[淺談] 機車空氣動力學

看板biker (機車摩托車)作者herejia時間16年前 (2010/04/09 22:58)推噓20(20推 0噓 15→)

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原文：http://ppt.cc/bJUE ============================================================================== 機車&騎士空氣動力學空氣動力學(aerodynamics)討論的是物體在氣體中運動所造成的氣流等等現象的交互作用。任何東西在氣體中移動，或者是靜止的物體在流動氣體中，都可以用空氣動力學來討論。只要有騎過車就一定感受過空氣所產生的巨大力量，而這個力量就是因為在空氣中移動必須要推開運動方向前方的氣體而產生的。非常不同於其他的運輸工具，機車騎士是暴露在氣流中的而且與外界環境直接互動，這讓騎車成為讓人興奮且非常愉快舒適的休閒活動。儘管是在低速時，機車和騎士所造成的空氣阻力對車輛性能與穩定性的影響還是很可觀，而到了高速後，空氣阻力便佔據了影響機車整體性能與特性最重要的角色。事實上，高速時引擎輸出動力也幾乎都是用來推開前方空氣這道"牆"。而因為機車這項重要的特性，我們接下來會介紹你、你的機車、與你周遭的氣體之間的關係，然後再概述氣流、車速、出力、正投影面積在你騎車時所造成的影響。空氣阻力-原因和影響：當機車在氣體中移動時，因為要推開行進方向前的氣體而產生空氣阻力，這個阻力也常常被叫做拖曳力(drag)，力的大小會隨著車速上升而上升。而一台正投影面積〈從車頭方向看過去車&人的投影面積)越大，所需要推開的氣體也越多阻力自然便越大，而這兩者間的關係是屬於正比關係，也就是說如果有台車和人的正投影面積是１平方公尺，另一組是０.５平方公尺，那前者所產生的阻力是後者的兩倍。正投影面積與拖曳力間的關係：機車有非常多種形式和尺寸，從YZF-R1這種全整流罩到較高而且無罩的 MT-03之間的差異非常大。就算不考慮騎士，R1本身流線的車身、賽車化設計的整流罩先天上就讓他的正投影面積比 MT-03小上許多。而如果再考慮上騎士，因為騎姿的不同兩者間的高下就更明顯了。較高的座高、內縮的低把、後移的腳踏都是為了讓騎士可以用較低伏的騎姿躲在整流罩後，讓"車＋人正投影面積"可以減到最小，只比單單只有"車"時的面積大一點。但是在討論車輛的空氣動力學時，正投影面積只是其中一個重要的因素，其他像是車箱有無、單人或雙載、風鏡大小等等都會對車輛造成影響。引擎輸出、車速、拖曳力：正投影面積與拖曳力間是正比關係，但是車速跟拖曳力間就不一樣了。他們之間的關係是平方正比，也就是說當車速變兩倍，拖曳力會變四倍。接下來的運算可能會更讓人印象深刻，如果你想要提升你的車速，那你需要增加多少動力呢？答案是跟車速成三次方正比，所以如果你想要把你的車速變成兩倍，那你引擎要輸出的動力要變八倍。這個原則讓車速的每一點提升都需要付出極大的代價，從機車極速世界紀錄就可以看出一點端倪，所有挑戰極速的機車形狀都是細長型，以讓正投影面積可以縮到最小。但是儘管他們已經讓車體盡其所能降低風阻，加強動力所能提升的車速還是非常非常小。 Don Vesco是在1970年代，打破兩輪與四輪地表極速的名人之一，他們團隊所研發的流線型車輛便是使用Yamaha設計的引擎。比較他在70與75年設計的兩台車，70年的紀錄為 250mph/403kph，75年的紀錄為300mph/483kph。車速提升了50mph/80kph 換算大概進步了 25%，但是引擎輸出卻需要提升100%，也就是說從700cc提升到1500cc。理想的流線型車身：了解正投影面積對拖曳力的影響後，便知道氣動效率(aerodynamically efficient) 較好的車看起來都較低而且比較瘦。然而，影響氣動效率的不單只這個因素，風洞測試顯示，細長淚滴形的物體可以讓氣流流過物體時所產生的亂流減到最小，空氣阻力也最小。空力設計好的車體可以在車輛推開氣體時讓氣流平順的流過車身，再在車尾部分整齊的會合，盡量不產生渦流(eddy)，這種流稱為層流(laminar flow)，理想的情況是所有的流體都以這種形式流過機車。但是在現實世界設計無法這麼完美，機車衝過氣體的時候會劇烈的"攪動"氣體而產生上面所說的渦流形成紊流(turbulent flow)，因而產生空氣阻力。而雖然Yamaha的工程師都想設計出極低風阻係數的車，但設計出來的車會變得又細又長而且還是封閉式，幾乎沒有實用性可言，只好向現實妥協。而實際設計時所要考慮的因素就非常多了，從乘客的舒適性、機動性、懸吊行程、配重、油箱容量、車廂容量、維修方不方便、引擎方不方便保養都是在設計時要考慮到的，而不只這些還有許多其他因素都是讓現代機車長成這種形狀的原因。 R系列Supersport車款：性能是Yamaha Supersport系列的最高宗旨，如R1和全新的R6在設計時為了讓氣動效率最佳化，在車體設計上下了非常大的苦心。為了降低正投影面積，R1跟R6也設計得非常瘦，短、薄的車尾也減少產生的亂流。騎士騎姿也大大影響氣動效率，座位/握把/腳踏三個位置決定騎士騎姿讓產生的亂流減到最小，同時也使車與人的重量分配可以最理想。R1 採用的中置尾排也讓氣動效率更進一步提升，R6則是用上了短管。這些設計都是為了提升氣動效率、減少亂流。 FZ Fazer & TDM Sports車款： 2006年，Sports車款的設計目標是盡可能的提升性能同時維持舒適度，並且不影響泛用性。所以FZ1,TDM,FZ6的車體設計不僅僅要提升氣動效率，還要能有良好的遮風避雨的能力。 FJR Sports Tourer車款： Sports Tourer車款要有在長途騎乘的舒適度和，所以2006FJR有電動調整風鏡和擋風能力很好的整流罩並同時保持高氣動效率，讓騎士不會因為長時間因為風的吹襲而疲勞。為了適應不同騎士，FJR側邊的整流罩可以兩段式的調整，調整範圍達30mm。引擎輸出 VS 拖曳力 - 永不止息的戰鬥從滑雪者的安全帽到火車--當然還有機車，只要是會移動的東西，他們對抗空氣阻力的戰爭是不會結束的。當然，有些機車的空力設計可能遠勝過別人，但是只要是騎著機車就一定可以感受到風從你身邊流過，這就是為什麼騎車永遠都是這麼的迷人。 -- ※ 發信站: 批踢踢兔(ptt2.cc) ◆ From: 140.112.244.92

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