王啸辰

资深编辑

08/10

铸剑为犁之轻量化材料 只为更轻更快更安全原创

作为技术集成度最高的民用产品(可能没有之一),如今的汽车早已不再是单纯的机械。与100多年前刚刚诞生的汽车相比,如今越来越多的新技术、新材料应用,让我们的用车体验愈发愉悦惬意。在众多逐渐普及的汽车技术中,有很大比例来自于军事领域。与民用技术的研发不同,军事技术的发展更为“不计成本”,因此其技术往往更为前瞻。本期《铸剑为犁》系列选题,我们就来聊聊源自军事领域的汽车技术之一:轻量化材料。


上期回顾:《铸剑为犁之车载HUD系统 从鸡肋到实用的转变


今天我们讨论的轻量化话题适用面非常广泛,注重健康的人会努力减肥,而汽车也需要尽可能降低整备质量。对于前者,保持正常体重不仅看上去美观,同时也有利于身体健康。对于汽车的减重好处同样很多,并且是目前车厂的主流趋势。

汽车为什么要减重?

在了解源自军事领域的轻量化材料之前,我们先要知道轻量化的好处。如今的汽车尺寸越做越大,同时各种配置也越发丰富,这些都会增加汽车的整备质量,重量增加了自然会影响到动力、操控以及制动性能,同时油耗表现也会非常“感人”。

反之,在动力等客观性能不变的情况下降低车重,就可以得到更好的加速、制动以及油耗表现,同时操控能力也会更为出色。可以说,轻量化实际上也是一种提升车辆性能的改装途径,毕竟“江湖”也流传着“一轻治百病”的原则。

此外,轻量化对提高车辆的安全性也至关重要。在遇到碰撞事故时,整备质量越轻就意味着动能越小,撞击所产生的能量也相对更低。因此在同等强度下,更轻的车身理论上损伤程度也会降低,同时也能减少对其它车辆产生的伤害。

汽车减重等于减配吗?

首先需要明确的是,面对激烈的市场竞争和安全、环保法规要求,要实现汽车减重并非易事。工程师不能为了偷轻就减少结构用料,因为这样会导致车辆强度降低;工程师也不能去掉功能配置组件,因为那样汽车就失去了竞争优势;当然工程师也不能把车造的太小,因为“加长”才能迎合主流市场需求。

那么问题来了,在这些条条框框的制约下如何实现轻量化呢?我们需要从优化结构和轻量化材料两个方向入手解决。

通过优化车身结构,可以在保证强度的前提下提高材料的利用率,减少不必要的材料堆砌。随着计算机技术的发展,工程师可以通过模拟软件“轻松”获取这些数据,从而设计出最优化的结构。

通过优化结构来实现减重毕竟效果有限,因此工程师还绞尽脑汁去寻找更多新型材料来帮助减重,这就是我们常说的轻量化材料。从早期的木质结构,到后来出现的钢材,再到今天逐渐普及的复合材料等等,制造汽车的材料都在朝着更轻更坚固的方向发展。不过在这一切的背后,少不了军事装备发展的贡献。

只为飞的更高更快 轻量化材料与军用飞机的不解之缘

与不计成本的军用飞机研发不同,汽车是一种盈利商品,因此不可能无限度的采用昂贵的材料打造。所以当一种合适的材料大规模量产之前,就需要军用技术来“试水”。与汽车的轻量化趋势一样,军用飞机对于整备质量也十分敏感。

在20世纪30年代,金属结构的军用飞机开始逐渐成为主流,而同时期的汽车还以木质结构为主。与木质结构相比,金属结构拥有更出色的刚性和加工性能,可以帮助飞机承受更大的压力。

20世纪50年代之后,军用飞机开始跨入超音速时代。在超音速飞行状态下,由于气动摩擦等原因会导致机体温度升高,传统钢材会因此产生强度降低和形变,因此钢材结构已经无法满足当时飞机性能要求。在这样的背景下,强度更高且重量更轻的合金材料开始得到应用,例如合成金属以及复合材料等等。

随着合金材料和新工艺的成熟,汽车厂商也开始尝试原本仅应用在航空领域的合金材质。例如铝合金就是一种成功引入民用汽车制造的新材料,“全铝车身”作为一种宣传手段,开始被公众所熟知。

新材料和新工艺实际上是相辅相成的关系,随着彼此的发展而不断进步改进。不可否认,包括铝合金在内的许多新型材料逐渐商用化,民用汽车在轻量化的道路上越走越顺。当然,技术的进步肯定不会到此为止。

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第二页:汽车材料的未来可能是“塑料”
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