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四驱车【空气动力学】一个困扰多年的难题

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小时候看四驱兄弟里面那些炫酷无比的空气动力绝招,给我幼小的心里带来了巨大的冲击,随之而来便有一个大大的疑问,为什么我的车子没有空气动力呢?
带着这些疑问我读完了大学,也学过流体力学、汽车构造,却感觉完全没开窍的样子。
现在毕业十几年了,也许因为工作经历和人生经验的积累,我开始慢慢想通了一些问题,接下来为大家分享我这段时间的研究结果。
为了让大家更好的理解,本篇帖子不进行公式计算,全程讲人话,尽量用类比法、极限法来说明问题。计算公式会在文章的最后才给出来。
目录
一、影响空气动力效果的关键因素
二、利用空气动力跑墙壁实验
三、空气动力学在田宫例的应用
四、空气动力学在无限制竞速的应用
五、总结和未来期待


IP属地:广东1楼2021-05-07 11:06回复
    一、影响空气动力效果的关键因素
    如果有人跟你说,四驱车体积那么小,空气动力是可以忽略的。
    你可以这样发问:那为什么同样大小的纸飞机可以在空中画圆圈?

    没错估计你已经猜到了,现在让我们用简单的实验来说明影响空气动力效果的关键因素——【重量】:
    我们把一只纸飞机的重量不断增大,然后进行试飞测试。
    测试结果如下图:

    当纸飞机的重量是6g的时候,空气动力占据主导地位,纸飞机会在空中做圆周运动。
    当纸飞机的重量是20g的时候,空气动力的作用还是比较明显的。
    当纸飞机的重量是40g的时候,空气动力的作用已经非常小了。
    因此我们可以得出如下结论:
    【四驱车的重量越小,空气动力的作用就越明显】
    四驱车的重量大约110g,空气动力的作用非常小,是肉眼不可见的。
    当四驱车的重量小于40g的时候,空气动力的作用比较明显。
    当四驱车的重量小于20g的时候,空气动力的作用非常明显。
    当四驱车的重量小10g的时候,空气动力占据主导地位,动画里面的一些看似非常科幻的空气动力性能就可以实现。比如我们把纸飞机的机翼改造一小块地方,飞行轨迹就可以有翻天覆地的变化。
    事不宜迟,我们马上对新三角箭进行轻量化改造,尝试让它跑墙壁吧!


    IP属地:广东2楼2021-05-07 11:11
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      二、利用空气动力跑墙壁实验
      实验准备:

      把底盘尽量镂空减重,采用新三角箭软壳,小型无人机电池和马达,最后把车子重量减至33g左右,虽然有点不尽人意,不过也只能硬着头皮上了,新三角箭!
      实验1:让车壳自然落下,它会贴着墙壁下滑。
      实验2:把车壳方向反过来,我们发现车壳在落下过程中逐渐远离墙壁。
      实验3:车壳和底盘安装在一起,车子依然可以贴着墙壁下滑。
      【实验视频如下,对不起我只有小破站】
      https://b23.tv/guzdEq
      这三个实验证明车壳产生的下压力足以使33g的车子贴着墙壁滑翔。
      接下来还有两个实验就是接通电源,尝试进行跑墙壁。


      IP属地:广东5楼2021-05-07 11:34
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        感谢吧主神速加精,我会尽快更完,用每秒50节的速度打字


        IP属地:广东7楼2021-05-07 11:43
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          实验4:接通电源,让车子贴着墙壁垂直往下行驶。
          实验5:接通电源,让车子通过坡道冲上墙壁,然后贴着墙壁往上行驶。
          【实验视频如下,对不起我只有小破站】
          https://b23.tv/QuD55s
          实验失败了,车子无法贴着墙壁行驶,视频中可以看到,车头总是会抬起来,这是为什么呢?
          【为什么车子可以贴着墙壁滑翔,却不能贴着墙壁行驶呢?】

          细心的观众可能会从视频中发现,车子放在地上的一瞬间,车头就会抬起来。没错,这个就是之前我们讨论加速性能的帖子里面介绍的【加速抬头】现象。就是说车子轮胎接触地面的瞬间,车子就会抬头甚至整台车子翻转过来。这个抬头的作用远远超过了车壳提供的空气下压力,使得车子无法贴着墙壁行驶。
          看来单靠自身的下压力是不能做到跑墙壁的,如果想要实现跑墙壁的梦想,还要加点外挂才行。

          只要我们按照动画里面的做法,在车壳两边加两个小风扇,把车壳内部的空气抽出来形成超低压,这样车子就可以紧贴着墙壁行驶了!动画四驱兄弟诚不欺我!爷青回!!!
          这个方案已经是被证实有效,由于时间关系我这边就暂时不做实验了(日后再做),有兴趣的小伙伴可以百度看看。


          IP属地:广东11楼2021-05-07 12:22
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            三、空气动力学在田宫例的应用
            回到刚才的纸飞机实验,其实我发现了一个现象,就是当纸飞机的重量大于100g时,空气动力虽然不能对【飞行轨迹】造成影响,但是飞机的尾部是确确实实可以被空气抬起来,于是就给了我们这样一个提示:
            空气动力可以改变车子在空中的【飞行姿态】。事不宜迟,马上开始实验。

            【实验视频如下,Sorry我只有小破站】
            https://b23.tv/RAcnEV
            实验证明,在车子的头部和尾部增加空气动力套件,可以对车子的飞行姿态造成明显的影响。
            因此我认为,中置底盘的一些莫名其妙的空中偏向问题,也是可以用空气动力学来解决的,这些就留给大家自己去实践啦。


            IP属地:广东12楼2021-05-07 12:34
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              四、空气动力学在无限制竞速的应用

              无限制竞速车的重量比较轻,而且速度非常快,我认为研究空气动力学非常有用,最起码可以提供不错的下压力,用来【增强轮胎抓地力】和【减少飞车的概率】。需要注意的一点是,下压力越大,空气阻力也就越大,这就需要找到一个最优的平衡点。
              由于我实在是还没想出来测试无限制竞速的空气动力的办法,如果以后有机会的话,我会给大家一个实验结果的。(曾经我也是一名竞速玩家,直到膝盖被撞了一下)


              IP属地:广东19楼2021-05-07 13:26
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                五、总结和未来期待
                1.四驱车的重量越小,空气动力的作用就越明显。
                2.由于加速抬头的作用,四驱车很难实现真正的跑墙壁,但是可以贴着墙壁滑翔。
                3.空气动力不能改变四驱车的飞行轨迹,但是可以改变四驱车的空中姿态。
                期待空气动力在无限制竞速领域的开发,希望有更小更轻的电池和马达被采用,争取实现一个动画里面的空气动力绝招。


                IP属地:广东21楼2021-05-07 13:54
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                  六、相关公式计算
                  因为本人曾经用三档电风扇吹电子称上放置的四驱车,测得下压力F平均为4g左右。因此以下计算预设下压力F恒定为4g。
                  下压力F=ma,
                  下压力使车子产生的加速度a=F/m
                  下压力使车子产生的位移S=at²= (F/m)t²
                  也就是说单位时间内,车子由于下压力造成的位移与车子的质量成反比。
                  代入公式计算S=(4g/110g)x1=0.036米
                  也就是说车子从跳坡飞出来经过1秒后,由于下压力的作用,会比没有下压力的时候高度降低3.6cm,所以几乎是一个肉眼不可见的影响。
                  但是如果车子的重量降低到30g,计算出来的位移量就是13cm,就是一个肉眼可见的级别了。


                  IP属地:广东22楼2021-05-07 14:15
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                    七、其他
                    我是阳江热血四驱车场的亮叔,是一个被迷你四驱车左右了人生抉择,高中选择了物理班,大学选择了机械设计,工作选择了数控机械,到头来却发现自己其实是喜欢四驱车这个动漫而不是喜欢机械设计,啊啊小丑竟然是我自己吗。
                    希望大家可以引以为鉴,真正做到了解自己,找到自己的兴趣所在吧!


                    IP属地:广东24楼2021-05-07 14:29
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                      底盘改造和车壳改造分享
                      采用6mm直径的无人机马达,齿轮比一开始采用5:1,可能是因为车子非常轻,后来换成4:1扭力也卓卓有余,感觉还可以继续降低齿轮比。电池一开始使用300mah锂电池,后来发现100mah也够用,于是电池重量便一下子降低到4g。




                      IP属地:广东来自Android客户端35楼2021-05-08 00:28
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                        问题订正:
                        首先非常感谢吧友们提出的体积对空气动力的影响,本文没有展开讨论是因为从a=F/m看来,改变m是最直接可行的办法。而要改变下压力F则非常复杂,它受车身的体积,形状,迎风面积,行驶速度等诸多因素影响,所以本文是在假设下压力F恒定不变的基础上进行讨论的。


                        IP属地:广东来自Android客户端45楼2021-05-11 16:51
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