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CLauto酷乐汽车 2021-12-04

「大尾翼」和「小尾翼」哪个更有用?

尾翼,英文原文是 WING,国内把尺寸较大,且从后备箱盖上独立升起的尾翼叫大尾翼。

扰流板,原词是 Spoiler,在国内通常被叫做小尾翼,即和后备箱盖连为一体,没有单独升起来的尾翼。

不论是大尾翼还是小尾翼,都是普通人眼中的性能代表,也是一种非常酷的外观表现。

问题来了,究竟:

需要不需要尾翼

需要大尾翼还是小尾翼

需要什么样的尾翼

……

尾翼究竟有没有用,选哪种,今天我们尽量说清楚。

Author / 蟹爪朝天

尾翼

国内通常把尺寸大,且从后备箱盖上独立升起的尾翼叫大尾翼

其原词为:Wing。

和 Spoiler 类似,其作用主要是牺牲一些正向行驶阻力,以提高车尾的空气下压力。F1 等方程式车或 Time Attack 车型多用此种大型尾翼。

在一些方程式赛车上,后部高尾翼的主翼面后半是大角度向上弯折的。

通常整个尾翼组 20% 以上的空气下压力是由这样的大角度弯折所制造出来的,同时,50% 左右的行驶阻力也是由这样的大角度弯折所带来的。

图为的测试曲线

可以看出,在没有大尾翼的时候,随着车速的增加,空力对车尾的抬升作用也大幅增加。

在装有 12 ° 迎角(翼面等效轴线和气流方向之间的夹角)的尾翼的时候,空力对车尾的抬升作用也会增加,但其增加幅度小了很多。

更小的抬升作用就带来了更好的后胎附着力。

尾翼的具体效果如何,与翼面的剖面形状、尾翼支架具体形状、相对车身的安装高度、前方车顶的形状等很多因素有关。

在没有具体数据及流体建模的情况下,其效果不太容易确定。于是我们可以准备多套不同的尾翼在赛道上进行实际测试。

尾翼对车辆速度、车尾下压力等一些数据的影响还是比较容易感知到的。

在正常范围内,尾翼的迎角越大,其空气下压力就越大。

在迎角大到某一接近垂直的值后,其空气下压力作用会随着迎角的增大陡然减小,正向行驶阻力会随着迎角的增大幅增大。

这与其导流角度有关,也与主翼面后方的乱流区有关。

由于空气同时具有近层高粘性远层高流动性两种特质,所以在部件突然出现气流截面积变大取向的拐角时,外层高速气流会超越内层低速气流,向内卷曲,形成涡流。

通常来说,在整车的风阻中 ——

车尾涡流区影响最大

其次是车头及中网对抗正面撞风时的阻力

再次的轮井附近的乱流区

最后是车身各部件的摩擦阻力和局部较小的一些干扰阻力

车尾涡流

车底空气流出底盘后,会按图中箭头的方向向上向中卷动,形成涡流

车身两侧的气流在流到 C 柱及后立面时也会向中心偏转,形成涡流

车顶气流在流到后备箱盖后端时也会出现向下卷曲的涡流

这四个方向的涡流汇聚到车尾时,就在车尾形成了一个大型乱流区

这个大型乱流区,是整车正向行驶时风阻的最大贡献者

其对整车风阻的影响远大于反光镜外形、中网外形这些因素。常说两厢车的尾速低,很大程度上是因为其后部造型导致的。

因此,减小这个乱流区的尺寸就意味着更小的风阻。所以从外形设计上来说,后备箱盖上沿、两侧尾灯转角、后杠下沿,这四部分围成的面积越小越好。

奔驰 CLA 车身后部的形状就是个优秀的例子:车顶到后备箱后沿都很平滑,车身两侧向内收拢,后备箱盖后沿保持平顺。

R8、911 等车型在设计车顶曲线的时候,在很大程度上是考虑了要将车顶的气流转逆点尽量向后推迟,因此有了后部比前部更平缓的车顶造型。

一些车安装了没有经过良好设计的或通用款的改装尾翼后圈速和尾速均出现下降的原因很可能是:尾翼影响到了车顶气流的下沉并加大车尾涡流区的。

在早期一些赛车的设计中,采用了尾部分体式的结构。这种结构的优势是可以让底盘下气流产生的涡流尺寸更小。车身两侧和车顶的气流就可以更早的汇聚在一起了。

车尾乱流区的尺寸也就减小了。

一些原厂车型在后杠下设置的扩散器就是利用了这种分体原理,并改进成了竖隔板。

有些尾翼的翼面的一片前后等厚的板子。这种尾翼对适配车型或安装的要求较低,适合选不到车型专用款尾翼或对尾翼有自己需求的车手使用。

有些车型专用款尾翼的翼面则是经过设计的不等厚剖面。

通常来说,如果是尾翼设计准确且正确安装的话,有效尺寸类似不等厚的尾翼会比等厚板的尾翼有更好的空力效果。

有些尾翼的翼面是水平的。

对于后玻璃和后备箱盖之间并不十分平滑的车型来说,如果将这种尾翼安装在略低于前方车顶的高度上,其结果很可能是减少车尾的空气下压力。

翼面面积越大,其负作用也就越大。

具体情况要具体建模或测试分析,但通常来说是这样的。

对于赛道车或想认真玩尾翼的车来说,选择一套翼面迎角可调的尾翼至关重要。

在安装之前,无法确认自己买的尾翼最终会带来什么样的效果。可调,就是减少错时间和试错成本最有效的方式。

而且在不同赛道、不同避震及悬挂设定、不同轮胎、不同动力等情况下,翼面的迎角经常需要调节。

为什么有些尾翼是支架在下方和翼面连接,有些尾翼是支架在上方和翼面连接的呢?具体情况还是要有建模分析或风洞测试。

但一般来说:对于经过认真设计的不等厚的翼面来说,下表面对空力的贡献会大于上表面。

所以选择上吊式支架,让翼面的下表面尽量干净平整一些。但在 Y 面投影上和翼面相交的之间会对局部气流产生什么影响,要看车顶、后玻璃,车身侧面等诸多因素了。

最好的判断方式还是流体建模或风洞试测试。

组合翼

组合翼的设计和测试要比单片翼复杂的多。

将一些小型翼面合理的放置在一起,形成整体外形的等效迎风角度更大、每个气流通道角度更小的翼面组。这样的组合翼相比普通的单片翼来说,可以有更高的空力效率。

通常,在主翼面前方增加的小翼面,可以在翼面组整体迎角不变的情况下,提高空力效果;在主翼面后方增加的小翼面,可以降低制造出这样空力效果所需付出的行驶阻力。

尾翼左右两端接近竖直的翼面也是可以提高尾翼主翼面有效宽度,进而提高其空力效率的部件。

" 扰流板 "

通常被翻译为 " 扰流板 " 的这个名字容易让人疑惑,原词是Spoiler,在国内通常被叫做小尾翼即和后备箱盖连为一体,没有单独升起来的尾翼。

如图,GT 赛车后部向上翘起的板子即为 Spoiler。

对于类似 911、野马那样拥有较为平滑后车顶造型的车型来说,其主要作用是牺牲一些正向行驶的风阻系数,让车顶气流在后玻璃附近产生适度的乱流,利用乱流区的高压增加一下车尾向下的空气作用力,以提高后胎的最大附着力。

在图中可以看出,如果没有这个 Spoiler 的话,平缓后车顶附近的气流应该是更高速的,也就是更低压的。

尾部车顶和尾部车底的气压差决定了车尾的空气作用了是向上的还是向下的。车顶压力大于车底压力时,即为将车尾向下压。

根据美国人的研究,Spoiler 的高度 h 大于 0.02 倍的轴距 L 时,Spoiler 产生的空气作用力是可以增加车尾下压力的。

Spoiler 所带来的下压力的大小和车速、正投影(整车在 Y 平面的投影)面积都是线性关系。

根据该车型的数据可以计算出,一个 5 英寸高的 Spoiler 可以在225km/h的车速下,给正投影面积 1.5m 的赛车带来 90Kg 的下压力,以及 40Kg 的正向行驶阻力。

车尾更大更有效的 Spoiler 还有一个作用,就是抑制侧倾,特别是车尾的侧倾。

对于图中这种后玻璃和后备箱盖之间造型并不平滑的车型来说,Spoiler 除了可以增加车尾下压力外,还可以减小正向行驶阻力。

根据数据曲线可以看出

在 Spoiler 高度不是很大的情况下,正向行驶阻力是会随着 Spoiler 高度的增加而减小的。

在 Spoiler 的高度大于某一值时,正向行驶阻力会转变为随着 Spoiler 的高度的增加而增加。

曲线中车头空气下压力的减小是因为车尾空气下压力作用在整车上时,会对车头有抬升效果,这种抬升又会导致底盘前部的气压增大。

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