这辆凯迪拉克开得越快越重——而且这是好事

需要一个翼、一个扰流板等等,才能让 CT4-V Blackwing 牢牢地压在沥青路面上。以下是它的工作原理。
凯迪拉克 CT4-V Blackwing 起售价为 59,990 美元。凯迪拉克

飞机之所以能飞行,是因为它们的机翼产生了升力。它们的发动机提供推力,飞机向前冲刺,机翼的升力帮助飞机升空。 

当然,汽车有所不同。它们没有翅膀,也不会飞,除非你在看《速度与激情》电影中的场景,或者某种危险的特技表演。(尽管一些公司确实在研发飞行出租车。)但是,汽车设计师仍然需要考虑车辆的空气动力学如何影响其在道路上的性能,而不仅仅是像阻力或燃油里程这样的因素。他们希望轮胎在沥青路面上具有良好的抓地力,以便驾驶员在高速公路上能够获得控制感。

“高速行驶时,汽车往往像机翼一样,”凯迪拉克 2022 CT4-V Blackwing 的总工程师 Tony Roma 说。这款车是通用汽车品牌旗下的一款高性能豪华轿车,将于今夏晚些时候上市。他说,主要原因是空气流过车顶时加速效应,以及空气涌入散热器并向上推升车头。这对老款车来说是个更大的问题。“我们都曾高速驾驶过汽车和卡车,你会感觉到方向盘开始变轻。” 

因此,对于 Blackwing 这样的车辆,工程师们会精心调整空气动力学,以确保车辆不会变得在轮胎上的重量变轻,从而失去性能和稳定性。如果飞机上的空气动力学设计是为了让它飞起来,那么像这样的汽车的设计是为了让它牢牢地压在地面上。“我们不希望它离开地面,”他说。“我们希望它尽可能牢固地贴在地面上,因为与飞机不同,我们没有方向舵来改变方向——我们需要轮胎来完成所有这些工作。” 

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为了让这款凯迪拉克稳固地贴近地面,工程师们调整了空气流过车辆顶部和底部的方式。他们做到这一点的一种方法是使用许多汽车后部都能明显看到的一个部件:扰流板。 

一些汽车后部的扰流板之所以得名,是因为它对流过它的空气产生了影响。“它扰乱了车尾的空气,”Roma 说。(想想在高速公路上把手伸出窗外:它会扰乱空气流动。)“扰流板消除了后部的一些升力。” 

车辆的扰流板。凯迪拉克

换句话说,它阻止了车辆后部在高速时变得更轻。这通常是汽车制造商在后部安装扰流板的原因,但也有其他原因。一个原因是实际上要做相反的事情:工程师可能希望平滑空气流动以减小阻力。如果一家汽车制造商没有制造高性能车辆,并且不关心减轻升力,那么在后部增加一个扰流板状的装置可以起到平滑空气的作用。但是,对于 Blackwing 这样的车辆,扰流板完全是为了解决升力问题。“我们这样做是为了升力方面,并且我们尽量不增加太多阻力。”而且请记住,他们这样做都是为了减轻升力,而不是产生升力。 

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Roma 也关心汽车的前部,那里也存在同样的问题:他们希望前部压在地面上,或者至少不要抬升太多。虽然前部的多个部件会影响空气流动,但最容易理解的是一个叫做“下翼”(underwing)的部件。下翼是位于车头下方的弧形部件,旨在加速流过汽车底部的空气,产生一个低压区域,将汽车的这部分向下吸。简而言之,后部的扰流板和前部的下翼协同工作,使车辆的轮胎牢牢地贴在路面上。  

下翼位于汽车前部下方。这是此处图像底部附近可以看到的光滑部分。凯迪拉克

事实上,Roma 说,在高速行驶时,下翼、扰流板和其他部件的综合作用实际上会通过向下施加力而增加汽车的重量,这种效应在 CT4-V Blackwing 的一种更豪华的碳纤维选装件中可以看到。(这款车起价为 64,570 美元。)这种向下的力在后部比在前部更大——扰流板在后部产生下压力,而在前部,下翼和其他部件几乎抵消了前部受到的升力。 

想象一个风洞测试,快速的空气吹过车辆,并在每个轮胎下面放置秤来测量它们对地面的压力。“当你调高风扇速度时,汽车会变重——后部的秤测量到更大的力,”Roma 解释说。与此同时,前部的升力,由于其空气动力学设计而得到缓解,也只会略微增加。“在量产车领域,前部几乎没有变化,这是一个巨大的成功。”总而言之,凯迪拉克表示,如果你以大约每小时 160 英里的速度驾驶配备一级碳纤维套件的CT4-V Blackwing,该车辆将产生约 133 磅的下压力。

下次当你看到车辆后部的扰流板时,你可以将其存在归因于汽车制造商要么想减轻升力,要么想减小阻力。哦,还有第三个原因车辆可能有一个扰流板。“有时造型师就觉得它很好看,”Roma 说。“有时它们纯粹是装饰性的。” 

 

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技术编辑

罗布·沃格尔是《流行科学》杂志的前技术编辑。他擅长报道航空、交通和军事技术。


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