空气动力学不仅仅涉及车身，底盘也重要

可不能只用上半身思考来增加下压力，用“下半身”思考不见得是坏事：可以进一步获得下压力！
我们都知道转向的抓地力来自于轮胎和地面的摩擦力。而高中的物理知识已经告诉我们，摩擦力一般和压力成正比。但是我们总不能通过增重来获得更大的压力吧。通常车辆当然是越轻越好，轻量化有时候往往是增强性能的最佳途径。因为质量越小，惯性越小，越容易加速，容易转向。具体地，惯性小的车在转弯需要的抓地力也小。因此增加下压力N/惯性质量M的笔直才是关键。而这个时候就是空气动力学发挥作用的时候了。利用车体表面空气流动获得足够的下压力。这和飞机起飞（利用机翼的表面空气动力学获得上升的力量）的道理是一样的，只不过效果相反（把机翼翻一下似乎就可以？哈哈）。因此你给科尼赛克Regera或者布加迪Chiron一对翅膀真的就可以“简单地”认为可以飞起来了。

话是这么说，那么岂不是说达到一定速度的车可以在天花板上像蜘蛛侠一样啦？
我读书少，别骗我，这么科幻的电影情节……还别说，真给你看看一个电影情节：


当然了，这个明显是科幻，假的。不过现实中还真有试过，还是Top Gear！


视频中，由于客观原因，比如车子的空气动力学没有发挥到极致，速度不够，同时隧道管道太狭窄等原因，不过尽管如此，似乎还是成功了一瞬间。看来似乎可以？对不起，一般都是不行的，即使你有Regera和Chiron的速度和加速。不是因为无法在天花板上从0开始加速，这个可以通过在隧道中利用侧壁一步一步进行，就像Top Gear一样。一个原因就是，一般的量产车上，如此倒过来的引擎根本无法工作（怎么“喝油”？）。不过这一点对于F1可就不用担心了。因为现代的F1的赛车，一般来说横向G力可以达到3.5g(3.5倍重力，我看一个F1论坛上超过5都是很常见的？)，甚至更大。要在这么大的侧向力量下保持引擎工作，工程师们已经客服了上述的问题。而事实上F1的空气动力学提供的下压力确实理论上可以克服重力，在天花板上行驶，所以可以在适当条件下在隧道的顶端跑起来。看着模拟视频：


OK，总之结论就是：对于汽车，尤其是性能车和赛车来说，空气动力学的效果是如此的明显，因为它能够提高超大的下压力。特别是一些赛事中，这往往是取胜的关键。F1 红牛车队之前的称霸中，牛逼的空气动力学就功不可没。
而很多时候，提高下压力似乎总是和一个大尾翼息息相关，请对比这两款车：


第一款F40，下面的则是最新的488 GTB。当然了，设计语言变化许多，性能也是进化不少，不过这次我们要说重点是，为什么极速差不多的两款超级跑车，3.0秒百公里加速的488 GTB为何取消了F40那种大尾翼来获得更大的下压力来赚更多的抓地力呢？当然了，聪明的你可能认为488全新设计的车身外表可以巧妙利用车身表面的空气和一些特殊的进气结构获得足够的下压力。而事实上是，根本不需要尾翼了！因为有其他可以提供下压力的方式。（法拉利给最新的488提供了F1中的ground effects技术支持。）


请看上图，尾部一般会有上升的力量，这对于后驱车可不是好事，所以F40才要有一个大尾翼，干扰尾部气流，使得从尾翼下方通过的气流的速度快于从上方通过的，这样的话，下方的的压强就会小于来自上方。这样就重新获得了下压力，而不是提升的力量。那为什么速度更快的488放弃了尾翼了呢？
事实上还有一种经常被我忽略的效应：底盘下方的空气动力学，也称为ground effects。因为这个技术的介入，488 GTB可以比有尾翼的F40获得更大的下压力，而且需要的速度反而更小。F1中很早就利用了该技术（不是首创，但绝对是发挥到极致），而法拉利可不是第一个在F1使用这种技术的。
这种方法的成功应用中，Lotus F1是先驱者，带给F1以革命性改变。Lotus利用这项技术在1978年一路开到了冠军（我需要查证下）。我想对于很多人来说，第一种再熟悉不过，不过第二种或许就很陌生了。这次我们就来聊聊这个！先来看这个视频吧：


那么这股下面的下压力是怎么生成的呢？其实大致上来说，有两种原因。
1.第一个依然是我们熟悉的在尾翼上运用的伯努利原理：速度快的流体压强会变小：
图中左边的由于截面小，所以速度快（因为流体是连续的，这样的话空气的通量才会保持一致），压强就要小于右边的粗管子。汽车运动的时候底盘和地面接触的部分由于截面小，所以类似地速度也会变大，所以压强变小（这个压强是向上顶的，所以越小越好），最后结合底盘上方的向下的压力，就有一个向下的压力差了。所以你以为跑车们都低趴只是为了好看？



2.不过还有一个原因！ground effects的另一个主要成因是利用粘滞力（viscosity），对你没有看错，这个捣蛋鬼可以帮忙！该效应叫做Couette flow效应！简单解释起来，得这么想，汽车高速运动的时候，我们如果在汽车的静止参考系中就简单了（毕竟爱因斯坦告诉你，所有物理规律在惯性参考系中是一样的）。这个时候地面带着空气往后退，然后由于粘滞力，汽车底盘会使与之接触的空气速度变小，因此从上往下，有一个速度差，上层的空气流体速度反而小。而接触地面的部分则不会怎么受到影响。因为地面由于粘滞力，不会让与之接触的空气速度减少多少的。这个时候伯努利原理又来帮忙了。速度大的压强小，所以呢这层空气有一个向下的吸的力量！！
而F1的速度极快，所以以上两种效应就更加明显。到底有多快呢，看一个视频感受下：


而且速度一快空气动力学就更加复杂了。要知道主导流体的方程虽然貌似简单，但是都是非线性的，所以极其复杂，没发严格求解，而且一旦遇到湍流呀，更是没有办法，所以计算机也只能求出特定情况下的近似解，所以F1的赛车你会看看有很多横杆，那上面可以是有很多空气的传感器，这样可以不断收集数据进行分析调整！
OK，回到原来的话题，来个系统一点的图：

当然了，现实中的并没有这么简单，工程师们会利用各种奇怪的流体性质的到自己想要的，向他们致敬！比如这样：