weixin 发表于 2022-8-4 10:14

空气动力学之桃园三结义

多年以后,已成为某著名车企打工人的张三站在自家的桃园中,总是会想起他爹和大伯、二伯结义的那个下午。

彼时,改革的春风已经在神州大地上吹拂了十几个年头。张三他爹靠着在镇上屠猪卖酒,积累了一些家底。人富裕了之后便想附庸风雅,从精神上提高自己,但他爹对文学作品还看不太懂,只能读一些汽车杂志之类的科普。
相较之下,大伯和二伯则显得更有文化。二伯天生英俊潇洒,又自学了不少课本,不过由于家中经济条件不太好,只能摆摊卖书。而大伯出身武术世家,曾跟着父亲学过一招半式,但大伯不爱武装爱物理,当年也是全镇唯一的大学生,受了几年高等教育后回到镇上当起了高中物理教师。

不过他爹和大伯、二伯的结义,还要从一头猪说起 ......

01、故事的引子
那是新年后的一日,张三还未开学。他爹刚杀了一头猪,但正月已经过半,肉的需求量大减。眼瞅着春天都来了,天气也渐渐暖和起来,可偏偏家里的冰柜又坏了,这肉两天卖不完是会变味的。

张三爹虽然看起来鲁莽,却也不是无良奸商,寻思着门口还有口井,井水较凉,便把一扇猪肉吊到井里。可又怕被别人顺走,就使出浑身力气,搬了块巨石压在井口。
正欲转身离开的时候,张三爹心里突然想到,这左邻右舍也没谁比自己力气更大,如此防人怕是要被人嗤笑。

为显示自己并非小气之人,张三爹便提笔在石头上歪歪扭扭写下“谁能搬开石板,可割走一刀好肉”,写罢还在旁边的石缝里塞了一把刀,而后满意的微微一笑,悠然叫卖去了。

02、二伯的出场
哪知张三爹刚走,便从南边来了一挑担的青衣大汉,扁担两侧各装着一麻袋旧书。他径直走到井边停下,想喝口凉水,一看却被一块大石头盖上了,气的吹胡子瞪眼。

青衣大汉想把石头搬走取水,可力量比起张三爹还是差了那么一点,费了九牛二虎之力,石头还是纹丝不动。

他双手支在膝盖上,低头看了看搁在一旁的扁担,回想起初中课本上阿基米德加杠杆的豪言状语,捡了半截砖头当支点,再拾起扁担用力一撬,巨石便滑落井边。

大汉刚要弯腰取水,冷不防被挂在井里的半条猪吓得一趔趄,差点掉到井里去。“哪个二货把猪肉挂到井里吓俺”,大汉起身骂道。

他又回头撇了眼井边的石头,“咦,这石头上还有字”,大汉弯腰仔细辨认了一番,自言自语道,“谁能搬开石板,可割走一刀好肉”。

“切”,他嗤鼻一笑,手起刀落,毫不客气的片走一大块猪肉,扔到了装书的麻袋上。青衣大汉又舀了一瓢井里的水,喝干后便挑起扁担扬长而去了。

这一切都被骑在墙头啃甘蔗的张三看在眼里。

03、二虎相斗
青衣大汉刚一走开,张三便从墙上哧溜下来,一溜烟跑到街上寻到爹,把大汉如何撬石头取肉,还嘲笑爹的字写得丑,添油加醋的讲述起来。

“他人在哪儿?带我去寻他”,没等张三把话讲完,他爹便咆哮起来,撂下肉摊,拎起张三就要去找那大汉。

“就是他,你看,憋红的脸还没消呢”,张三指着远处一个身影,遥见那个青衣大汉手里攥着一杆秤,正在称书。

“哟,头一回见这书都论斤卖了,爹,我去挑几斤,刚好抵咱们的肉钱”。在那个精神生活并不富裕的年代,张三觉得这是个搜集课外读物的好机会。
“你先闪边儿去”,他爹推开张三,三步并作两步走到大汉跟前,指着他骂道,“你个卖盗版书的,为何偷俺的猪肉?”

那大汉也不甘示弱,叫道,“我道是谁,原来是个杀猪的。怎么,你赌的起,输不起吗?”

张三爹恼的气都不打一处来,“你,你有本事别用撬棍啊,你不讲武德”。

“环眼贼,你莫要血口喷人,武德二字,还轮不到你说”,那大汉吼道。

听到“环眼贼”三个字,张三有点后悔给他爹通风报信了。他知道,他爹最忌讳别人说出这三个字,只有他娘才敢这么叫。

一场三百回合的恶战在所难免。张三已经记不清楚是谁先动的手,现场如同起了一阵狂风,刹那间书页在空中飞舞。

04、一龙分二虎
就在张三准备回家叫他娘来劝架的时候,另一位略年长的布衣男子跳到当街,仿佛从天而降一般,双手分别握住了他爹和青衣大汉的手臂,大声喝到,“二位住手,有话好好说”。

张三他爹和青衣大汉还想再战,可这布衣男子虽看起来瘦弱,胡须也稀疏了,但功夫确实灵巧——不知他施了什么法门,二人虽有再斗之心,手臂却使不上力。
于是二人暗暗心生佩服,便不再僵持,趁着围观群众连连叫好的间隙,收了拳脚。

俗话说,不打不相识。张三他爹为还劝架之情,也尽地主之谊,邀请布衣男子和青衣大汉到家中做客。于是把酒言欢,越聊越投机。

05、桃园三结义
酒过三巡之后,三人都有些飘飘然了。布衣男子开口道,“我等以往不曾谋面,但志趣相投,依我看,我们以后就以兄弟相称如何?”

“甚好!这提议甚好,俺家后院刚好有个桃园,咱们就在那里结为兄弟吧”,张三爹生性痛快,拉起两位客人便往后院走去。
“三儿,把酒肉都端过来”,张三爹吩咐道。一通叩首之后,另外两人便成了张三的大伯和二伯。

完事儿之后三人回到堂屋继续他们的话题,从国家大政到人世百态,从天文地理到流体力学。

张三在一旁刚开始听得津津有味,不过自己也插不上话,久了觉得无聊,于是拿起了一本粘满猪油的《汽车知识》来翻。
大伯撇了一眼张三手中的杂志,只见封面上赫然写着几个大字,“像开飞机一样开汽车”。便说到,“大侄子,没想到你对汽车挺感兴趣,咋样,长大以后想当司机?”

“那当然,我长大了还要开赛车呢”,张三头也没抬的回答道。

06、大哥就是大哥
没想到这又打开了另一个话匣子。

作为物理老师的大伯悠悠的说到,“想开赛车,那你得懂点车辆性能,尤其是空气动力学的性能”。

“啥?”张三抬起头,面对他的新大伯一脸懵逼,更不曾想到“空气动力学”将会成为伴随他大半生的一个名词。

“这俺也了解点,空气重要着呢”,张三爹抢忙说,“飞机在电视上见过吧?你想想飞机咋飞起来的,它又不会扑棱翅膀,靠啥?靠的就是这空气”。

“那这跟汽车有啥关系?” 张三问道。

张三爹愣了一下,转头看着他的新大哥,眼神里流露着“但求解惑”四个大字。

“大侄子,你知道我和你爹还有你二伯结拜时的誓言吗?有福同享,有难同当!说起这汽车空气动力学啊,也有相依相偎的三兄弟,那就是阻力、升力和侧向力,只要汽车开起来,这三个力就一定会同时存在。” 大伯解释道。
看着张三求知若渴的小眼神,大伯继续说道:“这空气动力学的三兄弟,首先便是老大哥风阻,它不仅和车辆行驶的能耗直接相关,还是体现汽车流线化设计的极致,所以,风阻已然成为各大厂商的必争之地啊。”

07、越来越重要的二哥
大伯话音刚落,读过不少杂志的二伯补充道,“还有啊,大侄子,你想开赛车,只知道风阻可不行,还得懂升力。”张三和他爹的目光不由得从他大伯转向二伯。

“如果说风阻是坐镇汽车空气动力学性能大营的主帅,那升力就是乱军丛中,斩敌首于马下的先锋,君不见赛车场上,款款车都留着硕大的前唇和尾翼,产生下压力,前后轮胎才能都抓得住地,这样才能加速不打滑,刹车不哧溜,过弯不推头”,二伯讲起话来也绘声绘色,“所以升力才是赛车空气动力学性能的关键先生,就像那关二爷,使得好就过五关斩六将,使不好就败走麦城”。
一时间众人莫不点头如捣蒜,二伯的形象也瞬间高大威武起来。

“随着民用车辆的高速性能不断提升,各大主机厂对于升力的关注也开始不断的增加,俨然成为了空气动力学的二哥。还有啊,升力不仅会直接对车轮抓地力产生影响,它还会改变车身姿态,进一步影响车辆的气动载荷分布...”,二伯继续滔滔不绝。

不过二伯的这番话显然已经超过张三和他爹当前理解力的上限了,父子俩一时间不由得抓耳挠腮。

好在高情商的大伯及时化解了尴尬,没等他二伯这个耿直BOY揪住升力继续发挥,赶忙岔开话题,“空气动力学的三兄弟,且还有一位呢。”

08、三弟其实也不轻
“哦?”,张三和他爹又措手不及的把目光齐刷刷的转向他大伯。

“你们想啊,风阻产生的力是向后的,升力是垂直于地面的,肯定还有一个力是从侧面来的,不过了解的人却不多”。大伯说话时,眼神竟然变得落寞,还轻轻的哼唱:“明明是三个人的电影,你却始终不能留姓名。”
听着大伯的话,张三好像忽然想到了什么,赶忙翻出了橱柜里的一本杂志。“你们看看,这勒芒赛场上,有些车子冲出了赛道,车身上部还呼扇几块板子,想必和这侧边来的力有点关系”。
张三爹一把抢过杂志,并读起了旁边的文字:“许多勒芒赛车的车顶和发罩上,通常设计若干像合页一样可翻开的活动风板,赛车一旦发生侧滑,这些风板受侧风作用自动打开,并产生和车辆滑动方向相反的侧向力,阻止车辆发生侧翻,提高赛车手的生还几率。”

看着频频点头的大伯和二伯,张三也似乎悟到了什么。那是一个汽车空气动力学刚刚在华夏大地起步的年代,三位长辈的谈话给张三幼小的心灵带来了延绵不绝的启发。

09、关于三弟的延伸
许久以后,张三还了解到,对于侧向力,赛车的气动攻城狮们还有着更绝妙的考量。在F1的赛场上,垂直尾翼常被置于车尾, 在平直路段,其作用类似于火箭的稳定尾翼,可增强车辆的行驶稳定性;而到了弯心,垂直尾翼又会给整车提供侧向力的支撑,增强过弯能力。
而在2017年后,F1赛事发布了新规以控制后尾翼的尺寸,赛车的后水平尾翼不得不压低——这意味着它将处于空气流动不良的区域,垂直尾翼又有了新的作用——较大的垂直尾翼有利于理顺后部气流,提高后水平尾翼的利用效率,并给后水平尾翼带来更好的支撑。

而这么优秀而又拉风的设计,跑车也当仁不让,下图的兰博基尼Veneno Roadster以及大家更熟知的梅赛德斯AMG Project One便是例证。这些梦想中的座驾,连同它们背后美妙的机理,留给了张三无穷的遐想与欢愉。

后记:

滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。多年以后,大学毕业的张三拿到了某汽车大厂的offer,而且是自己一直向往的空气动力学团队。入职当天,他领到了属于自己的工牌,内心久久不能平静。他爹和大伯、二伯的故事已经过去,自己的未来才刚刚开始。

正当张三若然失神的时候,远处走过来两个年轻人,好像也是来报到的。不知道这二人又是什么专业的,张三想着,便迎了过去…

欲知后事如何,且听下回分解。

来源:LBM与流体力学微信公众号(ID:LBMCFD),作者:卢比与钢蛋。

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