空气动力学优化

设计高效轮毂的关键在于尽可能减少空气流动。一个表面覆盖的轮毂设计能够有效降低能耗,因为空气的流动会消耗能量。

相比之下,涡轮风扇的设计目标是尽可能多地移动空气。具有讽刺意味的是,许多特斯拉的改装轮毂都采用了类似风扇的设计,根据安装方向的不同会产生吹风或吸风效果。

但你可能已经注意到,电动汽车出厂时都配备了封闭式轮毂设计。相比轻微的重量增加,空气动力学带来的续航提升更为重要。原厂制造商都深谙此道。那么,轮毂设计为什么会产生如此大的影响?

要回答这个问题,我们需要简单了解空气动力学:空气阻力与物体和空气之间的速度平方成正比。例如,速度翻倍会产生四倍的阻力。

想象一个在行驶中的车轮:接触地面的轮胎相对空气的速度为零,轮毂中心与车身速度相同,而轮毂顶部的速度是车速的两倍。我们知道速度翻倍会产生四倍的阻力。

因此可以说,轮毂的空气动力学设计比车身更为重要,其重要性是车身的四倍。

THE RAZOR

Razor轮毂的设计远比表面看起来要复杂得多。巧妙的工程设计隐藏在其优雅的外表之下。

我们追求零妥协,选择了定向设计方案。这使我们能够打造独特的通风孔阵列,以最恰当的方式引导制动器产生的气流。

仔细观察特斯拉的制动盘,你会发现它像径向风扇一样工作,将空气吹向轮毂边缘。这正是我们设计通风孔的位置,就像许多赛车轮毂一样。

D型通风孔采用直线型前缘分离气流,弧形/倾斜的后缘则能够引导制动气流。这些气流不仅被疏导,还承担着第二个任务:作为轮毂上部的"润滑剂",帮助减少那4倍的风阻。

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对标仿真测试

在开发Model S时,特斯拉选择了EXA/达索系统进行CFD仿真。我们也同样咨询了EXA进行性能对比测试。测试结果表明,与原厂Turbine轮毂相比,我们的Razor轮毂可以使整车风阻降低9.9%。侧向力减少了94%。如下图所示,涡轮型轮毂会产生巨大的不对称尾流。

特斯拉空气动力学对比

空气阻力对比

21英寸Razor轮毂 vs 原厂21英寸涡轮式轮毂

9.9% 整体空气阻力降低
94% 侧向气动阻力减少
30% 轮毂搅动空气量减少

COMING: THE CLAW

我们的第二款设计正在进行测试。这是一款混合材料轮毂,我们充分利用了不同材料的特性。铝合金被精心雕琢成有机的爪形辐条,而碳纤维则用于覆盖大面积表面以提供空气动力学性能。