关于圣诞老人的传说中，少不了提到这位“快乐的老精灵”神奇的交通工具。圣诞老人的雪橇，由他的高飞驯鹿牵引着在空中飞行，是圣诞民间传说中的标志，也是圣尼古拉斯强大力量的象征。有了雪橇，圣诞老人可以在一个晚上飞到全球的每一个家庭。那一定是一个非常符合空气动力学的雪橇，对吧？
在《大众科学》杂志，我们想知道圣诞老人的雪橇在高空中到底能飞多好。因此，我们与 ANSYS 合作，一家专门从事虚拟仿真软件的公司，请他们模拟空气如何在平安夜圣诞老人飞翔时围绕雪橇流动。该公司对电影《精灵》和《圣诞老人》中出现的两种传统雪橇版本进行了气流模拟。模型还考虑了车辆周围的空气体积以及它们的速度，保守估计为每秒 150 米——这是商用飞机的速度。
结论是 the unanimous: 驯鹿必须非常努力才能在空中拉动那些笨重的雪橇。
“我们直接计算了雪橇的阻力——阻力非常大，” ANSYS 的高级流体产品线经理 Gilles Eggenspieler 告诉《大众科学》。“我们实际上查看了气流模式，发现有一个很大的区域，气流绕过雪橇并在其后方重新循环。”
阻力，通常被称为空气阻力或流体阻力，表示物体运动时遇到的空气动力学阻力。当运动的固体物体与流体（液体或气体）接触时，就会产生这些力。当飞机在空气中移动时，飞机的每一个部分都会产生阻力，使飞机前进更加困难。制造商的工作是设计飞机，使其产生的阻力尽可能小。
圣诞老人的雪橇形状不规则，使得圣诞老人难以高效地在空中飞行。
这很大程度上与形状有关。“世界上最符合空气动力学形状的是下落的雨滴，” Eggenspieler 说。“前面是一个非常大的半圆形，然后平滑地收回到一个尖端。您会在飞机机翼上看到相同的形状：前面是半圆形，然后机翼逐渐收窄成非常符合空气动力学的形状，因此气流会沿着形状平稳地流动。”
另一方面，锯齿状或非流线型的形状会产生很大的阻力和阻力，因为它们会导致气流突然改变并向上推挤物体。这就是为什么许多飞机和汽车经常是弯曲且光滑的，因为车辆产生的阻力越小，克服任何阻力所需的动力就越少。但是对于圣诞老人的雪橇来说，形状变化很多，这使得圣诞老人难以高效地在空中飞行。
在模拟模型中，线条可视化了雪橇周围气流的路径。空气分子围绕形状流动，然后到达物体后方的区域。在那里，气流实际上会被吸入雪橇的后部并重新循环，造成一个低压区域。“物体想要移向低压区域，所以这个区域基本上想要将雪橇往后拉，” Eggenspieler 解释道。
这意味着鲁道夫和他的团队必须加班加点来对抗这个低压区域产生的阻力。
发现这一点后，我们想帮助这些辛勤工作的驯鹿。因此，我们请 ANSYS 设计他们自己的圣诞老人雪橇——一个更具现代感的设计。考虑到水滴形，ANSYS 开发了一个更加光滑流畅的雪橇，更像是一辆跑车，而不是圣诞老人复古的装备。
光滑的线条消除了旧雪橇设计产生阻力的 90%，使空气能够更顺畅地围绕车辆流动。事实上，新雪橇的空气动力学性能如此之好，以至于它可以承受超音速。ANSYS 还增加了一个封闭式驾驶舱，这样圣诞老人在穿越寒冷平流层时就不会感到寒冷，还增加了一个隐形功能，确保孩子们在看到他递送礼物时不会发现这位穿着红衣服的老爷爷。不客气，克劳斯先生。
帮助圣诞老人升级雪橇，就像 ANSYS 帮助汽车公司为他们的车辆设计最佳燃油效率设计一样。所有制造商都希望降低燃油消耗，但汽车仍然需要实用。如果最佳空气动力学设计是水滴形，那么最省油的汽车将没有后座乘客的空间——甚至没有后备箱。汽车公司必须在考虑所有这些限制的情况下，找到一种方法来使他们的汽车符合空气动力学。
“这就是仿真成为关键工具的原因，” Eggenspieler 说。“他们可能有成千上万个想法和成千上万种不同的设计；你不可能把它们都付诸实践。但是你可以把它们放在电脑里，在虚拟环境中完成所有测试。”
也许是时候让圣诞老人转向虚拟仿真了。长远来看，他的驯鹿可能会没那么暴躁。
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