[淺談] 機車空氣動力學

[herejia ()]

原文：http://ppt.cc/bJUE
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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。




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※ 發信站: 批踢踢兔(ptt2.cc)
◆ From: 140.112.244.92
推 jasonowl:M好快!!
推 nodefeat:推專業
推 ck940560:推
推 s9001111:推!
推 lsj168:當然爾~推!
推 vul3j9:台大的耶，高手    所以FF5側看才這麼像淚滴狀?
                  恩恩  而且FF5是進過風洞測試的
                  詳細：http://www.moto-works.jp/ogk/ff5_special_04.html

推 PoisonM:很棒！ψ(.___. )>
推 UmbraEric:推
推 seti:推！！不過我上學期的空洞被當了  這學期還在受迫害>"<
推 hsanchin:所以路上一堆人趴車是有根據的@@
                   有趴有差   不過低速(6,70上下)時影響沒有非常大就是了
※ 編輯: herejia         來自: 140.112.244.92       (04/09 23:43)
推 vul3j9:我爸北工的老師曾經算過，有些汽車後面那片擾流板，要開到
→ vul3j9:180以上才有明顯、有效的下壓力
→ ck940560:有趴有差  表速150的時候趴下去可以到160(雖然沒整流罩)
推 hkh0003:表速150的時候我根本不會想把頭伸到整流罩外XD
→ ck940560:還滿爽的  手一往外張開就會瞬間被推成朝後
→ ck940560:然後安全帽會被壓的根本抬不起來
→ ck940560:我還滿想知道一般街車/仿賽在速度多快時風阻會飆升
→ ck940560:像我家汽車140以下感覺不太出風阻  超過就開始變明顯
→ ck940560:過150會聽到很大聲沙沙沙的風聲
推 kevin135:面積很大的時候應該就不需要很快也會有感覺.拿個風爭騎車
→ ShineShineJu:Aerodynamic是吧～
推 ninjaxin:街車騎姿 就是騎士自己在那邊當降落傘減速XDD
推 yang770610:反正就是一堆很難的學問ˊˋ
推 femckog:好文推