【百問】讓車身牢牢貼在地面上空力套件改造原理(下)

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【百問】讓車身牢牢貼在地面上
空力套件改造原理(下)

2023.09.14　作者：CARNEWS 　

F1賽車擁有最複雜的車底擴散器，其負責產生總下壓力的40%左右，使得F1賽車研發部門都會將提高擴散器效能視為重點工作

一部看似平凡的房車，只要經過外觀空力部品的加裝，就能改頭換面提升性能氣息，讓車有著與眾不同的面貌，也因為如此大家似乎都忘記空力套件的改造目的，除了強化外觀氣息外，最根本的目的是在加強高速行駛的穩定性，愈快的車對於空氣力學的重視程度愈高，因此這是攸關人車安全的配備。

擴散器之所以能產生作用，主因在於它可以讓通過車底的混亂氣流，利用整理好的軌道加速流出，相當於一個抽風機，不斷將從車輛前部進入車底的空氣向後抽出，由於車底尾部的氣流快速流出，因此會在此區域產生了一個相對於車頂的真空低壓區，既然車頂氣壓比較高，因此車輛在高速行進時就會被車頂的氣壓牢牢按在地面上。圖A顯示了車尾擴散器的氣體壓力分佈情況，顏色愈深壓力愈低，藍色代表最低壓力區域，紅色表示最高壓力區域。從圖中我們可以看出，在擴散器的前部(喉部)是氣流速度最快也是壓力最低的地方，可將整部車吸在賽道上，之後隨著擴散器空間放大，壓力與氣流速度逐漸恢復正常。

擴散器向上彎曲的角度是需要經過嚴密的研究與實驗，保證內部的氣流順暢地流經擴散器的頂部與側邊而不發生氣體亂流，才能發揮真正效用。

不過擴散器要發揮作用，除了車輛須擁有平整化底盤外，車體上方的空力設計也須相互搭配才行，前者須負責導引氣流到擴散器，擴散器才能發揮作用，後者須讓氣體流經的長度變長，才能讓車頂的氣壓比車底高，進而產生下壓力，最好的方法就是加裝一支尾翼，就像F1賽車一樣。一般來說，由於擴散器產生下壓力的效率非常高，所以現代F1賽車擴散器負責產生總下壓力的40%左右，使得F1賽車研發部門都會將提高擴散器效能視為重點工作，所以不同賽車最重要的空力設計差異，有時在我們看不見的車輛底部。

空力套件若設計不良也可能造成反效果，有在關心國外賽事的讀者一定都記得，1999年的24小時利曼耐久賽，Mercedes-Benz的CLK-GTR廠車因車頭空力套件設計不良的關係，讓原本應該是下壓力的氣流全數變成上揚力，導致在賽道大直線上以超過300公里的時速車頭直接揚起宛若飛機起飛畫面，整輛利曼廠車在空中直接翻轉360度後落地。而另一輛Mercedes-Benz CLK-GTR廠車居然在隔圈的同一地點也發生同樣事故，逼迫Mercedes-Benz立即召回還在場上奔馳的另一輛CLK-GTR廠車回Pit並放棄比賽，這就顯現空氣力學的重要性。

許多國際知名品牌的超跑專用空力套件，都會經過風洞測試，確定空氣力學設計沒有問題後，才會正式販售，也因此價格通常貴得驚人，至於一般改裝車使用的外觀套見很少會如此費工。

要使擴散器發揮作用，車底沒有同時進行平整化設計是不行的，因為平整化底盤須負責導引氣流到擴散器，擴散器才能發揮加快氣流速度的效果。

Brabham BT46B風扇車

既然加快車尾氣流的排出，就能在車底產生真空低壓吸力，因此過去F1賽車中就曾出現過「風扇車」，發生時間就在1978年瑞典站GP大賽中，由Brabham車隊推出的BT46B比賽車，這賽車透過車尾風扇不停將車底的空氣向外抽出，再配合車身兩側的軟質裙腳，使得BT46B成為一輛不折不扣的「吸盤賽車」，這項設計是設計者Gordon Murray，設計目的是為了解決Brabham賽車因為Alfa Romeo那又低又寬的水平對臥12缸引擎，而無法安裝車底擴散器所想出來的方法，抽風扇設計讓這台車贏得了處女秀瑞典大賽的冠軍，但也很快的被FIA視為可動空力套件而被禁用了，雖然設計者Murray堅稱抽風扇只是拿來散熱的…!?

讓空氣到正確位置

提高引擎散熱效率

空力套件除了文前所提的功用之外，還有另外一項很重要的功能就是提升車輛機件散熱效率，讀者都知道車輛只要一發動便會產生相當多的熱能，不管是引擎的熱或是煞車帶來的熱，都需要在最短的時間內排除，讓車輛機件能夠順利正常的繼續工作，而散熱最有效也最方便快速的方式就是利用取之不盡、用之不竭的空氣。舉例來說，Subaru Impreza車身外觀最引人注目的特徵就是引擎蓋上的進氣口，而此進氣口乃是提供置於引擎上方的Intercooler散熱使用。而其他一些將Intercooler置於前保桿中央的車款（如三菱的EVO），前保桿都會有相當大的開口（稱為進氣壩）提供充裕的撞風面積讓Intercooler散熱使用，這些都是使用外觀空力套件設計來利用空氣力學的相關例子。

強大的空氣力學效應，讓F1賽車不斷吸出車底下方的雨水，並在車尾後方產生一道水牆，速度愈快水牆愈大。

相較於F1賽車輪胎裸露在外的車體設計，利曼賽車採用全包覆式車體，使得高速行駛時的空氣阻力更低，因此極速往往可超越F1賽車常見的320km/h極速，達到將近400km/h的超高速境界。

老實說，筆者講了那麼多關於空力設計的原理，對很多改裝空力套件的車主來說，卻不是重點，這是因為空氣力學的整流下壓效果，都需在高速時才能發揮效用，很多人幾乎不會開到那種速度，而流體力學的設計必須仰賴風洞實驗室實際測試才能提供設計者確切數據，除少數世界知名大廠外，大部分改裝品牌幾乎沒有風洞實驗室可供設計開發空力套件，因此除正規賽事廠車的製作會考量到空氣力學外，消費者選購空力套件的第一要素反而變成美觀及售價為重點，空氣力學的考量便成其次、甚至不考慮，而這種現象其實不只出現在台灣，幾乎全球各地的改裝市場都是。因此許多車主改裝空力套件的另一個目的就是寬體改造，透過額外加裝的鈑件，加寬葉子板寬度，讓左右輪距可拉大些，除了提高視覺霸氣外，也有助於高速過彎的穩定性。

1999年的24H利曼耐久賽，M.Benz CLK-GTR廠車因車頭空力套件設計不良的關係，導致在賽道大直線上以超過300公里的時速，車頭直接揚起宛若飛機起飛畫面，整輛利曼廠車在空中直接翻轉360度後落地。

至於影響空力套件售價最主要的因素就在於材質，當然有經過風洞實驗室實際測試的產品不在此限，但一般空力套件都是依照材質的選用來影響售價，而目前市面上製作空力套件時所採用的材質大致可分為FRP、PP、ABS及Carbon等四大類，關於這部分的分析，筆者在下一章節將有詳細說明，大家可喝杯水、喘口氣，再繼續看下去。