這是「地面的賬本」的第一篇。
寫飛機(jī)也已經(jīng)寫了一段時間了,從波音寫到空客,從麥道寫到通航,后臺的留言和私信里時不時能看到有朋友問汽車的事。
"能不能聊聊汽車?""F1能不能寫一篇?""改裝車的空氣動力學(xué)你懂不懂?"這類話題我看了不少。但是一直沒動筆,不是沒興趣,是沒找到一個自己真正精通的角度去往深了聊。我不想寫那種"改裝魚鰭沒有用哦"的淺層科普,那不是我該去寫的東西。
直到上周,一條私信讓我有了興致。那位朋友問了一個非常具體的問題:
"能不能請您科普一下——為什么性能車甚至跑車的側(cè)裙都沒有魚鰭?而后市場改裝的側(cè)裙和后包角大部分都有夸張的魚鰭?改裝件設(shè)計位置不合理的話,對原車有什么影響?"
我盯著這條私信看了兩遍。
這個問題,換一套術(shù)語來說,就是我一直在寫的東西,流動分離與邊界層控制。在飛機(jī)上,這叫翼面失速;在賽車上,這叫擴(kuò)散器失速。兩者都繞不開同一個物理困局,氣流只要貼不住該貼的表面,原本設(shè)計好的壓力分布就會崩掉。外面套的殼不一樣,里頭惹的禍還是同一種。
這就是我一直在找的角度。所以花了一周時間,翻了不少論文,反復(fù)扒數(shù)據(jù)、查風(fēng)洞報告,認(rèn)認(rèn)真真地把這件事掰開了說一說。先從今年3月的F1上海站開始,一路聊到你家車庫里那臺車。
一、上海,1.17公里直道上的"變形"
2026年3月15日,上海國際賽車場。
奔馳車隊的意大利小將安東內(nèi)利(Kimi Antonelli),在這條擁有整個賽季中最長的1.17公里直道的賽道上,拿下了個人F1生涯的第一場勝利。19歲,史上最年輕桿位,也是20年來首位贏得分站冠軍的意大利車手。他的車隊隊友拉塞爾緊隨其后,奔馳包攬前二。
但是那天真正讓我驚掉下巴的,是賽車在進(jìn)出彎道的一瞬間突然就變形了。
今年是F1有史以來技術(shù)變革最劇烈的一個賽季。新的動力規(guī)則把內(nèi)燃機(jī)和電驅(qū)的功率占比直接拉到了五五開,燃油進(jìn)一步縮減,電驅(qū)一躍成了左右直道節(jié)奏的半壁江山。
這帶來一個致命的物理問題就是電不夠用。
工程師們管這叫"Clipping"。電池還有電,發(fā)動機(jī)也在轉(zhuǎn),只是賽車每圈能調(diào)用的電驅(qū)能量有了上限。長直道中后段如果還扛著高下壓力帶來的巨大風(fēng)阻往前沖,電機(jī)助推會被迫削弱甚至是退出。引擎聲還在吼,推背感突然就沒了,尾速肉眼可見地掉下來。
那具體怎么辦呢?他們想了辦法,讓賽車學(xué)會"變形"。
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圖1:2026年賽車底板和車尾氣動示意圖。
直道模式與彎道模式
2026年的新規(guī)取消了用了十幾年的DRS(那個只有追車時才能打開的后翼減阻裝置),換上了一套主動空氣動力學(xué)系統(tǒng),每位車手每一圈都能用:
直道模式:前翼和后翼上的活動翼片同步打平,整車風(fēng)阻會瞬間降低三成以上,用最少的電跑出最高的尾速。
彎道模式:在接近彎道前,前后翼片同步收回高攻角狀態(tài),下壓力全部恢復(fù),把車給牢牢按在賽道上。
能動不稀奇,這套系統(tǒng)的命門就一個重點(diǎn)——同步。
如果前后翼不同步會怎樣?
想象一個災(zāi)難場景:高速直道上后翼已經(jīng)打開了(減阻模式),但是前翼的驅(qū)動電機(jī)出了故障,卡死在彎道模式的高攻角位置,收不回來了。
那接下來會發(fā)生什么?我研究后發(fā)現(xiàn),這會讓車尾會變得極度不穩(wěn)定。
后翼打開了,后軸頭上的下壓力沒了大半;前翼還在死命地把車頭往地上摁。整車的壓力中心(所有空氣壓力的合力作用點(diǎn))會瞬間大幅前移,遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離車輛的物理重心。
后軸就像一架被拆掉尾翼的飛機(jī),看著還在飛,但只要一陣側(cè)風(fēng)或是一個輕微的方向修正,就足以讓它徹底失控。車手怕的不是下壓力少了,怕的是前后軸突然不按原來的比例進(jìn)行工作了。
這個概念,是整篇文章的鑰匙。請記住它:
前后下壓力的比例關(guān)系,也就是所謂的氣動平衡,永遠(yuǎn)比下壓力有多大更重要。
后面講到改裝件的時候你會看到,很多人花大價錢往車上貼的那些東西,恰恰把這個平衡給打破了。
二、保時捷是怎么做的
好,現(xiàn)在回到公路。
F1已經(jīng)把氣動平衡推到了毫秒級的極限。量產(chǎn)車雖然沒有那么夸張,但是工程邏輯還是一樣的,可以少要一點(diǎn)下壓力,但前后軸的抓地力分配不能亂糟糟的。
如果說F1是空氣動力學(xué)的最高殿堂,那保時捷911 GT3 RS(992這一代)差不多就是量產(chǎn)公路車的氣動天花板了。
這臺車的空氣動力學(xué)套件是在魏薩赫研發(fā)中心的航空聲學(xué)風(fēng)洞里給慢慢算出來的:
超過1500輪CFD數(shù)值模擬(計算機(jī)模擬流場)
超過250小時的實車風(fēng)洞吹掃測試
出來的結(jié)果是這臺量產(chǎn),到掛牌,到能合法上路的車,在285 km/h極速下能產(chǎn)生860kg的下壓力,相當(dāng)于自重的六成,等于在車頂憑空壓了一臺Smart。在200 km/h的時候是409kg。
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圖2:911 GT3 RS 在魏薩赫風(fēng)洞中做氣動驗證。量產(chǎn)車的能用,來自整車系統(tǒng)驗證。
這還不算什么,真正讓我覺得變態(tài)的是保時捷的工程師在一些看似微不足道的細(xì)節(jié)上體現(xiàn)出的系統(tǒng)思維。
為了裝兩片翼,廢掉前備箱
傳統(tǒng)的911在車頭兩側(cè)和中間一共會塞三個散熱水箱。GT3 RS的工程師做了一個非常瘋狂的決定,他們把三個水箱合并成一個大號的斜置中央散熱器,直接懟進(jìn)了前行李艙。
前備箱都沒了,旅行箱?就別惦記了。
為什么?因為拆掉兩側(cè)水箱之后,車頭兩側(cè)騰出了空間。這塊空間被用來安裝電機(jī)驅(qū)動的主動前翼片,兩片能在0.3秒內(nèi)旋轉(zhuǎn)超過80度的碳纖維小翼,根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向角和縱向加速度實時調(diào)節(jié)車頭的下壓力。
車尾那片巨大的天鵝頸懸浮式尾翼呢?和前翼片進(jìn)行嚴(yán)格聯(lián)動。前面壓多少,后面必須跟著調(diào)多少,始終維持前后的氣動平衡。
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圖3:GT3 RS 的尾翼,擴(kuò)散器和車尾導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。單個零件好不好看,關(guān)鍵是前后軸一起算賬
連保時捷都不是簡單地往車上多貼兩片翼就完事。他們?yōu)榱私o翼片騰出物理空間,可以說是把整套散熱系統(tǒng)的架構(gòu)推翻重建了。
這么一看,前備箱是沒了,但是氣動平衡有了。
連懸掛擺臂都在干活
但是保時捷讓我服氣的,還不止于此。
普通汽車的前懸掛擺臂就是兩根圓管,掛在底盤下面,氣流經(jīng)過的時候會被它們搞得亂七八糟。
GT3 RS的前雙叉臂懸掛呢?擺臂被做成了水滴形截面,原理和飛機(jī)機(jī)翼的剖面一樣。
就這幾根擺臂,在300 km/h下能為前軸額外貢獻(xiàn)40kg的下壓力。同時還能一定程度的梳理流向車底的氣流,從而減少紊亂。
連一根懸掛擺臂,都被納入了整車氣動系統(tǒng)的一部分。
這就是我想說的核心觀點(diǎn),真正的空氣動力學(xué)是一門系統(tǒng)集成的學(xué)問。
我們不能往車上貼一塊碳纖維板、開幾個孔,就管這叫“領(lǐng)先的空氣動力學(xué)”。保時捷連底盤下面一根我們根本看不見的擺臂,都要服務(wù)于整臺車的氣流。
車頂上兩道不起眼的棱線
再說一個細(xì)節(jié)。GT3 RS的車頂兩側(cè)各有一道碳纖維的縱向凸起,不仔細(xì)看我們根本注意不到。
中央散熱器的熱空氣會從前機(jī)蓋上的出風(fēng)口排出,然后沿著車頂往車尾方向流。911的發(fā)動機(jī)裝在車尾,進(jìn)氣口也在后面。這股滾燙的廢熱要是被尾部進(jìn)氣口吸進(jìn)去,進(jìn)氣溫度會升高,空氣密度會跟著降低,發(fā)動機(jī)的功率就會大打折扣。
所以這兩道棱線的作用是把熱空氣強(qiáng)行向兩側(cè)推開,只讓冷空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)。
一個車頂上肉眼幾乎看不見的小細(xì)節(jié),也是整車熱管理和進(jìn)氣效率的一環(huán)。這種精細(xì)是怎么來的?一臺車,一座風(fēng)洞,1500輪模擬和250小時實測,一個細(xì)節(jié)一個細(xì)節(jié)迭代出來的。
這還只是空氣動力學(xué)這一項,算上碰撞認(rèn)證,耐久標(biāo)定,排放測試,極寒極熱標(biāo)定這些,一臺車從圖紙到量產(chǎn)要過的關(guān)多到讓人發(fā)指。百年車企出一臺車就是這個節(jié)奏,不是一年出足夠多的新車款式的能干出來的活。
三、回到最初的問題:原廠跑車的側(cè)裙為什么沒有魚鰭?
鋪墊完了,現(xiàn)在來正面回答文章開篇的問題了。
第一層:原廠用更聰明的方式解決了同一個問題
改裝側(cè)裙上的魚鰭,理論上想解決的是什么?
是前輪高速旋轉(zhuǎn)時甩出的亂流。輪胎踏面碾過地面的瞬間,接地區(qū)域前方的空氣被強(qiáng)力擠壓,無處可去,只能往兩側(cè)橫著噴出來。這股貼著地面竄出的氣流方向非常亂,損失也很大,幾乎沒法被底板拿來干正經(jīng)活。有一個正經(jīng)名詞管這叫Tyre Squirt,我們可以把它理解成輪胎甩出來的一口“老痰”。
這口“老痰”要是沖進(jìn)車底的擴(kuò)散器通道,會打亂擴(kuò)散器內(nèi)原本有序的氣流擴(kuò)散減速過程,氣流貼不住擴(kuò)散器壁面就會發(fā)生剝離,專業(yè)術(shù)語叫失速。擴(kuò)散器只要失速,車底原本靠底板收縮、地面效應(yīng)和擴(kuò)散器壓力恢復(fù)共同維持的低壓結(jié)構(gòu)就會崩壞掉。后軸下壓力可能突然塌掉一截,車手也會毫無預(yù)警。
改裝魚鰭想做的,就是在側(cè)裙外面豎一塊板子擋住這股亂流。
原廠性能車也用豎板和導(dǎo)流片,快車上到處都是小板子。但每一塊板子在裝上去之前都經(jīng)過整車風(fēng)洞驗證,知道自己替誰干活。我們以GT3 RS為例:
前翼子板上開百葉窗:在前輪拱正上方開一排孔,利用外部低壓氣流像抽油煙機(jī)一樣,把輪胎高速旋轉(zhuǎn)時在輪拱里堆起來的高壓空氣往上抽走,不給它溢到側(cè)裙區(qū)域的機(jī)會。
前輪后方做大面積切口加導(dǎo)流板:輪拱后部直接切掉一大塊,裝上弧形的導(dǎo)流板,把前輪甩出的紊流在源頭就向外側(cè)送走。
翼型擺臂:在底盤進(jìn)氣口附近梳理氣流,減少紊亂氣流進(jìn)入車底的概率。
這套方案的邏輯是什么?
治未病(黃帝內(nèi)經(jīng)老話,高明的醫(yī)生治的是還沒發(fā)的病)。在亂流產(chǎn)生的源頭就把它管住,不是等它走完半個車身、把底盤的氣流攪得一塌糊涂之后,再在側(cè)裙末端豎一塊板子亡羊補(bǔ)牢。
第二層:法規(guī)不允許
全球主要汽車市場(歐盟、中國、美國)的碰撞安全法規(guī)對車身外部凸出物有非常嚴(yán)格的限制。
核心原因是對行人的保護(hù)。
側(cè)裙上那種大尺寸的垂直魚鰭,位置剛好在行人小腿和膝蓋的那個高度。只要發(fā)生碰撞或是刮蹭,硬質(zhì)的刀刃狀凸起會像開罐器一樣割傷行人的腿。所以量產(chǎn)車外飾件的邊緣倒角和曲率半徑都是有嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn),鋒利的側(cè)裙魚鰭從法規(guī)層面就被排除了。
另外,多出來的魚鰭增加了迎風(fēng)面積和風(fēng)阻。對于必須通過WLTP油耗循環(huán)或是新能源車?yán)m(xù)航測試標(biāo)準(zhǔn)的量產(chǎn)車來說,每多出一點(diǎn)不必要的風(fēng)阻系數(shù),都意味著一整批車在認(rèn)證線上的風(fēng)險。工程師是不會為了這種好看去冒這個險的。
第三層:改裝魚鰭裝在了錯誤的位置
這是最狠的一層。
在F1賽車上,如果要攔截輪胎甩出的那些臟氣流,擋板應(yīng)該裝在哪里?
一般是裝在后輪的前方。
在臟空氣還沒有灌進(jìn)擴(kuò)散器之前,就用底板邊緣的切口和垂直小擋片把它攔住,然后給它偏導(dǎo)出去,先下手為強(qiáng)。
而我們在后市場改裝的那些后包角魚鰭,裝在哪里?
居然是后輪的后方。
輪后方的豎向翼片在完整的賽車系統(tǒng)里可能有用,配合底板和擴(kuò)散器一起工作,參與整理輪后尾流。
但是如果單獨(dú)把它拎出來,貼到一輛原本沒有為它設(shè)計底板和擴(kuò)散器的車上,性質(zhì)一下就變了。
它到底是在導(dǎo)流還是在添亂?我們不知道,可能賣我們這東西的人也不知道。說難聽點(diǎn),就是事后在現(xiàn)場拉警戒線,該攔住的亂流早從前面灌進(jìn)去了。
更麻煩的是這些沒經(jīng)過整車風(fēng)洞驗證的魚鰭在高速下還可能在擴(kuò)散器出口制造額外的紊亂回流。本來擴(kuò)散器還能勉強(qiáng)工作,這魚鰭一裝,出口的壓力恢復(fù)反而被干擾了。可怕的地方在于我們根本不知道它從什么時速開始來幫倒忙。
我們在高速上變一次道,車尾輕飄飄的那種感覺,可能就是這么來的。
四、兩個世界的差距
把前面說的拉到一起看,原廠工程師和后市場改裝件之間的差距就很清楚了。
前輪亂流怎么處理?原廠會在源頭就想辦法管住,百葉窗抽壓,翼子板切口導(dǎo)流;后市場不管源頭,在側(cè)裙末端豎板子完事。
后輪亂流怎么擋?原廠在后輪前方設(shè)擋片,先下手為強(qiáng);后市場在后輪后方裝魚鰭,事后拉警戒線。氣動平衡怎么保?原廠前后翼嚴(yán)格聯(lián)動,壓力中心始終穩(wěn)定;后市場只改一頭或是一側(cè),平衡直接亂掉。
那驗證靠什么?原廠是1500輪以上的CFD模擬加250小時的風(fēng)洞實測,風(fēng)洞里用的是滾動路面和旋轉(zhuǎn)輪胎來消除地面邊界層誤差;后市場基本靠設(shè)計師目測和效果圖來渲染。
側(cè)裙魚鰭用不用?原廠不需要,用內(nèi)流道和空氣簾就解決了;后市場大量使用,主要追求視覺的沖擊力。法規(guī)過不過?我不知道,反正原廠必須通過行人保護(hù)、油耗和續(xù)航的認(rèn)證。
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圖4:移動地面風(fēng)動系統(tǒng)。汽車風(fēng)洞不能只吹靜止的地面,輪胎和地面的相對運(yùn)動都要模擬進(jìn)去。
五、那改裝魚鰭到底有什么用?
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圖5:單帶、三帶、五帶滾動路面示意圖。
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圖6:三帶和五帶滾動路面示意圖。
寫到這里可能有人會問了,那些改裝件商家為什么還要做魚鰭?
最直接的原因就是視覺了。垂直魚鰭能讓車看起來更寬、也更低趴、更有所謂的蝙蝠俠戰(zhàn)車的味道。
GT3、DTM賽車上確實有類似的翼片結(jié)構(gòu),但是那些賽車有完整的全平底板、巨型擴(kuò)散器、精密的前翼導(dǎo)流,是一套從車頭到車尾完全閉環(huán)的氣動系統(tǒng)。拿走其中一個零件裝到家用車上,就像把戰(zhàn)斗機(jī)的進(jìn)氣道貼在電動自行車上,形似神離。
還有一個原因很少有人說,就是遮瑕。很多后市場側(cè)裙屬于是通用型的,要適配不同軸距的車。末端的魚鰭一般是單獨(dú)安裝的,可以通過調(diào)整位置來掩蓋裁切不工整的邊緣,或者彌補(bǔ)不同車型間的尺寸差異。說白了算是一種工業(yè)妥協(xié)吧。
至于局部導(dǎo)流,側(cè)裙廠商也知道前輪會甩亂流,但他們沒有能力重構(gòu)整車流場,只能在側(cè)裙上加一排魚鰭勉強(qiáng)擋一擋。效果有沒有?也許有一丁點(diǎn)。那代價呢?帶來的風(fēng)阻增加、風(fēng)噪惡化、氣動平衡被打亂,這筆賬他們應(yīng)該不會給我們算。
六、不合理改裝最壞能壞到什么程度?
設(shè)計位置不合理的話,對原車有什么影響?
最直接的影響是氣動平衡失調(diào)。只改車尾不動車頭,或者反過來,前后軸的抓地力分配就被改寫了。高速穩(wěn)定性變差時,我們可能感覺到轉(zhuǎn)向中心感變?nèi)趿耍瑐?cè)風(fēng)會讓我們更敏感,變線后車尾也會收得不干凈。當(dāng)然,胎壓、四輪定位、避震衰減和底盤老化松散通常都比一塊裝飾件更值得先排查。但是如果這些都排除了,就該想想是不是有人動了前后軸的氣動平衡了。
然后是風(fēng)阻。那些突出在車身外面的魚鰭,每一片都是暴露在氣流中的阻力源。風(fēng)阻和速度的平方是成正比的,在城區(qū)里我們可能感覺不到,但是跑到120以上,哪怕是很小的風(fēng)阻增量也會被速度放大。對電動車來說應(yīng)該是很敏感的,高速本就是續(xù)航最緊張的工況,多出來的阻力只會讓一些數(shù)字變得難看,但是我沒去多研究這個,有懂行的朋友可以評論區(qū)補(bǔ)充一下。
還有一種情況很少有人提,如果改裝側(cè)裙的前端沒做氣動校準(zhǔn)、外凸得太多,它反而會像一把鏟子,把前輪甩出來的臟氣流重新鏟回底盤下方。本來前輪的亂流是向外走的,但是側(cè)裙一攔就全灌進(jìn)了車底了。原廠底盤下方本來就沒多少吸力,這下連僅有的一點(diǎn)可能也保不住了。
最后是最重要的安全問題。很多便宜的改裝件靠雙面膠或是幾顆自攻螺絲固定。那些外凸的魚鰭在120以上的高速下承受著持續(xù)的氣動載荷,時間長了會震顫,發(fā)生變形,可能向下彎折刮輪胎。最壞的情況是整塊脫落,在高速公路上可能會給后車埋下“安全隱患”。
最后
我平時寫飛機(jī)的時候有個原則和理念就是空氣不認(rèn)你的大logo。
不管你是一架造價3億美元的A350還是一臺3萬塊的家用車,空氣對它們施加的力學(xué)法則都是完全相同的。伯努利方程不打折,流動分離也不看品牌。
保時捷的工程師為了在車頭裝兩片主動翼,把前備箱廢掉了,把散熱系統(tǒng)的架構(gòu)從頭重建了,連懸掛擺臂的截面形狀都重新設(shè)計了。經(jīng)過了1500輪模擬,250小時風(fēng)洞試驗,最后把每一根暴露在氣流中的零件都納入了同一個系統(tǒng)。
在某寶上花個199塊錢買一對"通用碳纖維側(cè)裙魚鰭",拿雙面膠往車上一貼,你覺得能獲得"同等的空氣動力學(xué)增益"嗎?
我們當(dāng)然可以為了好看往車上裝東西。只是別覺得裝上了就真有賽車的功能,好看是好看,只是空氣不這么認(rèn)為。
預(yù)告
這篇算是我第一次正經(jīng)拆汽車,汽車空氣動力學(xué)和航空的底層邏輯幾乎是同一套東西。如果你們對這類跨界拆解有興趣,后面還有兩個選題在醞釀:
1、F1那堵"看不見的墻":賽車底板邊緣的渦流是怎么替代實體側(cè)裙的?從1970年代蓮花賽車的滑動裙板講到現(xiàn)代F1的渦流氣簾,中間還有好幾條人命的安全血淚史。
2、保時捷的空氣剎車:GT3 RS在300 km/h緊急剎車的時候,前后翼片會在0.3秒內(nèi)同時豎起來充當(dāng)減速板,原理和飛機(jī)著陸時打開擾流板幾乎一模一樣。
覺得這篇還行的話,點(diǎn)個關(guān)注或者留個言,我好知道后面該不該繼續(xù)寫。
地面的賬本:拆解復(fù)雜系統(tǒng)的病理報告。
參考資料與論據(jù)來源:
保時捷911 GT3 RS (992) 技術(shù)白皮書與魏薩赫風(fēng)洞數(shù)據(jù)(PCA, Porsche官方發(fā)布)
Wolf-Heinrich Hucho 經(jīng)典教科書(Aerodynamics of Road Vehicles)
Joseph Katz 教授(Race Car Aerodynamics: Designing for Speed)Kyle Forster (Kyle.Engineers) 前 Mercedes AMG F1 氣動工程師的CFD流場解析
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