汽车能像打水漂一样从水面漂过吗?这可能吗?

汽车能像打水漂一样从水面漂过吗?这可能吗?_58汽车

在探索汽车是否能像打水漂一样在水面上漂移时,我们首先回顾了摩托车和石头在特定条件下的水上漂现象。通过分析这些现象,我们发现速度、接触面积和自重是实现水上漂的关键因素。对于汽车来说,要实现水上漂,需要达到一定的速度,以产生足够的反作用力来支撑车辆的重量。此外,车辆的重量和轮胎的宽度也会影响其在水面上的漂浮能力。通过仿真建模,我们发现即使是家用车,只要速度足够快,理论上也能实现水上漂。然而,要保持长时间的漂浮,需要持续的动力支持,这在现实中是具有挑战性的。科技的进步使得一些看似不可能的事情变得可能,而中国汽车产业的发展也在不断突破技术极限,为消费者提供更多创新和可能性。

前两天看到一个摩托车水上漂的视频:

乍一听之下,what?

第一印象:摩托车怎么可能水上漂?见过摩托车飞跃黄河,还从未见过有人这么嚣张的“水中漫步”,是不是又是什么大型实景魔术表演,但仔细看过视频后,发现原来真的可以。

看到这支视频(网上有人专门做过摩托车水上漂的试验,有兴趣的可以自行搜下哦),让我想起了小时候在河边用石头打水漂的记忆:只要选到扁平一点的石子,用极快的速度将甩出,甩出的角度又刚好比较贴合水面,石头就能在水面上连续蜻蜓点水般的打出一条反复跳跃的曲线,有时甚至能飞出数十米之远。

实践出真知,看来只要达到一定条件,看似比水密度大很多的摩托车和石头都可以实现水上漂。

那么,水上漂需要满足哪些条件?以打水漂为例,我们会筛选相对扁平一点、体积小一点的石头,这是为了增大与水接触时的受力面积,同时不会因石头过重,直接沉底;其次,甩出石头的方向要尽可能贴合水面较小的角度,这样是为了获得斜向上力的同时,尽可能的保持向前的动能,而不是角度过大直接切入水中;最后,我们会用极快的速度将石头甩出,是为了让石头以尽量快的初始速度进入水中,让水面提供较强的反作用力,在反作用力的推动下,能继续以较快速度横向移动,以足够快的速度二次接触水面,进而实现了连续的水面漂移。

总结一下,也就是说只要速度足够快、接触面积足够大、自重足够轻,比水密度大很多的石头也可以实现水上漂,我们常见的水上滑板也是利用的这个原理。

前有古人阿基米德的“给我一个杠杆,我能翘起地球”。现有“给我一辆足够快的车,我就能实现水上漂”。那么,汽车实现水上漂需要什么条件?

如果说完成这个实验讲究天时地利人和,那么速度、自重、接触面积就是我们实现水上漂的三大核心要素。

上文已经从摩托车水上漂、石头打水漂、滑板等实景实际案例大致分析了实现水上漂的三大核心因素:速度、自重、接触面积。

既然摩托车、石头可以在一定条件下实现连续的水上漂,那么如果把汽车当成四个轮的摩托车、亦或者放大版的石头,那么实现水上漂好像也不是不可以,只要汽车可以足够快,入水后能够有足够的支撑力,那么汽车是有机会水上漂。

我们先从理论模型入手,当汽车在水中行驶的时候,车轮迎着水的接触面实际上是一个曲面(如下图红色曲线),此时,水面会给车一个斜向后的反作用力(红色箭头),将作用力分解,即包含一个向上“托举”的力和向后“阻挡”的力,当托举的力大于车身自重时,则可以保证汽车不继续沉入水中,维持在一定水深,而向后“阻挡”的力会不断减低汽车的初始速度,直至将汽车的初始速度降低到与水面的反作用力不足以支撑车重时。

如下图为单个车轮受力分析,当汽车以一定初始速度V驶入水中,因车自身重量m的作用下,必然会让车轮淹没水中一定深度h。此时可以看到,自水对车轮的瞬时反作用力产生的冲量Ft=n、车轮与水产生的摩擦力以及作用力产生的动量Pf=mVf、车辆向前的动量Pi=mVi三者平衡。

因车轮与水的接触面是曲面,理论计算较难,不过可以通过简化边界条件和环境因素,进行仿真建模,通过CAE的手段来计算水上漂的实现条件。假定车重和胎宽是确定因素,来计算车速达到多少才能实现至少15m的水上漂。

现在我们可以以A级轿车普遍的参数设定汽车的初始参数:车辆质量1300kg、驾驶员70kg、轮胎宽度以及直径(195/65R15),同时假设车辆入水高度10cm,计算出接触面积以及含驾驶员的整车质量,仿真得出,至少需要140km/h的速度才能实现水上漂(这个速度比摩托车水上漂需要的80-100km/h要高很多)。假设水上漂距离不变时,如果将车速降低的话,则必须要增大胎宽或者减轻车重。

不难看出,汽车水上漂的核心要义跟其他物体没有太大的差别,无非也是三点:速度够快、车身够轻、车轮够宽

如果对于特制的改装车来玩水上漂的话,相对容易一些,因为车身重量比较好控制,同时能改装非常宽的车轮,比如这样的:

但这样的特制车辆玩水上漂的成本有点大,真是为了玩而玩了,那如果时我自己的私家车,有没有机会水上漂呢?

其实仿真结果表征理论上是可以的,但是对于私家车来说,车身重量确实无法更改,安全件运动件不能拆,内部零件外部改装受限于法规也不能改,而车轮也无法更换像上图这样夸张的宽度,车身架构已经在那儿摆着,车胎总归要在那个限定范围内装上去,还要保证转动、上下跳动不会卡住吧,所以轮胎通常也改不了太宽,车辆出厂的高低配上已经基本指明了上下浮动的尺码,所以对于私家车/家用车想水上漂,核心点就是要做到足够“快”。

天下武功唯快不破,对于汽车水上漂来说更是如此。而家用车要快,就必须要有一套优秀的动力总成,总不能指望老头乐的动力去跑极速吧。

(2.1)首先动力总成要有强大的马力

如果是超跑,动辄8缸4.0排量,那确实也比较容易实现。但褪去超跑的“主角光环”,普通车主还有机会能实现水上漂吗?

超跑对于大部分人来说,太过于遥远,如果十万级的私家车,最常见的1.5T速度够快,能实现水上漂的话,那才是让人惊到下巴,挑战强度和驾驶快感都成倍上升。

所以我拿1.5T的动力来分析下是否有这样的硬实力来挑战水上漂。1.5T发动机的最大扭矩,以前的家用级合资车基本在220Nm左右,现在无论是自主还是合资主流的水平基本是在250Nm以上,优秀的能做到280Nm以上,最大马力,现在主流水平都在150PS乃至160PS以上,优秀的可以做到180PS以上,接近一些低功率的2.0T发动机的马力了。而且近几年国内自主的动力总成进度之快,着实让我们这些从业人员感到惊讶,比如:

一些先进的自主发动机采用了350bar的高压缸内直喷系统:350bar高压喷射带来的好处就是更小的燃油喷雾颗粒,可以提高燃烧响应性和效率,对发动机动力、节油、排放有着至关重要的作用,这也就是自主国六发动机不带GPF的底气;

还有小惯量低迟滞高通量的涡轮增压器,小惯量顾名思义,就是惯性很小,根据牛顿定律,惯量越小,改变其运动状态的力就越小,也就是只需要极少的废气就可以推动涡轮快速旋转,这就减少了涡轮迟滞效应,涡轮可以在更短的时间内实现目标增压数值,那么就可以极大的提升低速扭矩,对于家用车的加速性有较大影响;

再有比如集成排气歧管,也就是排气歧管的通路集成在了缸盖内,而排气温度是非常高的,也就是能量很大,如果直接排掉,实际上是浪费了大量的能量,而集成在缸内的好处就是可以利用排气的高温加热缸内的冷却液,以便在冷启动(这时机油温度较低,需要冷却液加热机油,以便机油能够达到较佳的使用温度)时大幅提升暖机速度,使发动机更快进入高效工作状态,减少冷启动内部构件磨损;

另外还有进排气双VVT(可变气门正时系统)、高效冷却系统、可变机油泵、电动水泵、DVVL等等眼花缭乱的新技术,而且很多车型所蕴含的技术甚至走在和同级别的合资车前。

(2.2)其次还要有较高的传动效率

而强大的动力总成从来不只是有先进的发动机就够了,还需要一个极度可靠且高效的传动系统——变速箱,随着私家车的快速增长,技术的进步,传统的手动档的市场份额基本上被CVT、DCT和AT所占据,而且自主品牌自研以CVT和DCT为主,早年前被诟病的双离合顿挫、磨损等问题,随着开发经验的积累,湿式多腔冷却的应用、标定和调教水平的提高,基本上已经不再是问题,甚至可以做到和AT一样的换挡感觉。

CVT和AT虽然现在的传动效率也有较大的提升,但还是不如DCT的传动效率高,而国内有一些优秀的车企已经能把DCT的传动效率做到97%以上。所以从传统效率考虑,为了动力最大化的输出,最好是采用较高效率的DCT。

按照以上分析的一些先进的1.5T的技术实力,以及匹配高效的双离合变速箱,只要调教配合得当,整车加速性能应该可以一战,毕竟现在号称钢炮的小车也有一大推,跑进8秒乃至7秒内的平民轿车也不是没有。所以我个人的感觉是,水上漂不只是理论和仿真可行,实践也必定可以。

通过分析我们知道,当边界条件达到的时候,别说摩托车,就是汽车也可以实现水上漂的,但为什么摩托车水上漂、石头打水漂都仅仅能实现一小段距离的水上漂,而不能一直漂下去?或者说需要什么样的条件才能一直漂?

如果想一直漂,其核心就要始终有反作用力能够支撑住摩托车/汽车漂浮,而前文已经分析过,反作用是因为车辆本身有一个向前的动量,且接触面为曲面,如果要一直保持反作用力能够支撑车身重量,那么就需要动量足够大且能一直保持在阈值之上。

但难点就在于无论是自身继续可以产生动量的摩托车,还是自身无法继续产生动量的石头,它们在入水后,摩托车无法获得和地面一样的摩擦力,石头没有了外力,他们向前的速度都迅速的被水的阻力所减少,直至降到无法提供足够支撑的反作用力的阈值,那么物体将不可避免且迅速的向水中下沉。

所以想在水面上漂的足够远,要么是尽可能的提高初始速度,要么就是能有不依靠与水作用的外力额外提供给车辆(比如有喷气式的动力装置)。如果我的初始速度能达到7.9km/s的话,别说水上漂,我都可以太空漂,要是再快点,还可以太阳系环游。

科技的魅力就是让那些武侠或者幻想中的场景变为现实。

每每看完一些反常识的视频/文章的时候,就会感慨科技的进步真好,让古人只能在神话里或者小说里畅想的东西,却变成今人可以信手拈来的事物,古人需要一匹顶级的汗血宝马,方能日行千里,而现在我们随便一辆家用车,日行两千里都不是问题。

另一方面伴随着中国汽车产业的高速发展,国有自主品牌历经沉淀,从设计、研发、生产、销售、售后各个环节不断创新,合资品牌的技术壁垒被打破。由于自主品牌更懂中国消费者,在外观造型、动力性能、质量可靠性上与合资品牌差距不断缩小。

随着技术的进步,产品的迭代,科技的极限不断被突破,同时制作成本也得以降低,尖端前沿科技惠及了更多使用者,希望全球的消费者都能驾驶着我国自主品牌的汽车实现水上漂!

这不也正是国产自主品牌的魅力所在,未来汽车发展的目标所指吗?

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