当我们在路上看见一辆有尾翼的汽车驶来的时候,会感觉很酷。那么,这个尾翼的存在仅仅是为了外观好看吗?这里面有什么玄机?
汽车高速行驶过程中感觉轻飘飘的
当我们驾驶汽车达到一定的速度时,会感觉轻飘飘的。这是因为汽车在高速行驶过程中,气流会被分割为两部分,一部分从汽车底部穿过,另外一部分从车顶流过。这两部分气流的速度不同导致了压差,使得汽车对地面的压力减小,这时汽车的安全性与可操控性大打折扣。其实这就是空气动力学里机翼的气动特性,这时候汽车主体就相当于一个机翼,如果速度可以一直增加,汽车飞起来也不是白日做梦。
汽车尾翼提供下压力,提升抓地力
汽车的尾翼是随随便便装上去的吗?当然不是。由于汽车的尾翼安装在汽车的后面,如果给汽车的下压力太大,对汽车的力矩也随之增加,这时候汽车就会被“掀翻”。因此,在安装汽车尾翼时需要进行详细的计算。
那么汽车的尾翼如何提供下压力呢?前面提到,汽车像一个机翼,其实尾翼也是一个机翼,不过两者方向是相反的。安装了尾翼的汽车在高速行驶时,就变成上端压力大、下端压力小,于是就能为汽车提供强大的下压力,提升抓地力,避免翻车。
可调式尾翼(DRS)让下压力变得可控
随着时代的发展,尾翼的作用也逐渐增加。在F1赛车中,DRS是汽车的一大“杀器”。F1赛车在高速行驶时,随着车速的增加,前后翼便产生了更多阻力。在数学中,速度的平方决定阻力,因此速度越快,阻力越大,靠动力系统的最大驱动力所获得的速度也会大大降低。但是如果调整尾翼打开的角度,使气流可以穿过尾翼,就会极大地降低汽车的阻力,从而获得更高的速度,增加赛车超车机会。
尾翼为汽车转弯提供向心力
尾翼难道只能给汽车提供下压力吗?当然不是。在高级汽车上面安装的尾翼,它不仅可以给汽车提供下压力,还有向心力。有一句网络名言“弯道快才是真的快,直线加速谁不会”。根据力学知识,我们知道,在汽车转弯时速度越快,需要的向心力就越大。一般的汽车中,其向心力都是由汽车轮胎与地面接触所产生的摩擦力提供,当想要以更高的速度通过弯道时,轮胎与地面所产生的摩擦力小于所需向心力,这时车辆就会出现转向不足。于是设计师就想到了一个好方法,让尾翼一边高一边低。这时候下压力根据三角形原理就会被分解为一个垂直于地面的力和平行于地面的力,而平行于地面的力就充当了向心力,使得汽车能够以更快的速度通过弯道。
除了下压力和向心力,尾翼还可以提供别的力吗?答案是肯定的,众所周知,汽车减速是靠轮胎和地面之间的摩擦力,摩擦力的方向与汽车运动方向相反。那尾翼提供与运动方向相反的力也是可以的,参照民航发动机减速时反推原理,当气流流向挡板时,气流方向会被挡板改变,这时就会在挡板上产生一个与运动方向相反的压力。
据“力学科普”微信公众号