说起汽车尾翼,老司机们并不陌生。
你可能在儿时的四驱车玩具上把玩过它,在上海的F1方程式赛场上首次邂逅它,或许还曾在油车的车尾加装过它。
无尾翼不运动,作为一款流线优雅、运动时尚的轿跑SUV,蔚来EC7也搭载有主动升降式尾翼,在颜值上恰到好处地延长了车尾流线,增加了视觉上的运动感。
除了为颜值增添点睛之笔,汽车尾翼还有什么用?蔚来ES7的尾翼又强在哪?
汽车尾翼 讲美学更要讲科学
汽车尾翼,在中文专业语境中通常被称为「扰流翼」、「扰流器」,英文则翻译成「Rear
Spoiler(破坏者)」。名字多少让人迷惑:扰的到底是什么「流」,又要破坏什么?
故事得从「风阻」讲起。
一辆急驶的汽车,不但通过轮胎的滚动摩擦,与地面做着亲密接触,还要「驾长风」,迎面与空气进行「耳鬓厮磨」。
通常而言,空气会在纵向、侧向、垂直三个方向对行驶的车辆形成阻力,即「风阻」。风阻大小与速度的二次方成正比,克服风阻所花费的功率(W)与速度的三次方成正比。这就意味着,行驶速度越快,风阻越高,克服风阻的额外能耗也就越大。因此,对新能源车而言,千方百计降低风阻系数,便能带来更长的续航。
而在众多「风阻」中,「压差阻力」又是最主要的空气阻力来源。
如下图所示,当气流贴附平滑的车身向后流动到车尾时,车体型面突然大幅度转折,气流却不可能随之急剧改变方向,于是与车体表面分离,在车尾形成几近真空的低压区。而此时车头由于迎面而来的气流「撞击」,正承受着较大的正压。车的一头一头尾出现显著的压力差,就会形成向后的合力--此即「压差阻力」。
这时,汽车尾翼就以其独特的上翘造型引导气流,将负压区后移,削弱下洗(downwash)气流带来的负压影响,也就减少了压差阻力,削弱了整车风阻。
但作为「扰流器」,尾翼能「扰」的流还不止于此。
「流体力学之父」丹尼尔·伯努利曾在1726年提出:当流体速度越快,物体与流体接触界面上的压强就会越小,反之压强就越大。
日常生活经验告诉我们,当水流相对稳定地流过河床时,在河面较宽的地方流速慢,较窄的地方流速快
。同理,由于机翼截面是个下平上凸的形状,这使得空气在机翼上方的流速类似经过狭窄地方的流水,速度要大于下方。那么根据伯努利提出的流体力学基本原理,机翼下方的压强一定会大于上方,这就为飞机提供了一个升力,飞机跑得越快,这个升力越大,最终凭此飞上了天空。
汽车的侧截面形状碰巧也是上凸下平。高速行驶时同样也会得到一个升力。但这个升力却成事不足败事有余--不足以让汽车上天,却能减弱汽车的抓地力,影响汽车操控性。通常,车尾的升力会比车头的更大,容易导致车辆在高速行驶时(通常120~150km/h以上,不同车辆情况不同)转向过多、后轮抓地力减小。
而汽车尾翼恰恰可以在不增加车体重量的前提下,降低这种上升力。
以EC7为例,如下图所示,当尾翼打开后,气动布局随之「改善」,将车顶冲下来的气流转化为一道向下的压力,从而增加抓地力,显著提高车辆在高速行驶(特别在过弯道和漂移)时的稳定性。
EC7尾翼的优点,远不止于此。
蔚来EC7的主动式电动尾翼,可以根据车速自动调节尾翼高度和角度,不但改善风阻增加续航,还能在高速行驶场景下提升操控稳定性,实现低能耗和优化操控的完美兼得。
EC7是如何做到的?
通过一个精密的7连杆控制机构,EC7电动尾翼只需2.5秒即可开启,最大展开角度可达31°。从外观看,展开后的尾翼如展翅翱翔,气势舒展,颇具视觉美感。
根据用车场景的不同,EC7尾翼的开启分为两个档位。
首先是减阻档。当车速大于80km/h时,尾翼自动开启至18°,引导气流将负压区后移,削弱下洗气流带来的尾涡阻力,降低10counts(4%)的风阻系数。此时汽车风阻将达到最低点,同时提升7公里的续航里程,让汽车驾驶更省电,更经济。
为避免尾翼频繁开闭,尾翼打开至减阻档后,车速低于20km/h时才会自动关闭。
然后是极速档。当车速达到170km/h时,尾翼将开至31°,此时借助风力将对车辆后轴产生470N的额外下压力(车速200km/h时将达到最高650N的下压力),抵消车辆在高速行驶中产生的升力,增加操控稳定性、抓地力,从而提升驾驶安全性。而当车速降至160km/h以下时,尾翼自动调至减阻档,回到最低风阻模式。
值得一提的是,经过蔚来空气动力学团队的反复调试,EC7尾翼的造型最终以飞机机翼为灵感,设计出前厚后薄,上平下凸(与飞机机翼相反)的翼形结构。在这种结构下,由于下表面空气压缩,导致流速增大,能够将叶片「往下吸」,在高速行驶时为车辆提供额外的下压力,进一步克服整车气流升力。
此外,由于EC7尾翼翼形叶片的前缘(leading
edge)形状比后端「钝」,前端空气的流速快于后端,形成负压,还能把叶片「往前吸」。而后端(trailing
edge)由于收窄,完美的流线造型让空气没有「抓手」,这使得尾翼叶片本身不但不增加任何风阻,反而能给整车增加向前的推力,从而实现极佳的空气动力学效果。
为了实现如此精密的弧面造型,EC7尾翼在材料的选择上颇费思量。金属虽然具有较强的钢化力学性能,但成型工艺却无法完美实现机翼般的流线外观。
经过反复比较研究,制作团队最终采用了尼龙+玻璃纤维的复合材料,强度高、自重低,可塑性好,既能满足造型美观,又能实现结构强度。同时,尾翼上表面材质采用PC+PET,适合油漆附着,使表面涂装达到与整车完全一致的高级质感。
最后,插播一则温馨提示:想要开启EC7尾翼,除了上文提到的自动模式,还可以手动操作。日常用车选自动模式即可,但······你若想在朋友环伺的社交场合小小得意一把,请果断启动「手动模式」,让EC7尾翼在众目睽睽之下孔雀开屏。
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