張雪機車在國際賽場奪冠那天，朋友圈沸騰了。不是那種“中國車隊好厲害”的禮貌性轉(zhuǎn)發(fā)，而是發(fā)自內(nèi)心的為中國制造閃耀世界而驕傲。

而賽后各路分析里，“空氣動力學”也成了高頻詞。不過，摩托車領(lǐng)域發(fā)布的氣動數(shù)據(jù)比四輪賽車少得多。

今天我們換個思路：從基本原理出發(fā)，結(jié)合賽車的外形特點，來一次接地氣的空氣動力學分析。

PART 01

不只是“跑得更快”

很多人對氣動的理解停留在“讓車更流線型”這個層面。這當然沒錯，但就像說“手機就是用來打電話的”一樣，屬于正確的廢話。

而真正的問題是：車手敢不敢把油門擰到底？

這個“敢不敢”，氣動至少管四件事。

• 直道：和風墻的肉搏戰(zhàn)
  

  空氣阻力這東西特別不講武德——速度翻倍，風阻翻四倍。高速工況下，風阻吃掉的動力比傳動系統(tǒng)損耗、輪胎滾阻加起來都多。低風阻的設(shè)計就是：讓車“穿”過空氣，而不是“撞”上去。

  效果很直觀：同樣動力極速更高，同樣速度發(fā)動機負擔更小。說的再直白一點——直道上有沒有資格表演“生吃”對手。

• 穩(wěn)定：別讓車變成脫韁的野馬
  

  高速騎行時摩托車有一種強烈的愿望：變成一匹想把騎手甩下去的野馬。前輪發(fā)飄、車頭翹起、重剎時車尾像喝了假酒一樣搖擺——這些都是氣動要解決的事。此時出場的則是氣動下壓力——關(guān)鍵時刻能把車輪老老實實按在地上。

• 過彎：真正的修羅場
  

  直道快不算本事，彎道快才是真的快。這個道理所有賽車迷早就刻進 DNA 了，兩輪四輪概莫能外。氣動優(yōu)化讓車身在傾斜狀態(tài)下更穩(wěn)定，減少側(cè)向氣流把車往賽道外面推的沖動，間接提升輪胎抓地力的可預(yù)測性。

  結(jié)果就是：車手敢更早開油，敢用更快的速度劃過彎心。圈速的差距，往往就是在這幾個“敢”字上拉開的。

• 散熱：看不見的保命技能

  發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的熱量，夠煎熟一塊牛排。而剎車盤的瞬時溫度突破600°C更是家常便飯 。沒點散熱手段的話，且不說有爆缸的風險，幾圈下來剎車就變成踩棉花。

  氣動系統(tǒng)得給散熱器和剎車精準送風，還不能因此把阻力搞得太難看。這是典型的“既要又要還要”，工程師的頭發(fā)就是這么沒的。

一句話總結(jié)：空氣動力學決定的不是車能跑多快，而是車手敢不敢用到極限。

PART 02

摩托車的“氣動全家福”

現(xiàn)代高性能摩托車的設(shè)計語言，很大程度上是被頂級賽事的軍備競賽帶起來的。WSBK作為量產(chǎn)改裝賽，雖然規(guī)則上比純原型車賽事保守，但氣動方面的內(nèi)卷一點沒落下。

整流罩：最扎實的基本功

整流罩的設(shè)計原則古老而樸素：盡量做成水滴形，前圓后收。所有花里胡哨的氣動優(yōu)化都建立在整流罩這個“畫布”之上。

它的核心KPI就兩個：減少迎風面積;讓氣流乖乖貼著車身走而不是到處亂竄。

定風翼：摩托車界的“內(nèi)卷之王”

這東西多年前還屬于“鬼火少年的特供”，現(xiàn)在已經(jīng)成為高性能量產(chǎn)車的標配，長得越來越像某種飛行器前翼的縮小版。WSBK賽車上同樣大量應(yīng)用，只是受限于市售車基礎(chǔ)，設(shè)計上更講究“螺螄殼里做道場”。

原理跟飛機翅膀一樣，只不過反過來用——產(chǎn)生負升力，把車頭往下壓。加速時前輪不容易翹頭，出彎時車身更安定。代價是阻力增加，所以每一片小翼的角度和層數(shù)都是工程師和風阻談判的結(jié)果。

導流結(jié)構(gòu)：讓空氣排隊走

側(cè)導流板、腿部導流面、尾部收縮曲線……這些細節(jié)的共同目標就一個：減少亂流，讓空氣“有序流動”，而不是在車身后方攪成一鍋粥。賽用摩托車在這方面尤其執(zhí)著，車身側(cè)面復(fù)雜得能當現(xiàn)代藝術(shù)展品。

冷卻氣道：散熱和阻力的零和博弈

進氣口大一點散熱好，但阻力爆炸；進氣口小一點阻力友好，但發(fā)動機會用熱衰警告你。設(shè)計難點在于找到那個甜點——既能精準送風，又不會拖累極速。

車手：行走的氣動套件

四輪賽車和兩輪賽車的根本區(qū)別，用一個畫面就能說明：四輪車手是藏在座艙里的，摩托車手是趴在風里的。

四輪的玩法是“控制空氣”——車身外形固定，設(shè)計師可以在計算機里把氣流安排得明明白白。地面效應(yīng)底板、多層翼片、復(fù)雜的導流通道，高速下能產(chǎn)生數(shù)倍于車重的下壓力。

兩輪的玩法是“適應(yīng)空氣”——車手暴露在外，姿態(tài)還在不斷變化：直道趴低、剎車立起、過彎探身。 這是摩托車氣動學最獨特、也最浪漫的一點：車手本身就是氣動系統(tǒng)的一部分。

跟我學 “車手的人肉氣動三件套”：

• 直道：趴低、頭藏進風擋、胳膊肘收緊、大腿貼油箱。整個人變成一個臨時的人肉整流罩，目標只有一個——減小迎風面積。此時車手內(nèi)心OS：我就是一塊會騎車的鵝卵石。

• 剎車：上身立起，用胸口硬接氣流。這不是自虐，是主動利用身體增加空氣阻力輔助減速。真男人從不回頭，真男人用胸肌剎車。

• 過彎： 身體側(cè)掛出去，不只是調(diào)重心，還在改變氣流在車身周圍的分布，微妙地影響輪胎負載。每一個角度都經(jīng)過千錘百煉。

動態(tài)氣動：車手是最好的“主動氣動套件”

摩托車的氣動外形是實時變化的，而執(zhí)行這套變化的不是電機驅(qū)動的翼片，是車手本人的肌肉和神經(jīng)。

而一輛摩托賽車的設(shè)計目標之一，就是讓車手更容易擺出正確的姿態(tài)——風擋的高度讓頭部剛好藏入低壓區(qū)，油箱的造型方便身體貼合，整流罩側(cè)面的曲線包裹腿部減少亂流。

頂級車手的能力不僅體現(xiàn)在油門和剎車的控制上，更體現(xiàn)在對自己氣動姿態(tài)的精確管理。頭往前探兩厘米還是收兩厘米，肩膀露多少，膝蓋打開多大角度——在 200公里/小時以上的速度下，這些都是真金白銀的時間差。

PART 03

尾流：摩托車背后的秘密

“快吸它的尾流！”——比賽中經(jīng)常能看到這種場面：后車在直道上突然像被彈射出來一樣干凈利落地超越前車。不明真相的觀眾以為是后車發(fā)動機突然開掛，實際上這是尾流效應(yīng)在發(fā)力。

原理不復(fù)雜：前車破開空氣時身后留下一片低壓區(qū)——一個氣流相對“稀薄”的空腔。后車鉆進去之后，風阻斷崖式下跌，發(fā)動機輸出的功率更多轉(zhuǎn)化成加速，而不是跟空氣打消耗戰(zhàn)。

摩托車尾流和四輪賽車尾流有個有意思的區(qū)別。四輪賽車復(fù)雜的翼片結(jié)構(gòu)會制造出狂暴的湍流尾跡，后車鉆進去雖然阻力降低，下壓力卻跟著崩了，操控直接變抽獎。

而摩托車的氣動結(jié)構(gòu)相對簡單，加上車手身體無形中幫氣流“梳理”了一下，尾流反而更干凈，后車能相對安穩(wěn)地蓄一波力。

當然，能否完美利用這波“偷來的速度”，還得看車輛離開低壓區(qū)時的表現(xiàn)——突然一頭撞上無形的風墻，電控系統(tǒng)能不能平順處理瞬間變化的負載。這也是為什么有些賽車在尾流戰(zhàn)中表現(xiàn)得游刃有余，有些則像撞了鬼一樣左搖右晃。

PART 04

結(jié)語：看不見的推手和更大的舞臺

回看張雪的奪冠之路，很難說是哪一項技術(shù)立了頭功。發(fā)動機、車架、電控、輪胎，少了哪樣都不行。空氣動力學更像一個沉默的放大器——它在關(guān)鍵時刻，把整車性能和車手能力同時放大到一個新的層級。

張雪機車在WSBK的勝利是一個里程碑，它說明中國車隊在量產(chǎn)改裝這個層級已經(jīng)具備了系統(tǒng)性的競爭力。但所有關(guān)注兩輪賽車的人心里都清楚，更大的賽場在等待著中國的賽車。真正的終極考場在那片被本田、雅馬哈、杜卡迪、 KTM 、阿普利亞統(tǒng)治了數(shù)十年的原型車圣殿—— MotoGP。

如果說WSBK的氣動是“毫米級的博弈”，那MotoGP的氣動就是“微米級的戰(zhàn)爭”。對任何一個想要踏入這個領(lǐng)域的新玩家來說，氣動是繞不過去的一道坎。

我們相信中國的空氣動力學和中國制造一定會在更大的舞臺閃耀世界之巔。

來源：LMB與流體力學

編輯：子木

轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

如需轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原公眾號