简单的回答是同作为翼型, 它们都有作用, 但是需要足够的速度, 以及足够的表面积来发挥这个作用.

F1方程式的尾翼是为了产生向下的压力压住车子, 好让轮胎增加摩擦力, 因为在F1运行的速度上, 空气会产生大量的湍流使得赛车变得难以掌控, “飘起来”

于是乎, 为了增加车的抓地力, F1方程式其实增加了两个翼: 车前翼和车尾翼.

空气由前方一个合理的切角进去, 经过车身, 再在后方的尾翼出产生向下的压力, 只有这前后两个力的协同作用, 才能把车压得死死的, 不然的话, 车头会翘起来的.

那这些翼到底是如何工作的呢?

扯开去说一点: 伯努力方程在尾翼(或机翼)空气动力学中不适用。
伯努力方程研究的是势流,是一种简化的理想无粘流无旋流, 而空气动力, 是低粘性(高雷诺数)的带有大量涡旋的湍流.

与伯努利方程告诉我们的不同的是, 在真正的空气动力学中, 产生压力或者drag force的是边界层效应(boundary layer vortex shedding), 比如[1]:

动图戳此 [2]
http://cmg.soton.ac.uk/assets/project-images/110/01_origine_mt.0012.gif

关于边界层效应, 一个很启发式的想象是: 如果你在机翼表面测速, 速度应该是等于机翼运行速度的, 可是如果你在离机翼表面一个很小的delta以外的距离测速, 速度就是等于空气速度的, 这其间很小的距离里形成了一个很薄的shear motion层(我不知道中文是什么…), 这其间, 空气分子最方便的通过形式便是旋转. 一个的滚动带动了周遭的滚动, 于是产生了超多小漩涡的涡流.(湍流)

很庆幸的是, 由于这种涡流的存在, 使得在空气或水流中运动的物体有了实实在在的阻力. 此时, 一个物体所受的力道正是涡旋叉乘速度沿着表面的积分(这也就是为啥我说需要足够的表面积). 正是这种阻力的存在使得机翼在空气运动中实实在在地被空气”托”了起来. 而这种托举的力道, 除了跟形状有关外, 最大的关系乃是在速度和角度, 比如[3] .

我们可以注意到, 在较小的倾角时,其实边界层不强, 也没有什么托力的.

至此我们不难想象: 要产生足够的托力或者压力, 我们不但需要够大的表面积, 还需要良好的角度, 以及足够快的运行速度. 尾翼(配合前翼)只对赛车那样的速度有作用, 对普通汽车, 一点作用也没有.

一来不够快, 二来不够大, 三来角度也不对…….当摆设还嫌它难看呢…..

[1] Mark Stock,Modeling Rotor Wakes with a Hybrid OVERFLOW-Vortex Method on a GPU Cluster.
[2] Yusik Kim Wind Turbine Blade Flow in Abnormal Environments.
[3] Shao-wu LI et. al. Effect of turbulence intensity on airfoil flow: numerical simulations
and experimental measurements

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:张心欣

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