基本介紹
- 中文名：流線型
- 外文名：streamline
- 屬性：物體的一種外部形狀
- 套用方面：汽車、飛機、船等交通工具的設計
- 作用：減小阻力，提升速度
基本介紹,設計方面套用,藝術價值,
基本介紹
流線型(streamline)是表面處氣流沒有明顯分離的物體形狀。流線型物體相對氣流運動時，所受氣流阻力最小。近代小轎車車型都設計為流線型，其迎風橫截面積儘量小，車燈、後視鏡、門把手以及車窗等裝置與車身渾然一體。 流線型汽車在氣流中的阻力可降低到一般車型的60%，效果最好的是低矮型的賽車，其阻力可降低到普通汽車的27%。
流線型物體降低氣流阻力的力學原理是： 物體在空氣中運動時所遇到的阻力可粗略分為摩擦阻力、壓差阻力和誘導阻力。前兩種阻力與物體的外形及相對空氣運動的方式有關，第三種阻力則由升力產生。對於汽車的運動，以前兩種阻力為主。由於空氣具有粘滯性，貼附在物體表面的一層空氣相對物體靜止，稱為附面層。與附面層緊鄰的一層空氣受到粘滯作用而被物體牽動，反過來通過附面層對物體施以反作用，此反作用力與物體運動速度方向相反， 稱為摩擦阻力，其大小與物體相對空氣速度的平方及表面積成正比。壓差阻力由氣流的壓力形成，它與物體表面氣流的情況有關。根據伯努利原理，物體表面的氣流壓強與氣流速度有關。如圖1所示，在小轎車的正前方，氣流速度最小，壓強最大；後面氣流速度逐漸加大，壓強逐漸減小，直到壓強變為零，甚至出現負值；再往後，氣流速度又逐漸減小，使壓強回升。如果汽車外型設計適宜，使表面層氣流能貼著汽車表面流向後方，流速隨之降低，壓強隨之加大的結 果，有可能使汽車後半段所受氣流向前壓力抵銷前半段所受氣流向後壓力，使壓差阻力幾乎降低為零。事實上表面層氣流並不完全貼著汽車表面流向後方，表面層氣流與物體的分離將使壓差阻力加大。分離的氣流速度不再降低， 壓強也不再升高，分離得越早，壓差阻力越大。 流線型汽車的表面氣流無明顯分離，故壓差阻力最小。
圖1採用流線型汽車可節省大量燃油。汽車在行駛中大部分燃油用於克服各種阻力。對四座位小轎車進行風洞試驗的結果表明，用於正常行駛的汽油只占總耗油量的31%，其餘均用於克服空氣的各種阻力。改變這種狀況有兩種途徑：一是改進汽車的機器結構，以減少內部摩擦與熱量損失；二是減少汽車行駛時的空氣阻力。目前普遍認為前者困難較大，經濟上也不合算，而採用流線型的外型則比較容易，收益也較大。
設計方面套用
流線型，或適合於快速流動的形狀，不管是對於船、潛水艇，還是對於飛機，都很重要。一種設計糟糕的船隻，如方形的駁船，在行駛時會激起巨大的水波，增大行駛阻力。這些激起的水波被稱為渦流。流線型的設計能夠避免這些渦流的出現。
如類似潛水艇那樣的流線型的船隻划過水面時，它會將水向兩邊推開。水流在經過流線型的船隻後，又合攏恢復成原樣，不會另起波瀾。流線型前圓後尖——就像一艘潛水艇。科學家給水加上一種顏色，以便觀察水流在流過不同形狀的物體時會產生怎樣的變化。這一道墨水條會勻速行進，直至它碰到物體才會改變形態。然後墨水條能夠預示水流撞擊物體後的形態以及渦流產生的大小。
鯊魚身體有很好的流線型形狀。也就是說，它們能夠不費吹灰之力，輕鬆自如地在大海里暢遊。鯊魚圓滑的體形幾乎不會引起水體的波動，因此它的獵物通常都是在一片驚愕中被捕殺掉。它們流暢的體形能夠讓鯊魚想要啟動加速的時候，在水中飛速行進——所以當許多潛水員發現它們游弋在周圍時想要逃跑卻已經太遲了!
圖2藝術價值
“流線型”的起源可以追溯到19世紀對自然生命的研究，以及對於魚、鳥等有機形態的效能的欣賞。後來這些觀念被成功套用到了潛艇和飛艇的設計上，以減少阻力。到1900年“淚滴”狀已作為最小阻力形狀而被接受，並在第一次大戰前後用於小汽車的外形設計上。1921年一位在德國齊柏林工廠工作的匈牙利工程師保羅·加雷(Paul Jaray)開始在風洞中試驗“流線型”汽車模型的空氣動力學特性，他所試驗的形式對於兩次大戰之間歐洲的汽車設計產生了深遠影響，從增加速度和改善穩定性兩個方面為“流線型”提供了科學的解釋。“流線型”原是空氣動力學名詞，用來描述表面圓滑、線條流暢的物體形狀，這種形狀能減少物體在高速運動時的風阻。但在工業設計中，它卻成了一種象徵速度和時代精神的造型語言，從而廣為流傳，它不但發展成了一種時尚的汽車美學，而且還滲入到家用產品的領域中，影響了從電熨斗、烤麵包機到電冰櫃等的外觀設計，並成為20世紀30～40年代最為流行的產品風格。美國20世紀30年代的經濟危機是促使“流線型”這一新設計風格形成的重要因素之一。這種風格與當時的時代氣氛、技術發展水平是很適應的。
任何有關流行風格的討論都不可避免地要涉及產品的商業化以及它們和消費者之間在心理學上的聯繫。早期的現代主義無視工業資本主義以市場為主導的消費特點，片面強調批量生產的民主理想和產品的實用價值。在最具商業氣息的環境中產生的美國“流線型”風格正是給現代主義的清高的巨大衝擊。“流線型”在實質上是一種外在的“樣式設計”，它反映了兩次世界大戰之間美國人對設計的態度，即把產品的外觀造型作為促進銷售的重要手段。為了達到這個目標，就必須尋找一種迎合大眾趣味的風格， “流線型”由此應運而生。大蕭條期間產生的激烈的商業競爭，又把“流線型”風格推向高潮，它的魅力首先在於它是一種走向未來的標誌，這給20世紀30年代大蕭條中的人民帶來了一種希望和解脫。在藝術上， “流線型”與未來主義和象徵主義一脈相承，它用象徵的表現手法讚頌了“速度”之類體現工業時代精神的概念。正是在這個意義上， “流線型”是一種不折不扣的現代風格。
除此之外， “流線型”的流行也有技術和材料上的原因。20世紀30年代，塑膠和金屬模壓成型方法得到廣泛套用，並由於較大的曲率半徑有利於脫模或成型，這就確定了設計特徵，無論是冰櫃還是汽車的設計都會受其影響。 “流線型”與藝術裝飾風格不同，它的起源不是藝術運動，而是空氣動力學試驗。有些“流線型”設計。如汽車、火車、飛機、輪船等交通工具是有一定科學基礎的。但在富於想像力的美國設計師手中，不少“流線型”設計完全是由於它的象徵意義，而無功能上的含義。例如1936年由赫勒爾設計的訂書機就是一個典型的例子，它號稱是“世界上最美的訂書機”(見圖3)。這是一件純形式和純手法主義的產品設計，完全沒有反映其機械功能。其外形頗似一隻蚌殼。圓滑的殼體罩住了整個機械部分，只能通過按鍵來進行操作。這裡，表示速度的形式被用到了靜止的物體上，體現了它作為現代化符號的強大象徵作用。在很多情況下，即使“流線型”不表現產品的功能。它也不一定會損害產品的功能，因而流線型變得極為時髦。
圖3 1936年由赫勒爾設計的訂書機
圖4 雷蒙德·羅維