主要观点总结
文章介绍了汽车行业中的主动空气动力学技术，特别是可调式尾翼系统（如一级方程式赛车中的DRS）。文章使用COMSOL Multiphysics软件建立模型，以研究DRS对车辆阻力和下压力的影响。文章还解释了主动空气动力学如何改变汽车设计，以提高燃油效率、速度和稳定性。
关键观点总结
关键观点1: 主动空气动力学技术通过动态调整汽车组件，实时优化阻力和下压力，提供更加精细和响应灵敏的驾驶体验。
汽车中的主动空气动力学通过配置可以改变位置和形状的组件，如机翼、襟翼和通风口等，来改变空气动力学特性。
关键观点2: Bugatti Veyron、三菱 3000GT 和 帕加尼 Huayra 等高性能汽车采用了主动空气动力学设计，以提高性能。
合法上路的汽车也越来越多地采用主动空气动力学设计，部分原因是为了提高燃油效率。
关键观点3: 一级方程式赛车中的DRS被视为一种主动空气动力系统，因为它涉及对赛车的空气动力组件进行实时调整。
DRS旨在减少追赶赛车的空气阻力，从而在比赛中获得超车机会。它通过减少空气阻力，使赛车在赛道的指定直线段获得显著的速度优势。
关键观点4: 使用COMSOL Multiphysics软件建立模型，可以模拟和分析汽车周围的气流，预测汽车设计的改变如何影响其空气动力性能。
该模型用于模拟类似于一级方程式赛车配备的可调式尾翼，以量化检测运行期间尾翼上的空气阻力和下压力变化。
正文
红牛赞助的一级方程式赛车上的可调式尾翼。图片来自 Wikimedia Commons，获知识共享署名–相同方式共享 4.0 国际版许可。
DRS 的核心组件是可调式车翼，我们在此将其称为 “DRS 襟翼”。DRS 襟翼可在两个位置之间转动，一个用于产生高下压力，另一个用于产生低阻力。当 DRS 启动时，DRS 襟翼上升以减小攻角，即弦线与迎面气流或车辆行驶轨迹之间的夹角。这种变化会降低翼面产生的下压力，进而减小空气阻力。阻力减小后，汽车受到的空气阻力也会减小，从而能在直道上达到更快的速度。赛车工程师估计，DRS 工作期间的车速可提升至 10–12km/h（6.2–7.5mph）。
DRS 被设计为仅在最适合超车的指定直道上使用。这是因为下压力减小也意味着赛车的抓地力降低，从而使稳定性降低，最终导致汽车在过弯道时非常不安全。当驾驶员驶出 DRS 区域并关闭系统时，DRS 襟翼会下降，阻力和下压力会恢复到正常水平，从而提高赛车的抓地力。
机翼的攻角，在决定机翼产生的阻力方面起关键作用。
模拟 DRS 效应
在汽车设计中，计算流体动力学（CFD）可用于模拟和分析汽车周围的气流，并预测汽车设计的改变如何影响其空气动力性能。CFD 仿真具有独特的优势，因为它可用于直观地显示气流模式、评估车辆各组件所受到的气动力，以及优化设计参数，同时避免了反复试验所带来的成本和时间问题。CFD 仿真不仅是设计主动空气动力组件的关键步骤，也在汽车制造的其他几个方面发挥着重要作用。
现在，让我们在 COMSOL Multiphysics® 中建立一个简单的 DRS 襟翼模型，来模拟类似于一级方程式赛车配备的可调式尾翼。模拟目标是对 DRS 运行期间尾翼上的空气阻力和下压力变化进行量化检测，以更好地了解激动人心的超车背后的物理原理。
一级方程式赛车的典型尾翼组件由两个横跨车身宽度的翼板组成。尾翼两侧安装了垂直端板，用于管理气流和减少翼尖涡流造成的阻力。在我们的模型中，为了简化分析，考虑了尾翼组件的二维横截面。这样，我们就可以忽略端板，只考虑两个翼板的横截面几何形状。我们将上翼称为“DRS 襟翼”，下翼称为“主襟翼”。(注意，只有上翼是可调节的。）两个翼板均使用 NACA 6409 翼面。虽然 NACA 6409 翼面并不能真正代表一级方程式赛车的尾翼，但我们的模型旨在简单演示可调式襟翼对空气阻力和下压力的影响。在 DRS 襟翼的尾端固定了一个格尼襟翼（gurney flap），以在不显著增加阻力的情况下增加下压力。假设翼板是完全刚性的。
由两个 NACA 6409 翼板组成的模型的数值设置。入口和出口分别被定义为左边界和右边界。分别使用开放边界条件和滑移壁条件定义上、下边界。
