汽車頂部的鯊魚鰭是何方神圣
走在路上,發現有的車頭頂是光的,有的車會有一個這樣的凸起,鯊魚鰭的形狀,讓我不禁想起賽文的冰斧。你的車頭頂有這個鯊魚鰭嗎?它的作用是什么?咱們今天就來研究研究。

找了個車庫,隨機統計了一百輛車。有38輛頭頂是光禿禿的,有8輛頭頂是一根線或者很神奇的形狀,剩下54輛車,頭頂都是這樣的鯊魚鰭,為什么呢?走,查資料去。
原來,由于汽車對密封性要求高,車內信號就不太好,于是給汽車設計了天線,所以這個鯊魚鰭內部其實是天線,用來增強車內的通訊信號。

那有人說我的車頂怎么啥也沒有,天線呢,是不是減配了。沒有,這些車的天線只是隱藏了起來,比如在后車窗區域,可能是喜歡光順美的設計師的杰作吧。

那么天線沒有被隱藏的車,上面為啥基本都設計成鯊魚鰭的形狀呢?遇事不決,流體力學。
這“鯊魚鰭”有個專業名字叫“渦流發生器”,是飛機上的經典應用,可以延緩氣流與機身分離,減小尾部渦流低壓區,從而起到減小阻力,增加升阻比等作用。


減小阻力?那就等于省油啊,你的錢包有沒有動一下?相傳當年澳大利亞一位工程師在修飛機時錢包也動了。他想,這東西好呀,當機立斷就申請了專利,轉手賣給寶馬公司,然后寶馬就放到汽車上沿用至今。以上呢是在一個文章中看到,我試圖想查到那個專利來佐證這故事的真實性,可惜沒查到。
所以以上就當故事聽吧,總之,歷史的車輪就讓這渦流發生器用在了汽車上。這玩兒意放汽車上,真能減阻,省油嗎?剛剛提到渦流發生器能減阻由于其延緩了氣流的分離,那咱就算算看。
建了個簡化的汽車模型,用AICFD軟件做外氣動仿真,時速給108公里。

算完后,額。。。這有沒有渦流發生器,分離點位置好像沒什么變化呀,車窗下部都由于氣流分離產生了低壓的渦流區。


回想一下飛機的渦流發生器,都是一排一排斜著裝的。好說,那就斜裝一排。重新仿真,結果可喜可賀,果然可以清晰的看到分離延遲,車窗玻璃下方氣流也基本可以平順流過。



有了理論和仿真,迫不及待我拿手的實驗了,實驗室的材料總是這么豐厚富足,談笑間就做了一排渦流發生器。

我又給車的玻璃貼了一些細線,用來觀察氣流分離位置,先測一下裸車的。

上路!可以看到第一、二排細線基本直的,第三排就亂了,說明這個區域氣流已經發生分離,形成了渦流低壓區,不再那么平順流下去了。

然后給汽車上裝備,加一排精致的渦流發生器。果然,下面一排的繩子也基本被吹直了,說明氣流至少到車窗的下邊緣以后才開始與車分離。


實驗現象還比較明顯,加了渦流發生器,延緩氣流分離,減小車尾渦流低壓區,理論上整車阻力自然就會減小,但具體能減小多少,沒有條件測實車的。

那就看看仿真的計算結果,裸車的,統計一下風阻是338牛。加一排渦流發生器的車身阻力320N,渦流發生器所受阻力19N。



看這個結果,車身的阻力可能降一點,但渦流發生器本身還有阻力,加一起基本差不多,所以綜合看,渦流發生器對于時速100公里的汽車,減阻效果可以忽略不計。在飛機上之所以有效,和飛機速度快息息相關。
在統計結果時我還偶然發現個有意思的現象,就是加一排渦流發生器的汽車,升力居然減小了131N。

最后做個總結:汽車頂部鯊魚鰭是用來放天線增強車內通訊信號用的,而做成渦流發生器的形狀,理論上能減阻,但實際由于汽車速度不高,基本沒有減阻作用。但一排渦流發生器放車上,對于減小汽車升力,防止汽車發飄有點作用,所以在高速行駛的F1塞車上時而能見到。
本期就到這啦,下期見,拜拜。
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