深呼吸　超跑空气动力学

2019-11-12JensDralle武明扬

汽车博览 2019年11期

Jens Dralle　武明扬

Aventador SVJ 和Huracán Performante均采用价格高昂的ALA 系统以实现空气动力学优化

请拿出笔和纸，写下您能记住所有与汽车空气动力学相关的名词。我猜您最先想到的是cW（空气阻力系数）——没错，知道这个名词含义的人应该是占大多数。正面投影面积？如果您想到了这个词，那还真是不容易，毕竟大多数人并不了解这个词的含义。

那您是否听说过CAV、CAH？这两个词分别代表前后轮的气动升力系数。这确实有些超纲，毕竟绝大多数汽车厂商在发布新车时并不会提及这两项数据。然而，对开发高性能跑车的工程师来说，这两个值的大小对加速性和最高车速至关重要。换言之，工程师应尽量减少空气阻力在车身表面上的作用面积。除了提升性能外，这种方式还将对燃油效率带来优化。另一个优化思路是将空气引导至理想区域以最大程度地利用气流一如何做到这一点？答案是，降低车辆的气动升力。

尽管这是一种不错的手段，但最有效的依然是增加气动下压力，即将CAV和CAH降为负值。“对于我们空气动力学工程师而言，最大的挑战在于，如何在不增加空气阻力的情况下提升气动下压力”，保时捷空气动力学开发经理托马斯·威根德（Thomas Wiegand）如是说，而这正是保时捷在打造高性能跑车过程中实施的设计理念。

例如，保时捷911的造型可产生气动升力。“（911）车尾扰流板的位置和角度可调节，该主动式部件可显著降低车辆的气动升力，从而确保车辆在垂直方向上的受力平衡。该部件的另一好处在于降低空气阻力，进而使油耗和排放得到优化。由于主动式部件仅在高速行驶时工作，因此911的经典后驱特性在低速状态下得到了保留”，威根德解释道。最近一段时间以来，搭载旅行套件（Touring Package）的GT3销量不错——从中我们可以得出结论，并非所有购买者都喜欢拥有外置大尺寸尾翼。

移除了外置大尾翼的旅行套件版GT3是否会因为气动压力不足而飞起？答案是否定的。保时捷工程师增加了车身尾翼的迎角并额外设置了扰流板分流棱边。相比于搭载外置大尾翼的常规版GT3，稳定性差异只有在赛道上的超高速状态下才会体现。

尾翼的必要性

设计和气动下压力是一对彼此对立的存在，兰博基尼的产品经理同样非常清楚这一点：“当我们上市一款全新车型时，就空气动力学而言，（无外置尾翼设计）是个非常不错的这种方案：易于驾驶且车速和灵活性能够得到保障。在这种情况下，前轮产生的升力能够通过四轮驱动系统得到补偿。未来，我们还将在后续竞速版车型上采用该方案。例如，我们在Huracan Performante上首次搭载了ALA系统，并在Aventador上采用SVJ系统”，兰博基尼空气动力学负责人安东尼奥·特鲁乔（Antonio Torluccio）解释道。

为了能够在高速状态下实现稳定性和横向加速度优化，如特鲁乔所言，“3%至4%空气阻力系数降幅”为可接受范围。通常来讲，汽车的环流和穿流同样需要优化。其中，穿流有助于动力单元和制动部件的散热，而环流则会对驾驶表现带来影响。

800马力级跑车迈凯伦塞纳的负责人马库斯·韦特（Marcus Waite）同样将主动式空气动力学视为关键技术：“这为我们提供了更高自由度。得益于此，我们可以根据赛道的实际情况对平衡性和空气阻力系数进行调节。”迈凯伦跑车轻量化尾翼的重量仅5千克，可同时作为气动制动器和气动下压力生成器，进而提升跑车的最高车速。该尾翼的迎角角度最高为25。。在车辆前部，襟翼的作用与尾翼相反。此外，迈凯伦跑车的车身高度可在竞速环境下降低50毫米，从而利用所谓地面效应以产生更高的下壓力。当然，光滑的大尺寸车底表面是实现这一目标的前提。

回顾历史：在20世纪70年代，Chapparal车队和Brabham车队曾对“风扇赛车”进行了试验，即在赛车上加装风扇以抽出车底区域的气流。如今，拥有不同外观的跑车是否可以在空气动力性能上占据优势？迈凯伦工程师韦特借鉴DRS（Drag Reduction System，即减少空气阻力系统）并将其移植到量产跑车上。自2011年起，F1赛车搭载DRS可变式尾翼部件。

F1赛事对跑车品牌的借鉴作用不仅限于此：“我们利用符合F1标准的专业风洞进行开发，并以CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）作为理论辅助。这种方式提高了设计可用性评估的效率。”

无需动态测试？并不是。“测试必不可少。我们会通过测试对计算结果进行验证。由于需要对车辆进行伪装处理，因此这些测试通常在夜晚或在封闭赛道内进行。”安东尼奥·特鲁乔补充道：“在动态状态下，对空气动力学与悬架设置交互作用的仿真难度非常大。尽管我们在该领域取得了显著的进展，但人类测试驾驶员的反馈仍是最终的决定性因素”，兰博基尼工程师如是说。不仅如此，“系统可对空气动力性能中的70%进行模拟”——得益于技术优化，这一比例正在不断增加。

开闭之间助力性能提升

兰博基尼ALA（Aerodinamica Lamborghini Attiva）系统（Attiva即意大利语中尾翼的意思），区别于常规可变式尾翼，而是在车身前后区域设置可开闭导流孔。在导流孔开启的状态下，空气阻力降低;在闭合的状态下，启动下压力升高。车尾导流孔支持单侧开闭，增加低附着力后轮的摩擦力，从而使CAH降至负值区间。

在特鲁乔看来，这是一项具有未来潜力的技术：“在确保风翼刚性的前提下，车辆轻量化得以实现。此外，主动式部件的响应时间很短。”尾翼的尺寸无需过大：“单位面积可承受的载荷非常高。对以竞速为主要使用场景的高性能车来说，外置尾翼仍是产生气动下压力最有效的解决方案。”

保时捷采用了区别于迈凯伦和兰博基尼主动式风翼部件的方案，而是仍然在911的衍生车型GT2RS和GT3RS上采用大尺寸外置尾翼。其中的一个原因在于，保时捷采用了后轮转向系统。事实上，后轮转向与空气动力性能彼此影响：在高速状态下，后轮与转向轮保持相同的方向，换言之，车辆的等效轴距被拉长，驾驶稳定性得到提升——而这恰恰是空气动力学本应起到的作用。保时捷空气动力学专家威根德认为，主动式系统将是未来的发展方向。同底盘之于驾驶特性一样，扰流板、风翼和可调节冷却气流将同样扮演重要的角色。

“取决于车型定位的不同，主动式悬挂和空气悬挂能够在一定速度区间内降低车身的高度”，威根德如是说——地面效应是其原理所在。哪款车型率先搭载了该技術？答案是保时捷959：这款搭载四轮驱动系统的跑车生产于1986至1988年，价格高达42万欧元。

首款搭载电动伸缩式尾翼的车型为1989年上市的911 Carrera 4（964），CAH从0.18降至0.02。保时捷对空气动力学优化部件的开发从未停歇，目前正在对一种全新材料进行研究：该材料的形状可根据电压和温度的不同发生改变，进而优化空气动力性能。既然车辆的物理尺寸很难不断缩小，那么未来，车辆的所有空气动力学参数是否都将变为可主动式调节？这确实是个不错的研发方向。