[爱卡汽车 汽车视觉 原创]

　　今天我们要说的汽车设计看不见摸不着，却无处不在，它就是空气。转化到汽车上就是汽车空气动力学。在这一个多世纪的汽车发展史中，它让汽车的外形发生了意想不到的转变。本期文章，我们就来了解一下空气动力学在汽车设计中的应用。这是一个经常被人们忽略，但却在能耗控制中扮演着重要的角色。

说到汽车空气动力学，大家往往都会觉得这是一个很学术、很深奥的概念。小伙伴们不要惊慌，下面我们就简单地为大家介绍一下这门看似高深，却又和我们日常用车形影不离的学问。

　　关于空气动力学，学术界给出的定义是这样的：“它是力学的一个分支，研究飞行器或其他物体同空气或其他气体在相对运动情况下的受力特性、气体的流动规律与之伴随发生的物理化学变化。”简单来说，就是物体在运动时与空气接触而产生的各种力，这其中有些力是“好力”，但有些力就是“坏力”啦，它会阻碍物体的运动，也就是我们常说的“空气阻力”。

汽车空气动力学是空气动力学的一个分支，主要是研究汽车与周围空气在相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律。（高考不考，无需掌握，知道就好。）

汽车空气阻力的计算公式

空气动力学其实并不像想象中那么复杂，它不是课本中枯燥乏味的数据与公式，而是我们生活中随时随地都可以体会到的现象，比如我们跑步时，迎面吹来的风就会影响我们前行的速度。

　　空气动力学设计对车辆行驶到底有什么影响？

　　看到这里不禁有人发问“空气动力学设计对车辆行驶到底有什么影响？”别着急，知识点这就来了，不论是民用汽车还是赛车，车辆的行驶阻力主要来自空气阻力和滚动阻力（就是车轮与地面接触产生的摩擦力）。而空气动力学设计对于降低风阻、提升车速、节约油耗、减少噪音和增强行驶稳定性等方面都非常重要。

让我来举个例子，当汽车以80km/h的车速行驶时，约有60%的阻力来自空气。而当车速攀升至200km/h，空气阻力几乎占所有行车阻力的85%。足以可见，空气动力学设计对车辆有着巨大的影响。

　　风阻系数又是何方神圣？

　　目前我们了解一款车的空气动力性能的途径，主要来自厂商提供的车身风阻系数值。这个数据基本能反映出车身受空气阻力的情况，而风阻系数又是何方神圣？其实风阻系数（coefficient of drag，简称Cd）又称空气阻力系数，就是衡量空气阻力大小的一个数值而已，两者成正比！你也可以简单理解为，一辆车风阻系数越大，行驶时受到的阻力也就越大。

在全球量产车的风阻系数排名中奔驰CLA凭借0.22的风阻系数排名第一，随后依次为2016奥迪A4和奔驰新E级（风阻系数0.23），以及特斯拉 Model S（风阻系数0.24）。

　　怎样测试？

　　明白了什么是汽车空气动力学，以及它的具体作用之后，想必很多人对如何测试车辆的风阻系数感兴趣，那么我们就简单看看测试这些事儿。首当其冲的便是“风洞实验”，顾名思义风洞就是个洞，但这是一个可以随时制造风速的洞。

风洞实验可以准确测试出车身周围的流场（某一时刻气流运动的空间分布）。

在风洞实验中，并不是直接用实车进行测试，而是先用小模型测试，这样不仅可以节省制作费用，还便于在发现问题后及时进行修改。

　　随着技术的发展，以及大众审美的变迁，汽车的外形设计经历了数个迭代。而这其中，汽车设计师对于风阻系数也达到了极致的追求。那么，车辆上主要有哪些设计是符合空气动力学的呢？接下来，咱们就来说一说汽车上那些有利于降低风阻、节约油耗、增强行驶稳定性的设计吧。

现代轿车为了减少空气阻力就必须要降低风阻系数。从50年代到70年代初，轿车的风阻系数维持在0.4至0.6之间。现在轿车的风阻系数一般在0.28至0.4之间。

　　流线型车身造型

　　流线型车身被认为是目前最佳的外观造型设计，近几年来，大部分汽车外观造型也都遵循这一规律。在设计时，尽可能保证了车身曲线的连续性，巧妙地运用曲线的特性，在符合美学要求的前提下进行汽车的空气动力学设计。

为了降低风阻，现代轿车的外形一般用圆滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线。比如侧窗与车身齐平、车底用平整的盖板盖住等，这些都是符合空气动力学的设计，并有利于降低风阻。

法拉利F430就完全遵循了这一设计理念，车头尖而扁，减小了前端正向阻力；车身无棱角圆滑过渡，使气流能够较为顺畅地流动；车尾向内收缩，减小尾部气流的影响区域，使整车的气动特性更好。

除了以上这些显而易见的设计，在车身造型中还有一些不太容易被发现的空气动力学设计，比如天窗在打开时，会抬起一个像图中这样的小装置，它起到了在天窗开启时引导气流、减小风噪的作用。

除了车身表面以外，隐藏式车灯、门把手、后视镜以及封闭式轮圈等细节方面的设计都有利于降低风阻，提高空气动力学性能。

　　空气动力学套件力

　　细心的读者恐怕会发现，在介绍到某一款高性能车型时，最容易出现的字眼就是“空气动力学套件”。其中最常见的就是发动机盖导流槽、翼子板导流板、前后下包围、侧裙板等这些设计，它们能简单有效地引导气流，减小空气阻力。

发动机盖导流槽、翼子板导流板、前后下包围、侧裙板等这些设计，能够改善汽车局部气流状态，以达到减小空气阻力的效果。

　　尾翼（后扰流板）

　　我们见到的尾翼可谓五花八门、千奇百怪。不过它们却有着相同的特点：表面狭窄、水平面离开车身安装。不过现在很多运动车型甚至家用轿车也广泛采用了尾翼的设计，不过大部分民用车上的尾翼仅仅起到装饰作用，低速情况下大尾翼不但不会提供任何下压力还会增加车辆的负担。

汽车尾翼的外形很像倒置的机翼，其主要作用是使流经尾翼下端的气流的速度比流经尾翼上端的快，从而增加下压力。

最经典的尾翼要属保时捷911 Turbo车身上出现的鲸鱼尾式尾翼，赤红色的车身以及鲸鱼尾式尾翼几乎成为了80年代末保时捷911的代名词。

　　尾部扩散器

　　扩散器一般位于车辆的尾部，它的主要作用是可以从车的下方抽走空气，疏导汽车尾部的气流，并且制造一定的下压力。

要想扩散器发挥出最大的效能，就要合理引导气流进入车头，配合平整的底盘以及适当的离地间隙，最终将气流引导至扩散器来加速气流流动。

　　说了这么多，其实汽车上各种符合空气动力学的设计并不是与生俱来的，我们今天所拥有的具有良好空气动力学特性的汽车，也是经历了许多坎坷和崎岖的，下面就来了解并顺便致敬一下汽车设计师和工程师们吧。

1886年1月29日是个被历史铭记的日子，在这天世界上第一辆汽车“奔驰一号”诞生，从图中我们可以看到，它的车轮数量都与我们今天常见的汽车不一样，就更别说任何空气动力学设计了。

在1908年福特T型车诞生时，马车车厢造型的外观设计更注重美观与如何降低制造成本，并没有空气动力学的考量。也由于它的最高时速不过70km/h，所以空气阻力还不算是一个重要的能耗参数。

　　随着汽车工业技术的不断提高，汽车的速度也越来越快，人们开始意识到车辆在高速前进时，空气这个无形的物体会阻碍车辆前进的速度。经过一段时间的发展后，工程师们发现流线型车身能够降低风阻，于是各种千奇百怪的流线造型呈现在世人面前。

1899年比利时人卡米勒·詹那兹（Camille·Jenatzy）设计出“炮弹型”汽车，是最早按空气动力学设计的汽车，其车身长宽比为4：1。它的最高时速超过105km/h，更值得一提的是，这是一辆电动车。

1914年阿尔法·罗密欧的前身Castagna汽车公司为Count Ricotti公司设计了图中这款车型，但由于较重的车身，导致其流线型车身没有起到提高车速的作用，并且也存在车内空间利用率低的问题。

1921年奥地利设计师Edmund Rumpler设计的Tropfenwagen，让空气动力学真正得到了突破。它的造型采用了船型车身，轮圈方面也出现了无辐式轮圈，这款车的风阻系数仅为0.28。

　　以上这些车型虽然已经有了空气动力学设计的雏形，但实用价值并不高，真正得到跨越式转机的是在20世纪20年代以后，奥地利设计师汉斯·鲁德维卡（Hans·Ledwinka）是那个时代最具影响力的设计师。1921年他在捷克Tatra公司担任首席设计师，他为Tatra设计了一系列的流线型车型。

直到1933年，在捷克斯洛伐克Tatra 77诞生，它是世界上第一辆根据空气动力学设计的量产车，它的外观为之后半个世纪的汽车造型设计奠定了基础。

Tatra 77招摇的尾鳍设计充满科幻味道，像是从未来穿越而来。它的最高时速可达140km/h，它的1：5模型的风阻系数实现了0.2455的历史记录。

后来改进版本的Tatra 77A的风阻系数甚至达到了0.212，超过当今绝大多数的量产汽车。但由于记录不详，这个数值究竟是实车的水平，还是模型的水平，目前已不得而知。

　　1931年，德国科隆与波恩之间建成了世界上第一条高速公路，它的诞生也促使汽车更加快速，于是这也督促着车企更加关注空气动力学设计。

1934年克莱斯勒推出了“Airflow”车型，它拥有宽大的流线型车身，克莱斯勒甚至还对该车型进行了风洞实验，以减小空气阻力。这是世界上第一辆借助风洞、采用空气动力学原理设计的量产车。

上世纪80年代，第一台风阻系数达到0.3的量产车诞生了，它就是奥迪100。当然，优化空气动力学的研究还在继续，近年来汽车的风阻系数已经控制在0.28至0.4之间。至于未来，我们拭目以待。

　　编辑点评：从无知到无畏，从走入误区到步入正轨，如今空气动力学已经不是航空航天领域的专利，而是现代汽车工业设计的重要考量标准。当然，今天说的只是汽车空气动力学的冰山一角，在将来的日子里，爱卡还会陆续为大家解开空气动力学的神秘面纱，敬请期待。