Tune+to+win+中文版-车身车架组

1、 TUNE TO WIN By Carroll Smith 第一章 车辆动力学什么是车辆动力学当我们有能力去做一些体现智慧的机械机构的时候，我们最好能够确切的支持这个机械结构的功能，“如果不能，请阅读说明书”，在赛车里，这些功能都是虚假的简单。赛车之所以存在，是因为它跟其他东西比起来，可以让一个人从一个地方到另一个地方，用最短的时间。不管是在双车直道上的400码距离，还是在印第安纳波利斯（美国印第安纳州首府）的200个弯，不管是在德国纽柏林的14个弯还是在1000英里越野拉力赛。这些都是浮云，赛车不是锻炼技术。赛车不是欣赏艺术，赛车仅仅只是赛车手的工具。我这本书的目的就是想让读者知道如何在有限

2、的人力，财力，时间支持下，尽可能的给我们的车手提供更加高效的工具。接下来所要讲的就是基础的车辆动力学一个让很多人有几分害怕的题目。一想到车辆动力学，立马联想到一帮高智商的人，拿着各种图标，还有一连窜的方程。其实没有必要那样复杂。车辆动力学就是研究动态影响车辆行驶的受力，和受力之后车辆的反应。要么是车子本身的反应，要么是车手的反应。在多数情况下，只要知道受力和反应力的原因和影响就足够了，没有必要建立特定的数值和量级。因为我们设计的是一辆赛车，所以我们有时候要避免被民用车的设计理念所误导。我们目的明确，所以我们简单的把车辆动力学分为以下几个相关部分。线性或者直线下的加速能够加速超越你的对手是最重要

3、的看点。跟极速比起来无限大的过弯能力更重要。支配赛车加速性的主要因素有Ø 驱动轮的净功率Ø 驱动轮胎的牵引力Ø 干重Ø 空气动力学Ø  摩擦阻力Ø  部件的转动惯量线性减速或者是制动能力制动是简单的把加速反过来。与加速相比，影响加速的是发动机的净功率，同样，影响减速的是制动系统的功率。在减速的情况下，是四个轮子在与地面作用产生的制动力，而不是像加速一样只靠驱动轮。车辆的制动能力没有加速能力那么重要，很简单，制动需要时间短，而加速则很需要时间，我们停车快加速慢，就是这个道理。 加速和过弯能力除了直线加速赛和

4、博纳维尔车，几乎所有的赛车都需要过弯，很明显。越快的过弯能力，就会争取更好的单圈时间。有两个原因，越快的通过，就会越短的时间在赛道上，不管是直线还是弯道。一辆直线速度为80迈的汽车可能输给一辆过弯70迈的赛车。这再简单不过了，因为加速从70到80根本不费时他已经在领先位置了。决定过弯能力的因素有。Ø 悬架几何Ø 车辆负载转移特点Ø 车辆下压力Ø  轮胎的参数Ø 赛车净重Ø 重心高度极速在不同形式的赛车比赛中，极速没有他看起来那么重要。除非在极速的时候弯道被拿走，否则转向力和加速性更重要一些。有几次直线加速赛掉入了极速陷阱。飞

5、逝的时间是我们真正要玩的，不要忘记，我们在跟时间赛跑。我们要去增加发动机的扭矩，还有增加功率曲线的最大点，完成这些。如果你发现在装了翼之后会获得跟好的单圈时间，那就放弃极速吧，我告诉你这极速是浮云。Ø 控制极速的因素Ø 驱动轮的净功率Ø 空气动力学套件Ø 摩擦力操控性和响应如果我们可以设计制造一辆庞巴迪赛车，拥有AA fuler的加速性，拥有Bonneville车的极速能力，再加上F1的制动过弯能力，但是如果他缺少良好的操控性和响应特性，那他就是一台没用的怪物。赛车要适合去驾驶一直的不好操控车祸。就像你所想的那样，这是个困难的部分。有很多影响操控性的，以

6、下是最重要的几点。Ø 重心高度Ø 负载转移特性Ø 悬架结构和角度Ø 地盘和悬架连接刚度Ø 差速器结构Ø 侧偏角与轮胎摩擦系数的关系Ø 空气动力套件的平衡协调和权衡说到这里，我们应该明白，我们不可能同时拥有最大的加速性，最好的操控性，最快的过弯能力，最大的极速，最好的响应。天方夜谭。你不可能拿着赛车去美国比直线加速，美国的这条专门比直线加速的赛道，没有弯道，参赛的车有精致的前轮而且连悬架都没有，他们根本不知道什么是弯，只要加速。这些比赛很明确，我就要加速，其他都扯淡。不过对于赛车来说，权衡和妥协是常有的。如果我们增加了出弯是加

7、速性，同时减小A点的速度或者反过来我们可能会提高单圈成绩。或者，我们增加了A的最大速度，但是同时减小了出弯的速度，等等，很多情况。只要把事情变的更复杂一些，我们就要考虑赛车在赛道上合适的设置。比如说在Long Beach,入弯良好的减速就不是很明智了，因为这里的过弯真的很快。另外，没有两个车手希望他们的车子调教的一样，他们希望我们的赛车动力学知识不断增长，我们开始了解为什么这不是一个简单的业务。、有一种思想在刚接触到赛车的人们中很流行，能够保证赛车取得好名次的方法是，装配战无不胜的地盘，跟发动机一个价的螺丝，安装超级引擎，然后开始收获冠军。这是完全错的。假如有充足的时间，设备，还有机械零部件，

8、还有好的聪明的经理来负责裁决和运行，这是一个好的方法获得第三或者第四。但是不会成为冠军，因为每个精英都独立工作，他管他的底盘，他管他的发动机，车手一样，许多辛苦的劳动还有专业的知识要么大家协调一致要么关门走人。这就是妥协的意义所在，这也是第一和第二的区别，所以要想成为有竞争性的车队，要想保持你的竞争力，那么你必须做好各种权衡。其主要原因是车辆动力学在其中有太多的妥协和互换，我们不可能在所有点上都找到最佳的状态。而且因为相反的状态会根据现有的状态会不断做出改变。但是还有一个原因，这个原因存在与其他任何你能买到的赛车，这就是赛车固有的极限。赛车的极限所有的赛车是协调的设计产品，改装车比专门制造出来

9、的赛车多。很明显这是因为成本的问题，改装车工厂他们更看重成本，他从事着很及其动荡的市场环境，投入他所有的时间游走于农场和破产之间。即使他有很天赋的理念，可是他经常不能实现，因为他没有资助来买新的工具或者他都害怕给自己的定价高出了市场，他没有能力在往前进步，以至于什么都做不了，记住la T400。以上只是一部分原因，另外一个原因也是很简单的，大部分的赛车制作不会跟赛车厂商的车比赛。成功而且专业的车队不会制作消费赛车，因为这样不赚钱还会浪费很多为比赛准备的努力。改装车厂，他们不会去赛车，因为他们没有钱。由于他们不能通过巨大的销量还获取利润来支持车队，所以他们经常供应给车队一些零部件，并且关注自己的

10、支持的车队，希望他们取得好成绩，这样通过冠军的影响力，提高自己产品的市场需求。车队在不断的测试，改进，以此来回馈赞助商。而且在截止日期之前，有些针对消费品汽车的工作还没有做，设计就被冻结，你根本没有机会去做出来，那样的话，最好的是你希望有个机会你能买到更新的零部件。最后还跟操作状态有关系，现在的环路比赛以及跟过去以往都完全不同了，不需要在不同的赛道掌握不同的轮胎特性。或许你可以通过聘请一个有经验的赛车手来弥补这一这一缺陷，协调任何情况下，你能购买是先行的第一步。在如此激烈的赛车比赛中，你不可能有实力立竿见影的赢得比赛。发展取决于你，而你将会为此做出妥协。我对“协调”的定义很简单，任何针对零部件

11、的改造只有一个目的就是为了增加赢得比赛的可能性。去掉不必要的重量是“协调”。所以，我们增加有效功率提高过弯能力，降低延迟，以及其他能去做的事情，而这都是为了使我们跑的更快，更好的可操控性，更加可靠。到那里会发生什么自从准备赢出版后，我已经收到很多自视清高的评论，到目前位置，还没有人能够在这之前否认，或者找资料，过程中的错误，或者建议什么的。这回不会发生了。实际上，筹划一辆赛车，一架飞机，或者一个机械工具，就是一种搜集和整理，在同等情况下，操作过类似设备的人来做这些工作。经验和判断是很需要的，但这是一个为开垦的领域。某些人，某个地方可能回答的正缺，但实际上任何问题都可能发生。、以上的任何东西都不

12、是真正的协调不管是在赛车上还是在其他地方。协调是一种设计。如果把他比喻成一项很精准的科学，那所有的汽车都是零缺陷的，车手不会有任何抱怨，所有的改造和有依据的调整都将会起作用，那它就会一直飞快下去。这些都不会发生。我们把大部分生活都投入在这里或者其他地方，然后迷茫为什么我们明智的想法没有起作用，我们在寻找属于我们自己的圣盘。突然有一次我们取得了一个突破，发现对于圣盘我们有强大的控制力。渐渐的我们发现，不管我们取得什么样的突破，唯一明了的是，你看到了更多一系列的问题。无知像乌云一样，而最佳能见度可能也有点模糊。根本问题是，我们不知道我们在做什么。这不是说车手是白痴的，或者是懒惰的。相反，更多明智的

13、和专业的独立团队从来没有踏上地球。因为各种缺失，时间不够，资金不够，交流不够，没有人能够详细的说明在赛道上高速疾驰的赛车发生了那些变化。怎么会这样子呢，毕竟所有的高性能飞机都要比赛车复杂，它们的速度要高的多，并且要与重力作用做对。制作飞机这项如此罕见的完美，设计者们可以使他更加完美，而且可以立刻把设计意图画在黑板上，而且是在风洞之外。再回到我们做赛车，为什么我们总是不能达到这样的水平，对于我们熟悉的赛车。这里有以下几个原因，物理上的，也是最重要的是，飞机只在存在一种介质，那就是空气，他们可以自由的空间360度自由翻转，倾斜，偏航等。不计飞机起飞和降落的情况，飞机在天空中没有收到来自地面的影响。

14、一般情况下，飞行员在接近地面的时候遇到麻烦的时候都有预警措施来离开地面。但是如果设计者和飞行员想要对飞机做各种极限测试，他们会很感兴趣这种飞机在极限下的状态，所以就没有迫降预警系统。在极其危险的情况下，设计者，制造商，组装者，飞行员，调试者如果把这个事情搞糟了，那在高空中驾驶飞机的飞行员只有一个选择，跳出机舱，在这些高性能的机器里，赛车是一项极其特殊的工程。他有两个介质，一个上，在地上，一个中，在空气中，这两种作用交互在一起，同时发生，又同时产生影响。它有两个空间的自由度，而这已经是极限了。围绕偏航轴全方位的旋转是不常用的，也是不明智的。目前还没有任何好的报道来说明赛车围绕侧倾轴和旋转轴全方位

15、旋转能有好的表现。赛车紧紧的贴在地面，周围流过快速的空气，与此同时，赛车的速度，侧偏，转向中心都在发生变化。赛车永远被空气，地面，车手所扰乱着。车手控制着来自地面的加速，减速，转弯，这些必须在轮胎达到抓地力极限之前才能完成。接下来一些物理定理就会发生作用，赛车在达到不同的物理条件后发生不同的变化，而物理定理是永远不变的。车手不能控制空气和车手路面。他必须加入到空气和地面里对此来做出反应，以免翻车发生事故。车手没有直接的在车上控制空气动力套件，他要做的是不要使自己疲倦，如果他开的足够快，足够有竞争性，他将会连续的对比过弯，加速，减速，这些都在附着力的极限下，而且很接近其他车子。如果你完全控制了这

16、些东西，说明你还跑的不够快。在过去的一些年里，记录赛车的大量数据，技术发展使得这成为可能。Jim hall是这方面的先驱，在勒芒失利之后，福特使用了更好的测试设备，以后还有更多好的车队，像法拉利，迈凯轮。我很怀疑他们这些举动都给他们带来了满意的赛车胜利。当发现赛车的运动状态时，与此相对应的是技师在想什么，赛车手会是怎么样的。我们应该来分析数据，改造硬件，来提高赛车的响应和控制。以我的理解，还没有一个人有相同的数据测试和算法系统。没有政府和大型的企业在赛车界，而支撑这样一个系统所需的财务超过了个人车队的资源能力。我不会关注这些系统和设备的，因为我们读者是不可能接触到这些的。这并不一定都是坏的。赛

17、车，目前为止，被人认为是即兴诗人。不停的尝试和协调，这些会冲击传统的工程师，这理解起来简单，因为传统的工程师都要经过正规培训然后去工作，他们经常低估了车手的表现，高估了空气下压力的作用。在这个超越组织的世界，很少技术领域，特例独行的人可以胜利。赛车，如果特立独行的人很明确认为而且工作足够努力，那天就属于赛车。我们到底应该协调什么呢，我们应该以怎么样的方向和顺序来协调呢。这就是为什么它跟科学比起来是一门艺术。我们从车手的头（经常这是最富有成效的，但是出了这本书之外就不一样了）协调到轮胎抓地面积，再到发动机输出的功率（这是最没有成效的）。我们总是希望从一个结实的基础开始，就像我们广泛认同车辆动力学

18、一样。我们将会按照正确的逻辑来行动，我们还会把我们的努力按照重要顺序分级，以便使我们的每一分投入，每分钟都没有浪费。我们肯定要每次只走一步。我们当然还要确保和避免相同的人在不同的领域研究，比如说空气动力套件，非簧载质量，路宽忙活着其他的。赛车是一个系统，每一个系统的零部件都发挥着自己的作用，都会对整体性能有影响，虽然他们不一样。说的再清楚点，就是每一个部件都会互相影响其他部件，我们观察对赛车整体上的改变所引起的影响是很必要的。如果我们把这个思想深深根植与大脑，那我们就会用最少的努力来获得最大的成功。如果我们跟不上这样的思想，那成功有可能过来，只是偶然哦。单圈时间的增量现在是时候说单圈成绩增加的

19、重要性了。每一个车手都将承认，单圈的美一秒时间都是天壤之别的差距。确实，没一个车手都会把自己老妈卖了，把自己老婆租出去来换取这珍贵的单圈每一秒。在大湖区单圈的每一秒增加，到最后就是40秒，你还记得上一次是谁在大湖区赢得冠军以40s的成绩吗。现在去尝试着说服所有的车手，十分之一秒也是很关键的。我将会让你知道一个秘密，单圈没增加十分之一秒到最后就是4秒，而这基本就是胜利了。最大的唯一一个错误就是车手在单圈的所有时间里寻找一个超级扭力。假设装备是好的而且经过筛选，但是这样的超级扭力是不存在的。在那个还是方程5000的年代，在那个不可思议的浪潮疯狂的冲过丹佛城。Mario Andertti 能够领先第

20、二位两秒，领先第十位5秒到6秒的原因，不是因为他的发动机，不是因为他的胎，或者他的地盘很厉害，这些都不是，尽管，有些时候，我不得不承认驾驶技术要占很大一部分。我是Mario 的崇拜者。真正的区别是每一圈微小的成绩累计，十个或者一百个增加就可以获得数小时的调整和测试。一旦车子做好了，你要做的就是增加和协调，十和百已经足够了。接下来的章节，我要介绍跟赛车动力学密切相关的部分。我努力做到有逻辑和简单，用最少的数学理论和公式。这本书不是一个制作说明手册，也不是那种教程，你跟着我做，那种用几千字告诉读者，如果减少前倾杆的管直径会造成转向不足。我宁可读者这么说这本书大家会这么说“用这种方法很有效，能够改变

21、他/她的动态。”我们将会讨论影响赛车的各种力，和赛车在受力能够所受到的反馈。我们会详细具体的说怎么来通过这些力的反映来做出调整，我们不讨论直线加速赛车，因为我对那个不太懂，我们将要讨论公路赛车。然而，我坚定的认为，不管什么车都会遵循车辆动力学原理，许多理论都是通用的通过这些我们可以改变赛车性能来适应不同的情况。这些原则一直存在，但是我们必须根据我们的目的和实际情况掂量我们对它的应用。科学基本原理无处不在，只是我们对科学的解释和应用是不一样的。通过定义，赛车把正真的时间留给了轮胎附着力的极限边缘，如果没有这些铺垫，以一会翻到轮胎附着力不是一个因素，一会翻到足够的扭矩或者驾驶不够努力。你看不懂。我

22、们最好能够开一个头，告诉你什么是影响因素，什么影响附着力，这是一个综述。 第八章 外流空气动力学最初，赛车设计者就意识到了空气动力学对赛车性能的良好表现的重要性。在开始的半个世纪里，下面的部分就是他们在空气动力学所实现的技术。减少阻力的来源，比如尽量减少赛车的交叉部分区域达到实际的最小值，或者尽量将赛车外部零件（突出在空气中的部分）进行流线型化。流线型化可通过直觉、眼球来实现。很多努力用在生产流线型外形上面，最后却没有达到减阻的效果，赛车可能在跑道直线段速度会更快，但是它的车身总是更重而且对于不同的赛道有不同的性能要求。在19世纪90年代，我们开始意识到升力和阻力同样的重要，现代赛车空气动力学

23、开始。从那时开始我们在翼型的形式方面取得了一些进步通过Jim Halls发明的真空吸尘器。在今天的赛场中，谁想要赢得比赛就必须了解车辆空气动力学和他了解赛车其他动力部分一样。但是这也不是就说明我们必须得成为一名流体力学工程师。举一个例子，你仅仅是为了灵活的去使用齿轮箱而不必去设计一个齿轮箱，但是你必须得对齿轮箱的工作原理，结构特点，工作流程了解清楚。在开始具体阐述流体力学之前，我们需要进行一些常用流体力学名词的定义：流体：Webster定义流体为一种物质有倾向于流动或者改变它本身的形状随着它所处的容器。简单说来流体就是一种有内摩擦力的物质，它会随着一个很小的外加压力而发生连续变形。所有的液体和

24、气体都是流体，在任何的温度和压力下面他们都会让我们觉得好奇。毫无疑问的，空气是一种流体它满足所有的流体机械理论。就是因为在组成空气的小微粒之间有内摩擦力，所以我们才能呼吸空气，我们才能减速我们的赛车，但是那并不意味着没有压力存在，或者我们可以让空气完全按我们的想法去做。空气只会按照流体机械理论去运动。因此我们需要对流体力学有一个基本的理解。静压：静压是定义在一定空间内的环境压力下的，它表示单位面积上的单位质量，静压的单位是英镑/平方英寸。动压：流体的动压定义为流体密度与速度平方乘积的一半（即）。我们不必知道那具体代表什么。我们只需要知道动压是与流体通过物体之前的静压以及我们在物体的位置所测得的

25、当地压强之差成比例的。动压与流体微团动量成正比。流线：如果使流体的某个小区域染成可见的（比如在风洞中加烟道，在流体中染色），在流体的正视图就有一条可见的线。这条线就被称之为“流线”，可以利用这条线来研究流体的流动情况。物体通常被错误的称为流线型，当他们的外形在流线通过时不会出现相互交叉或者相互干扰、溶解。层流：层流是指不同的液体层不进行相互混合的流动状态。在层流中所有的流线保持平行，在流速增加或减小的情况下不同液体层的流速仍保持恒定。层流是我们一直想要的得到的。紊流：紊流是指不同的液体层流速是混乱的，流线不保持平行，流线出现漩涡。紊流产生阻力。层流与紊流的一个常见例子就是香烟的烟气在静止空气中

26、的流动。在最初的时候烟气上升平滑地，烟气保持流线型。过一会了，烟气变得不稳定，可以看到流线相互交叉混合，初选漩涡。边界层：边界层是流体留过物体表面是由于减速而形成的一个相对较薄的部分。在物体表面和流体之间的摩擦力使得流体的速度逐渐减少直到速度为0.在边界层内的流动可以是层流或紊流，边界层可以很薄或者很厚。在物体的前部，当流体刚流到物体表面时，边界层是薄的层流。由于流体内的摩擦力以及流体与物体表面间的摩擦力，流体的能量被损耗，在流动的后部分，边界层通常变得很厚而且是很不稳定的。当边界层变得很厚，或者紊乱的程度很高，或者流体的压力突然增加，边界线将会与物体分离。一个常见的例子就是流体留过圆管时的流

27、动，如图44所示。在圆筒的前部，压力最大。当边界层流动流过圆筒的顶部和底部时，压力持续降低，但是当通过圆筒的顶点时，压力升高。边界层不能克服沿圆筒上升时的阻力，在刚刚通过圆筒最高点时开始出现边界层分离，并且造成高的阻力。在不同程度上来说，物体是不整齐地流线型的通常不能有效地防止边界层分离在最后的。压差：压差是在物体表面某一特定点的压力，它的数值比物体前部的静压略小。物体表面不同的压差被参考作为压力梯度。正的压力梯度是沿着流动方向增加的，而负的压力梯度导致流动分离。总压保持恒定定则：伯努利（流体力学家）告诉我们，在稳态忽略流体粘性的情况下，静压与动压之和的总量保持不变。这个定则解释了压力的产生诱

28、发了阻力的产生。当流体微团接近物体时，动压和流速都会减小，因此静压立刻增加，流体的运动也增加，产生涡流，流体开始偏离它原来的流动状态。在理想状态下，动压和静压的相互转换发生在物体的后半部，流动平衡一直保持，没有压力诱发阻力产生。在实际情况下，流体存在粘性力，边界层减速，边界层会发生分离，流动形式会发生变化，所以对理想状态的结论需要修正。流体微团的减速发生在物体的后半部分，压力不能完全恢复到最开始的状态。在之前增加的静压以后后面压力的减少不能完全恢复的结果就是诱发了阻力的产生。边界层分离：边界层的分离开始于边界层内，最后导致一部分流体的分离。简言之，流体流动不能够一直保持为物体的形状。当边界层内

29、的剪切力变得足够大，以至于边界层不能依附在物体表面，此时分离发生。分离发生在压力急剧升降的地方，在流动内存在大量紊流，物体表面形状的突然改变或者边界层被节点或突起扰动都会引起压力的急剧变化。当然，在分离点的下游区分离的边界层会重新附在物体表面。流动分离的例子有翼型失速和横掠圆管。无论什么时候分离，阻力都会发生显著的增加。在翼型的情况下，失速也会造成升力的减小。附着流：附着流是的流动状态与分离流刚好相反，其应该被优先考虑。在紊流中流体仍然附着在物体表面是可能的。事实上，层流边界层的分离比紊流边界层分离更快。阻力：阻力是流体过任意物体表面是粘滞力的一种表现形式。阻力的方向与流动方向平行相反。阻力的

30、产生是由于物体与流体之间的动量交换，其根本原因是物体与流体之间的摩擦力。压差阻力（形状阻力）：压差阻力是流体流过物体时所产生一种阻力。流体刚刚到达物体前端时由于物体的阻挡作用会产生一个正压力。当流体发展流过物体前端时，正压力逐渐降低，有时候会降低为负压，然后逐渐增加直到边界层分离发生。.在分离流内压力为负的所以会使得流速反向，就像在刚刚流到物体前端时正压推动流体往前加速流动一样。对于非流线型物体，负压阻力和正压阻力是总阻力的主要组成部分。非流线型物体我们将会在后面进行讨论，它对于我们的流线型的翼型来说一个很好的反面例子。对于流线型物体来说，物体表面的摩擦力通常比压差阻力更大。但是对于流线型物体

31、，我们仍然不能完全地消除压差阻力。诱导阻力：诱导阻力是由于物体升力面的升力产生的阻力。翼片为了产生升力，就必须传递给流体动量。这些动量不会恢复，最后作为阻力（内能）消耗。想要产生更大的升力，相应地也会激发更大的阻力。因此我们只有通过合适的设计升力翼型面来使得单位升力的产生仅仅有最小的阻力产生。最有效的减少阻力产生的方式是增加翼展。大自然知道这些，所以它給予翱翔的飞鸟大的翼展。当然我们的裁判也知道这些，所以他们规定赛车小的翼展。因此，对于赛车来说，翼展产生的阻力是主要的阻力组成部分。寄生阻力：寄生阻力是由于车身的突出物产生的摩擦力和压力引起的，突起物有紧固件、热交换器、反光镜、进气口等等。许多学

32、者把摩擦阻力当做寄生阻力的一部分，而我们将他们分开讨论。摩擦阻力：摩擦阻力是流体流过物体表面时由于摩擦力产生的阻力。其大小是与表面光洁度以及表面积相关的。说来也奇怪，表面摩擦力对于赛车来说并不是特别重要，但是我们却可以很容易的利用它来做一些事情。动量：动量定义为质量与速度的乘积，它表明了运动物体停下来会释放多少的能量。物体运动通过流体时会发生动量交换，交换的动量用于代替流体的原位置以及摩擦力产生的损耗。动量单位时间的交换值等于阻力。为了使物体恒速的通过流体，就必须有恒定的能源进行补充。为了使物体加速通过流体，所加的能源就必须产生比与流体单位时间交换值更多的推力。如果提供的能源不够，车辆将会减速

33、，而飞机将会失速其飞行高度也会下降。物体与流体的动量交换通过以下几种方式：（1） 在物体运动方向以及其运动方向的垂直方向上的流体体积的交换。（2） 流体流入圆管内或者不规则物体内的流体体积的交换。（3） 流体系统内漩涡的体积容量。（4） 在物体表面与流体产生的边界层内由于相对速度不同而产生的摩擦力而产生的热量。黏度：黏度是分子反抗与流体微团内分子相互交换以及与物体表面的分子的相互交换。通常这种反抗力的表现形式是摩擦阻力流体流过物体表面时产生的正切力。正切力是摩擦阻力会随着速度的增加而增加。空气的速度依赖于压力，虽然它会随着温度的升高而减小，但是我们可以认为它基本不变。压缩性：压缩性是气态流在静

34、压增加时体积减小所表现出来的性质。在实际中，液体不能被压缩而气体可以，这就是在制动系统中气泡会导致制动踏板吃力的原因。在赛车比赛中，我们没有达到不可压缩气体流动的速度，因此我们不必担心它。雷诺数：雷诺数是无量纲量，其与流体的速度以及物体运动部分形状成正比而与流体的密度和黏度成反比。它主要的作用是能够使流体力学用模拟实验预测实际的结果。它可以用来限制本章节所阐述的定理的适用范围。阻力系数：阻力系数是一个无量纲量，它用来比较不同的物体形状所产生的阻力。它可以缩写为CD，可以通过测量动压以及参考面积来得到它的数值。升力系数：升力系数是两位一个无量纲量，它用来衡量不同形状产生升力的大小。它通常缩写为C

35、L，逃课通过测量动压以及参考面积来得到它的数值。我们将外流车辆流体力学分为三个相互关联的部分：Ø 空气动力阻力Ø 空气动力下压力Ø 空气动力稳定性空气动力阻力 当行驶速度超过100英里每小时时，空气动力阻力是限制赛车在直线段的表现的最大因素。显而易见地，减少阻力将会在同等油耗的情况下获得更高的速度。不是那么显然，但是更重要的是当赛车行驶在极限速度之下时，减少空气动力阻力将使得赛车有更多的动力剩余。更多的动力剩余意味着赛车加速更快，通过赛道的时间将会更短。汽车阻力的计算公式为：在公式中带入实际的数值进行估算，我们可以得到在F5000比赛中Riverside赛道直线部

36、分后半段赛车的受力情况。阻力系数为0.65，赛车迎风面积17平方英尺，赛车行驶速度为180英里每小时： 很遗憾，915磅的阻力对我们来说不意味着什么。我们将阻力从磅转化为马力在数据变得有意思之前，在没有需要克服阻力时。阻力的马力公式为： 使用和刚刚相同的数据，我们现在得到下面的计算： 我们第一眼看这个结果可能会得到一个简单的结论：如果发动机给出560马力的推力，那么我们将会有121马力可用于在速度为180英里每小时时的加速。但是，在第三章我们计算过传动摩擦损失，这个损失来自于发动机的转动惯量，传动轴系，车轮和轮胎的滚动阻力。我们估计5%的传动摩擦损失，在非常高的行驶速度以及低加速度时有6%的转

37、动惯量损失，60马力的轮胎滚动阻力，最后到达车轮的可利用的动力为439马力，我们达到了车辆的理论最大速度。如果我们将速度与阻力（马力）的关系绘在图表中，在图45的曲线中的实线表示速度与阻力（马力）的关系。为了阐明我们面临的问题，我们做以下假设，如果我们成功的减少迎风面积（A）或者阻力系数（CD）10%，虽然改变其中一个都很困难，我们将会得到破折号曲线的关系图。如果我们能够把两者都改变，我们将得到圆点曲线的关系图。两者之一都代表着一个很大的改进。现在我们可以简单的把影响阻力的因素归结于CD和A，但速度也是其中因素之一。为了增加最大速度，例如增加5%，因此我们会减少A 5%或者改变CD 5%，或者

38、增加发动机的动力15%。但是那是不可能按照我们的想法去增加赛车的发动机输出15%。如果我们把各种类型的齿轮与最后车轮获得的净马力关系画在图45中，在两条曲线之间的区域显示了在任何车速的情况下能够用来克服空气阻力的净动力。在这种情况之下，我们很容易就忽略了赛车自身的质量也会阻碍加速，但是那不是很重要的，因为我们在第三章同样忽略了空气阻力来做其他分析。但是我们的东西最后会完全地集合在一起。我们可以轻松地从图45中得到当车速大于80英里每小时，赛车运动所需要推动的气墙变得越来越大，我们想要在环形跑道中提高单圈成绩的办法就是减少气墙的体积来增加赛车的加速能力。这也证明了增加赛车快速过弯的能力是很重要的

39、，因为在高速情况下没有足够的储备推力去加速来隐藏我们的不足。我们应该客观的看待车辆阻力图表，希望它可以提高我们生活的质量。迎风面积赛车的迎风面积在赛车设计好时就已经确定了。即使设计者没有关注到这部分区域，赛车轮胎，底盘，燃料箱以及发动机的尺寸也是会限制到我们可以做的。对于现在主流的赛车来说，设计者可以减少赛车迎风面积的唯一方式就是减小轮距，但是我们有足够的理由确定为什么他不可以减少轮距，因为要保证转向力，车辆平衡性，除了印地赛车可以改变轮距外。阻力系数必然地，我们对减少赛车空气动力阻力所做的努力很直接的表现在改善阻力系数上面。忽略赛车内部的阻力，我们分开考虑减少阻力的方式，其中一个就是改善赛车

40、的外形去减少型阻，另外一个就是清理空气动力阻力的细节部分减少寄生阻力。外形 赛车的外形设计在三个分开的方面，但是他们之间存在功能冲突。首先，赛车的外形应该在规则允许的范围内已一种可实用的方式能把其他部件包裹，包括驾驶舱。车身应该设计得方便拆卸用于维修，重量轻但是足够承受空气压力以及有一个最小的支撑结构，这些因素导致车身的尺寸有一个最小的逼近值。其次，最终的车身外形应该产生最小的空气阻力。最后，也是最主要的，车身不能产生升力，而最好的情况应该是我们安排车身的方式使其能够产生下压力。我们首先应该意识到的是，当考虑赛车基本外形时，极音速空气动力学以及高速外形，比如极其精密的翼型前缘，对我们是不适用的

41、。他们所处理的是可压缩流动，对我们来说是不感兴趣的。我们需要大大半径以及平滑的转换方式。我仍然记得曾经以为跟我共事过的真正的流体力学工程师，他主要是做极音速飞行器的研究，但是他表现出对赛车有兴趣。当第一次目睹我们做的赛车测试之后，他说：“我处理的是马赫数大于2的问题，而你们真正需要的是研究DC3型运输机的人才，”然后就离开了。第二件我们需要考虑到的是赛车的类型，尤其是对于现在比较流行的中置引擎式赛车，不能调整赛车的形状来达到低阻力。在我们所讨论的空气流速下，要想产生最小的阻力就要使用水滴型的车身，它的最大横截面的位置尽量靠近车身前部，在前缘部分横截面有一个大的半径，而在其尾端是细长型的。但是这

42、会给造成大的问题，比如驾驶舱，发动机、排气系统等必需物没有空间。但是真正的低阻力形状的四轮车辆倾向于产生大的的升力。在我们开始着手于用牵引力产生下压力之前，任何产生升力的形状都应该被舍弃。为了最小化的产生升力，我们应该完成两件事。首先我们应该阻止在车的底部形成高压区域，然后我们应该阻止在车的顶部形成低压区域。理想化的，我们应该阻止气流流过车的底部产生低压，然后使气流流过车的顶部时有最小的加速。所以我们需要调整气流的流向，在车的两边我们应该有气流的通道。对于摩托车和履带式车辆（拖拉机和陆地速度记录车）是很容易实现的。赛车通过弯道时比较困难所以需要大轮距。我们可以进行一些尝试。这里是一些优先考虑的

43、事项：最重要的就是尽可能阻止空气流过车的底部。所以我们在车辆前部采用空气抑制器以及在F1赛车上采用翼裙。我们将会在后面讨论这个问题。第二，因为我们对于最小化气流拂过赛车顶端所做的工作效果不明显，所以我们应该保持流体最大化的附着在车体表面。流体分离意味着低压，在车的顶部低压意味着升力和阻力的产生。因此，平滑的车身表面最小的障碍和平滑的形状改变可以实现流体附着。但是在最后我们还是要面对流体分离的事实，在流线型的尾端边界层已经变得很厚重。渗透神话在过去的几年里我们听过或者看过“气动渗透”运用到“鼻锥”外形，如今在F1以及USAC中比较普遍。渗透概念其实在极音速空气动力学，弹道学以及一些户内运动中比较

44、常见，但是在赛车的空气动力学中不适用。鼻锥有效有几个原因，但是没有渗透。前翼的外形允许适用最大化的展弦比，这种前翼能够由小攻角产生需要的下压力以及使得下压力更一致性，小攻角会减少诱导阻力的产生。大的展弦比也会使得最大比例的流动向下流过车身两侧，增加流过车顶表面的流动区域，使得流过车顶表面的流体尽可能保持附着。另外，优雅轮廓外形以及轻车身都是实用的。最后，鼓励大家按照重量分布以及管道效率合理安排水箱热交换器。外形与渗透无关。开放式车轮在我们看到真正的赛车（没有挡泥板）时，可能最先引起我们注意的就是大而笨重的车轮暴露在气流中。我们本能地意识到车轮会产生很大的阻力和紊流，尤其当车轮旋转起来时。仅仅在

45、这里，我们的直觉是对的，暴露的车轮会产生大的阻力。但是同时他们也会产生相当大的升力。USAC和FIA坚决要求方程式赛车应该开放式车轮。他们不仅特别要求车轮不能通过设计和制造被封闭，而且详细说明在车轮前部的部件不能够超过车轮边缘以及部件的宽度不能大于59.05英寸。在前轮和后轮之间的部件的宽度最大不能超过51.18英寸。这些聪明的限制使得后轮安装整流罩不可能实现，实际上前轮想安装有效的整流罩也是不行的。如果赛车前轮距被设计得有足够的竞争优势在弯道中，那么前胎会突出超过合法的整流罩尺寸至少5英寸。在这些年里，许多F1的赛车队厌烦了各种不公平的前轮整流罩当Ferrari，McLaren和Lotus被

46、迫接受不同种类的鼻锥前翼发展起来时。在F1比赛中取得比较好成绩有鼻子的赛车是Tyrell（四轮赛车），它是由Mssrs,Stewart和Cevert掌握，并且是由Ken Tyrell指导的。经过这番鼓励，Tyrell提出六轮赛车其重要作用的只是四个轮子，而且前轮通常是流线型的。每一个人都希望赛车在直线段的速度超过飞行的子弹，但是那不可能。在直线段它不是快的，相反它是慢的。在前轮距增加以后，赛车的转弯速度变慢了，那确实需要F1赛车做更多的事。虽然它赢得了很多比赛，但是它不再是一个有超级竞争力的赛车了，它被放弃了。作为一个在F1赛场的事实，窄轮距鼻子型的赛车被遗弃，在1978的比赛中，整个批次的赛

47、车都有鼻锥以及高比例的前翼和相对较宽的前轮距。在F1和USAC中造成这个趋势的原因有几个。第一，前翼比鼻锥产生更多的下压力。第二，前翼使得更高比例的气流通过赛车的两侧。第三，设计者发现在前轮和后轮之间最大化的扩充底盘的宽度，不仅可以把油箱、散热器放置在最佳位置，而且能够部分地在车体两边再附着前轮紊流尾迹，在一定程度上，可以清洁那部分区域。第四，如果底盘（tub）底部保持清洁，气流会被尽可能的阻止流过车底，车底将会产生低压区，下压力将会以最小阻力产生的方式产生，事实上这种方式会大大的减少阻力。底部区域越大，下压力就会更大，因此目前主流赛车都会有宽的底盘。它有点像Jim Hall的真空吸尘器，但是

48、没有辅助动力机，只会产生小部分的下压力。如果驾驶舱下有一个低压区域，赛车两边流过的高能量的气流就会尝试迁移到底部去。应用在赛车底盘两边的滑动裙阻止了气流的迁移，使得低压区得以维持。当底盘比较宽的时候通常用山行斜管补全侧翼。他们阻止了气流进入车的底部。如果F1标准化鼻锥，那么更小的方程式比赛（F2，大西洋方程式，F3）将会出现另外一种形式，窄轮距车鼻会很普遍。这基本原理似乎是，当被限制动力，他们需要从阻力得到部分的帮助。我不同意这个观点，这个趋势是由于大多数赛车是March发明的，他最先提出车鼻的概念，并且在F1的每个人都放弃了车鼻之后还坚持了很久。剩下的小型方程式赛车制造商看起来都是抄袭Mar

49、ch的。如果我设计一个大西洋方程式赛车（我很乐意做），它会有特色的大轮距，宽而浅的驾驶舱，襟翼，窄鼻锥，长悬架臂。事实上，它是一个迷你版的F1赛车。无论如何，现在有一个关于有效空气动力学总协定，在开放式车轮比赛（F1和USAC）的主要领域。我把这两个赛事作为一个闪亮的例子举出来，是因为他们已经连续举办了好几年，而且这里有最多的钱和最聪明的头脑，所以在赛事中任何一致的看法都有责任合法化，为剩下的这群人指明方向。在这个生意中，谁自命不凡地去抄袭会被早早地判决失败，抄袭者没有理解他所抄袭的东西应该怎样工作。USAC已经以中庸的方式解决车鼻外形的问题，Foyt和Bignotti的车低轮廓（Bignot

50、ti在车有顶翼），Mclaren，Gurney和Vels-Parnelli坚持鼻锥和车翼。他们的赛车中看起来没有和特别，如果有赛车的外形的阻力是超临界的，那么只能是USAC 冠军方程式赛车。这个总协定同样的延伸到闭式车轮车，比如庞巴迪的车全部看起来一样，福特GT的车看起来很像保时捷。对于福特GT，前部的扰流板是普遍应用的（后翼课用来平衡下压力）。我不打算去展示一大群不同赛车的图片来指出趋势。一方面，不必要的图片会增加书的成本，我有必要控制书的价格在限制范围内。另一方面，我讨厌不是自己相机拍的图片，最后，我相信要买这本书的人家里有很多赛车杂志。因此，我们将描述设计者的一致意见。他们阻止任何空气流

51、过赛车底部。他们弄清楚了边界层的分离会产生阻力，即使在分离之后又重新附着在车体上。为此，他们已经解决一些去除车身表面的突起物的问题。他们也意识到了增加表面区域（或者湿周）仅仅会增加表面摩擦力，但是相比于指定流体的流向以及维持层流来说是增加了摩擦力是次要的，因此他们附上发动机和防滚杆，流线型的反光镜以及在后轮的前面放整流罩都会使得空气沿着我们想要的方向走，清洁尾翼表面以及尽可能的去维持层流流过整个车体。空气动力学在防滚杆就结束的时代已经过去了。底盘很宽，但是它很低，有一个高而窄的驾驶舱突出在赛车的中部给车手乘坐（对驾驶舱会有越来越多的改变）。他们甚至确定加入有机挡风玻璃和玻璃纤维仪表盘不会有缝隙

52、。这一切都是重要的。寄生阻力当赛车向轻量化制造时，赛车者开始考虑车身凸块、突起物、节点、未加工表面等产生的阻力。对于细小的部件增加单圈成绩和车重的情况是相似的。在所有可能的情况下我们不能够精确地测得细小的改进在寄生阻力上表现的不同，就像减少了一点点的车重一样，但是它的影响是积极（我喜欢这个说法-张明亮）的。我将要喋喋不休地讲这件事，每个人都有权利中止，我的权利是继续。例如，在车鼻部分暴露的螺栓产生的阻力是双重的。首先，由物体本身产生的阻力是极小的。更重要的是流体流过这个物体时流动开始分离，紊流被诱发以及传播到附近20度的区域，直到流体再一次被附着。我们不是缺乏努力而是缺乏想法，刚刚所举的例子能

53、够在阻力图上产生非常大的不同。阻力系数在用来做对比时是一个非常有用的数据，但是更明智的应该是考虑总的阻力而不是简单的阻力系数。图（46）和（47）给出了不同类型紧固件以及表面节点下的Cd,图（48）给出了第二次世界大战时的战斗机平板机翼表面粗糙度不同下的Cd。如果我们对某种方程式赛车基于湿周面积在120km/h下计算会得到四种不同的阻力值，其分别对应于最好以及最坏的状态。实际上那不是那么严重的，但是给车身上蜡和费力的工作活是便宜的。车身的前1/3对于细小部分产生的阻力的影响是最有决定性的区域，它可以通过翼型对车产生30%的下压力。技巧就是尽可能的使边界层分离延后，其中的一个方式就是避免节点、铆

54、钉、圆凿或沟绊倒边界层。花很多的钱去制造有效的翼型，还不如把精力用在制造光滑车身以及凸起和观察孔的细节部分。图（49）给出了理由。 雷诺数一个大平板横向通过空气的Cd是1.5，在相同的雷诺数下圆管的Cd大约是0.60，然而同样情况下一个泪状的飞行器结构的Cd是0.06。图（50）阐述了这个事实。很多人在谈论生产“干净的”赛车，那样Cd只有0.35。我从来没有看到过那样的车，甚至勒芒赛车。原因是很简单的，如果车是干净的，那么将不能冷却以及产生下压力快速地转弯，如果是这样的话，那将不可能赢得比赛。F1和F5000的赛车Cd在0.55和0.65之间，他们跑得比世界上任何有轨车更快，除了马克多纳休的涡

55、轮坦克。另一方面，保时捷917（短尾版）的马力为630，车重2100磅，大约14.5平方英尺的前部区域和Cd=0.45。然而在相同的赛道，F1少于200马力的发动机，同样的车身表面，以及F1Cd在0.6到0.7之间，它却没有F1赛车快。我们可以推测车的发展是差不多的，驾驶者的技术是比得上的，马力与体重比是相似的，那问题出在那里呢？基本的回答是F1赛车是一个纯粹的抛体，这仅仅是对于灭火器的发挥效用有影响，甚至增加可变性的刚性结构以及空气动力学器件有效。另一方面，长距离行驶车携带许多不必要的装备，比如车灯和加油系统，或者仅仅是备用轮胎座位等。一些非常明显的阻力区域通常被忽略在你的车上，它会使得问题

56、越变越大。我们经常有很大一部分的圆管直接刺入空气中，例如头盔。圆管对于结构来说是一个非常好的形状，但是圆管会产生10倍于流线型管。在音速下的经验理想流线型物体是其厚度与长度之比为2.781，形状与图（50）的类似。为什么没人在后轮用流线型盘状刹车，那超出了我的想象之外。我们刚刚谈到的雷诺数，对于初始设计者来说不是很糟糕，是非常糟糕。所以我们不浪费时间和金钱在这个地方。另一方面，如果你的赛车在roll-over bar 固定式防翻滚保护杆处结束，或者有很多钝的物体暴露在空气中，那么你应该尽可能的让车身干净以使得它表现更好。从阻力的方面来说，车底是通常被忽略的地方，但是它的重要性和你能看见的地方一

57、样。车底应该光滑平整，而且应该尽可能的延伸到车尾。对于发动机部分的遮盖一定要小心。发动机表面和排气系统会产生大量的热，这些热应该被散失到空气中。否则气塞、熔线会给你造成大的麻烦。通常保持发动机后部露出以及在前部有空气导过会排除这种可能。下压力当赛车的车速超过140km/h时，赛车在直线段的稳定性变差，更别说在过弯时了。车手意识到了这件事，但他们只是把这当成很自然的一件事。设计者意识到了这种状况，并改善它通过更稳定的转向以及谨慎地设计有大惯性更迟钝的赛车。这样就意味着赛车将会不情愿地改变方向，而且需要强壮的人去驾驶。由于恶魔般的转向不足，赛车在转弯时很慢，在直线段高速行驶。现在我们知道，赛车稳定

58、性变差是由于赛车的车身产生了升力作用，尤其当车身是视觉上的流线型时。那是怎样作用的呢？在某些车速下，空气流过车顶发生分离进入紊流，这将会在车的后部分造成低压产生升力，升力使得车悬浮，在极大的情况下甚至使车脱离地面。这自然会卸掉在后轮上的重量，在转弯时会干扰后轮的接地面积，那会造成转向不足动力不稳的状态。后轮上垂直方向负载的减少会使得空气阻力增加。在高速下，驱动轮需要更多的推力，这样会剩下更少的可用过弯牵引力。如果大量空气流过车鼻下部相同的情况也会发生，车将会被举升起来。很简单，车速越快，车身产生更多的升力，车将会更不稳定。在20世纪50年代我们才开始意识到这种方向不稳定性的根源是空气动力，因此垂直尾翼开始兴起。它的功能就和剪尾端的羽毛一样，如果尾翼够大的话，能够提高直线段的稳定性以及移动车尾的压力中心。它没有反对升力，在一定程度上，使得不稳定性减小。自然地，赛车和GT车的封闭车身对此更关注。开放式车轮的车不会产生那么多的升力，因为他们的车身形状不合理而且车身表面也没有过多的考虑。在20世纪60年代，我们明白造成不稳定的问题在于升力，而不是压力中心，我们开始加扰流板去减少升力。在车前部加下扰流板引导空气从车身上部流过，而不是从车鼻下流过。在后面，扰