这台风力发电机,发电功率随着风速上升;一辆现代高速列车,时速可高达350公里,大半动力输出,都用于对抗空气。

曾经,风车为灌溉农业提供了便利,风吹动哥伦布的帆船行向了新大陆,开启了大航海时代;莱特兄弟驾驶第一架飞机起飞,也需要依托空气的升力。

随着人类运用的能源不断迭代,速度提升,风展现了“阻碍”的一面。

看不见的空气,如何控制人类的速度极限?

打开网易新闻 查看更多视频
为什么高铁要做成子弹头

一个足球砸中你之前,需要战胜空气阻力。

它的主要来源之一是压差阻力。

当物体高速运行时,前方空气挤压。形成高压区;被挤压的空气沿着表面分散,尾部空缺,形成低压区。它像一个吸尘器一样把物体往后“吸”,形成阻力。

这是空气阻力的计算公式。可以看出,空气阻力会受到风阻系数、空气密度、物体正投影面积和速度的影响。

其它条件不变时,速度越快,空气阻力越大。

当我们无法改变空气密度、又要提升速度,而飞机、汽车出于功能性考虑,无法减少正投影面积,就只能降低风阻系数。

造价高昂的风洞实验室,可以模拟车辆行驶时的空气流动。

将速度代入公式,就能反推出风阻系数。

风阻系数受形状影响,越趋于这样的流线型,气流越会紧紧贴着表面,到了尾部才舍得“分手”;低压区域随之缩小,从而减少“吸力”。

比如雨滴,风阻系数低至0.05.

人类也纷纷模仿雨滴,做出了许多前卫的尝试。以汽车为例,行业中曾出现过各种流线型设计。但它们的车内空间太小,坐在这种车里,你也被压成了流线型。

所以,现代量产车往往做成如下造型,兼顾速度与车内空间。它们的车头低且圆润,避免和空气“硬刚”;车尾高,从而减小车顶与尾部的夹角,夹角越小,风阻系数也就越小。

新能源时代,风阻系数的降低有了新的可能。

纯电动车不需要为内燃发动机与变速箱留出空间,车头可以降得更低。

电池分布在底部,能让底板更平缓,气流贴着表面顺畅流动。

纯电汽车和燃油车不同,起步到15英里/小时后,它的能耗就伴随着速度直线上升。减小风阻,也能提升电动车的续航能力。

在城市道路中,电动车的风阻消耗占整体耗能的20-30%,高速公路行驶时,则占到一半以上。

随着新能源汽车研发投入的加码,量产车的风阻极限被不断突破。

根据最新测试结果,蔚来ET7的风阻系数低至0.208,位列世界低风阻汽车榜单第二,创下中国品牌的最好成绩。

在纯电汽车优势基础上,蔚来ET7进一步优化13处外形设计,风阻降低近30%,续航增加了60多公里。

此外,ET7还改进了车顶的高精度激光雷达与高清摄像头造型,以将车顶“突起”对风阻影响降到最低。

搭配150千瓦时电池包之后,蔚来ET7的总续航将达到1000公里,成为纯电汽车续航新的里程碑,带来更愉悦舒适的驾乘体验。

上车,一起御风而行吧。

制作人员

剪辑:王诗琴

视觉:金天好开心

动效:仙丹批发 张旭 王贺磊

分镜:金天好开心

文稿:斯嘉

策划:于又又 斯嘉

配音:黎峰

参考文献

[1]Wolfson,R.(2012).Energy, Environment and Climate.NY: Norton.

[2]苏曾燧.(2017).《足球力学》.华南理工大学出版社.

[3]姜乐华,谷正气,&黄天泽(1997).空气动力性最优化对未来汽车外形设计的影响.设计与计算,5,25-27.

[4]NASA.(2021).The darg equation.

[5]杜广生.(1999).《汽车空气动力学》.中国标准出版社.

[6]范平清,赵波.(2009).基于空气动力学的车身改进设计.上海工程技术大学学报,23(3),209-212.

[7]黄向东.(2000).《汽车空气动力学与车身造型》.人民交通出版社.

[8]李彦龙,朱晖,&杨志刚.(2017).基于低风阻的电动汽车造型设计.同济大学学报,45(9),1366-1371.

[9]郑宜嘉,孙健,&年光跃(2021).基于实际运行工况的电动商用车能耗仿真与参数优化.中国公路学报,34(9),1-21.

[10]He,X.Z.(2018).Co-driving advisory strategies for a platoon of mixed gasoline and electric vehicles in a connected vehicle system.Transportation Research Part D Transport and Environment,63,907-922.

[11]秦鹏,党岩,&陈功.(2020).某电动车底部后端的降阻研究.上海汽车,4,4-15.

[12]工信部.(2021).中国汽车产业发展年报.