汽車(chē)車(chē)身的設計工作流程,也從單純的由內向外發(fā)展到由外向內、內外結合的方式。
林教授
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