刷新车速记录与“和空气的斗争”

**内拉祖里** · 07-03-19, 22:06

388 km/h！这是4年前德国改装车9ff在意大利Nardo高速环形赛道的速度记录。一举打破了先前由迈凯伦F1跑车保持的386.7 km/h记录。

为达成这一创举，9ff采用了谙熟的保时捷996车型为原型车，经大幅改装后命名为9ff-9V400。其命名已明白地指出了这款跑车的目标直指时速400km大关！

事实上9f-V400的确具备冲击400Km/h的能力，尤其是其经过大幅改装的水平对置6缸发动机。经过增压处理后，这款发动机爆发了618kw的最大功率，而最大扭矩也被催逼到880n.m。9ff对这款发动机非常自信，声称其完全由能力冲击400 km/h大关。不过冲击记录过程中9f-V400遇到的最大难题暴露在空气动力学上。

高速行进过程中，汽车的空气阻力将是整车最大的阻力源。为减少任何影响高速性能的阻力，9ff甚至拆除了后视镜并将后窗玻璃等缝隙用胶带进行封口、正面气流阻力则通过增大马力来加以应对，618kw对于9f-V400显得绰绰有余。

为减少任何影响高速性能的阻力，9ff甚至拆除了后视镜并将后窗玻璃等缝隙用胶带进行封口，正面气流阻力则通过增大马力来加以应对。
不过由于车速过快，车底会有气流进入，这一部分气流产生的“升力”一方面会降低汽车抓地力使动力流失；另一方面，过大升力很可能导致车体向上“起飞”，如同1999年勒芒耐力赛上腾空而起的奔驰CLK-GTR赛车。为此9ff颇费脑筋，一是在车身尾部设计导流板，以形成尾部低压区、顺利导出底部气流；另一方面加设了两个大型尾翼，在高速时提供可靠下压力。

当然，9f-V400的轮上功夫也不容小觑，9f-V400搬出了BBS为其配套的轮毂，而习惯参与各项速度记录的德国Continental轮胎也当之无愧地出现在9f-V400上。

让空气让路！

如何让车子跑得更快？动辄300Km/h的高速当然是每个车迷心中的期望，可是如何才能达成这一目标呢？

很多人会说，power！power！power！难道高昂的动力就一定能产生高时速？错！

我们不敢奢望一款装配RA806E发动机的本田飞度能够产生300Km/h的最高车速——对于飞度来说，300Km/h是鬼门关！同样，做出最高车速的也并不一定就是拥有超高马力的车型，就像英国人的捷豹XJ220跑车，采用3.5升排量的V6发动机却同样做出了354.2Km/h的高车速。

这就是我们要讨论的问题：如何让车子跑得更快？

不妨先翻出牛顿的力学经典理论。我们知道，当汽车的驱动力与阻力达到平衡，即向前的驱动力等于向后的阻力时，汽车就已经达到了最高车速。当然，其前提是汽车处于最高挡位且没有达到转速的极限。如果驱动力更大，那么汽车会继续加速，直至二者平衡；反之，汽车会减速，直至二者平衡。

如图显示了汽车在运动时最基本的受力。
这一理论并不枯燥，我们只是用它来说明两个问题：汽车的最高车速不仅和驱动力有关，也和阻力有关。换而言之，不仅与发动机功率（马力）有关，也与车身阻力有关。

那么，汽车的驱动力是如何产生的？我们常常关心汽车发动机扭矩这一参数，扭矩就是发动机输出的力矩，但是这份力矩难以将静止的汽车带动起来，于是需要有变速箱的帮助。变速箱利用齿轮啮合，将发动机向后的转速降低而将扭矩提高。这满足了汽车在各个速度区间里的阻力。当扭矩经过变速箱、主减速器再分配到车轮时，扭矩已经提升了数十倍。当这份扭矩在车轮上体现出来时，便是汽车的驱动力了。

如果还感觉难以理解，那我们可以像高中物理一样，在车轮前画上一个向前的箭头，这份力量就是驱动力，它由发动机产生。当然，动力越强汽车的驱动力也就越大。就比如9ff的9f-V400拥有618kw的最高功率和880n.m的最大扭矩输出，这是其达成记录的最基本要求。

**内拉祖里** · 07-03-19, 22:07

汽车的阻力包罗万象，其中尤以轮胎与地面的摩擦阻力和空气阻力为主。低速阶段，汽车的主要阻力来自于轮胎与地面的摩擦，但在高速阶段，空气阻力以速度的平方为比，迅速成为最大阻力源。不同汽车的轮胎阻力不同，空气阻力也不尽相同。

在汽车工程设计上，常以经验公式1/2(Cd*A*ρ*U*U)计算空气阻力。也就是说，汽车空气阻力与空气阻力系数Cd、迎风面积A、空气密度ρ、相对速度U的平方成正比。Cd值是汽车设计里对空气动力学的考验标准，例如80年代推出的奥迪100是首辆达到Cd=0.30的轿车，Cd与汽车外形设计有关，不同的造型可以制造出不同的Cd值，从而降低汽车高速状态下的空气阻力。迎风面积A是指汽车最大横截面的面积，简单地理解就是在车体正前方投射出光柱，其后形成的阴影面积就是汽车的迎风面积。此外，空气阻力还与速度U的平方和空气密度ρ成正比。

空气动力学家不能改变空气的密度ρ，但能改变汽车的迎风面积A和空气阻力系数Cd，这可以解释为什么轿车会选择低矮的造型，并将通体设计流畅的原因。

气流作用于车身产生的阻力，可以在风洞试验模拟进行。

此外，车体突出的各种附件也会成为阻力源。例如门把手、后视镜、引水槽等，这可以解释为什么很多高速跑车采用电子摄像头来替代后视镜。例如9f-V400也将后视镜拆除，并对后门框等细处用胶带予以封盖。

当驱动力和阻力之间的问题解决后，另一问题也相应而生：在高速下奔跑的汽车如何保证其稳定性？以388Km/h行驶的9f-V400每秒便要驶过107.8米！在这个速度下，另一个可怕的问题产生了——升力。

升力是什么？通俗地说，当汽车行驶时，气流会少量地进入车体底部。在我们日常行车过程中，这部分气流并没有产生多大负面影响，但是当汽车驶向高速，这鼓气流便在汽车底部聚集，以至于无处外泄、气流越积越多，最后形成一个高压区。这相当于有一股力量聚集在底部，车速足够高时，气流的力量能将整车掀起！这并不是骇人听闻，1999年的乐芒24小时耐力赛中，奔驰的CLK-GTR便上演了“旱地拔葱”的特技——整个跑车腾空而起。这便是由于赛车在经过坡道后速度骤增，底部气流已经积攒起“造反”的能量，最终将车辆掀翻。

那么，解决的办法如何呢？事实上F1早有研究了。他们的做法是采用异常顺滑的底盘设计，将气流平顺地引出车尾。当车辆底部变得光滑之后，底部气流的摩擦力便降低，升力随之减少。法拉利F360便是这样设计的，其底盘所有部件均被保护板包裹，底部气流能够顺畅地流出。

不过，为了更好地导出气流，近年流行的做法是在后保险杠底部设计导流装置。如鱼鳍一样的几道导流板绝非坊间改装的装饰品，这种设计的作用在于抬高底盘尾部，让尾部的空间更大。这在高速行驶时能在尾部造成一个低压区，由于空气是流通的，前部压力更高的气流会向后扩散，最后被几道“鱼鳍”顺畅地引出车底。9f-V400的后保险杠也设计了类似的导流装置。今天，多数跑车都设计了这一装置，例如奔驰SLR、法拉利F430、兰博基尼Mercielago，甚至三菱EVO IX等跑车都有这一设计。

空气动力学工程师对SLR的底部导流装置进行模睨视验，可看出导流装置对气流具有积极的引导作用如图显示了奔驰SLR跑车底部气流的活动走向
当然，解决升力的办法不仅是利用导流板降低底部升力，还有一个很好的办法是额外制造下压力来抵消这一升力。下

**内拉祖里** · 07-03-19, 22:07

压力这一词语在F1赛场上颇为常见。F1赛车前有鼻翼、后有尾翼，额外制造了不小的下压力。事实上，下压力这一概念也是由F1赛场提出的。1968年，莲花49B赛车竖起了高高的尾翼。这一设计是科林•查普曼多年研究的心血——尾翼斜向前方有一定倾角，空气高速流过时作用在斜平面上产生向下的分力，这便是下压力。这种下压力将车体向下“按”，与底部向上的升力形成抵消。事实已证明，高速状态下尾翼的作用相当明显。。9f-V400便是加上了两个大型尾翼，其作用显而易见。

简单地说，要让汽车跑得更快，首要解决的问题是空气的问题。如何让空气让路，这是任何竞速运动的一个大问题。甚至可以说，得空气者得速度。

法拉利F2007赛车前有鼻翼后有尾翼，都是为了制造下压力而设计10多年前的法拉利F50，那个时代大型尾翼最盛行。
尾翼不是坊间的改装件。可多数民用改装车的尾翼只是为了制造凶狠的造型，并没有实际的空气动力学作用。不科学的尾翼改装甚至提高低速状态下的空气阻力，增大油耗。