等重量胡萝卜小车和马铃薯小车同时从斜坡上滑下
我们给相等重量的胡萝卜和土豆安上轮子,从相同高度和坡度的小坡上滑下,胡萝卜微微先抵达终点。梭形的胡萝卜和椭圆形的土豆相比,胡萝卜的风阻系数更小,相信设计飞机的大佬也明白这个道理,所以飞机都没有土豆形的。同样,在SEM中,大多数的车身也都被设计成了梭形或水滴形,仅仅是这样一个形状的变化,就能让风阻系数降低10%乃至更低。
不同外形汽车的风阻系数 | researchgate.com
不仅是形状,汽车行驶时还会受到来自地面的滚动阻力,这与车身重量密不可分。大部分车为了追求省油,会尽量减轻底盘、发动机、车身甚至司机的重量。就车身来说,学生们会巧妙地选择造车材料来减轻重量,甚至有用纸糊车这样的硬核操作;也会使用预浸布烘烤和3D打印,或是打造全碳纤维车身,总之将整车重量尽量控制在45kg以下。
减轻重量的效果是立竿见影的,比如我们对比了鸡蛋在新鲜状态下与被掏空以后,处于同样风力下的移动情况,“空壳车”明显走的更轻松。
新鲜鸡蛋车(上)和空鸡蛋车(下)在同样风力作用下的运动情况
车内构造-高燃烧效率
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所以对于SEM的赛车来说,设计师往往会尽量同步减轻一些内部构造的重量,比如发动机。但是发动机作为车的“心脏”,更重要的还是起到供能作用。
燃油车的发动机的做功过程可以简单地总结为——油气在发动机气缸里混合,气缸被压缩到一定体积后被点燃,产生动力。我们用了两个大小不同的气球分别代表低压缩比(大气球)和高压缩比(小气球)的气缸,向其中加入等量泡沫小球来模拟燃料。等量的燃料条件下,气球越大,燃料密度越低,空气燃烧不充分,也就是燃烧效率低。因此高压缩比的发动机在SEM中广受欢迎,大家都致力于把每一滴燃料都有效地用在多开1km的目标上。
模拟低压缩比环境,燃烧效率低