很多人第一次聽到空氣動力學這個詞時，或許會比較頭痛，感覺進入到了一個玄之又玄的領域。畢竟在大家印象中，空氣動力學大多與飛行器有關，比如飛機、火箭、戰(zhàn)斗機等等。但其實，空氣動力學其實距離我們?nèi)粘Ｉ詈芙?

從字面理解，空氣動力學解決的就是如何讓物體在空氣中保持更高效運動的科學。因此，一切需要運動的物體，就比如，跑步中的人、騎行中的自行車，甚至是行駛中的高鐵、汽車等，想要保持更快速、更省力、更節(jié)能的運動，都與空氣動力學息息相關。 

當然，雖然空氣動力學對汽車領域非常重要，但在汽車百年多發(fā)展歷史中車企真正開始研究空氣動力學的歷史并不是特別長。我們都知道早期的汽車造型都非常方正，沒有任何流線型的設計概念，而一直到20世紀中葉以后，車企才開始重視起汽車空氣動力學的設計，而在汽車空氣動力學中需要解決的兩個問題就是風阻和升力。

車企為何愛吹噓“風阻系數(shù)”

在力學中，空氣動力學其實是流體力學的一個分支，空氣也被認為是流體的一種。而我們都知道，流體密度越大，對任何通過它的物體形成的阻力就越大，汽車在高速行駛中所遇到的最大阻力就是“風阻”。風阻形成了一個平行于車輛行駛平面的力，阻礙汽車運動，而且這個阻力也會隨著車速變快而變大，風阻變大也意味著油耗越高、車輛最高車速也降低得越多（發(fā)動機功率輸出保持恒定的情況下）。

同時一輛車想要保持更高時速，那背后所需要解決的技術難題也成幾何數(shù)增長，這也是為什么當布加迪Chiron創(chuàng)下490km/h時速記錄時，會引起那么大關注的重要原因。當然，如果你無法理解，那么以F1賽車為例會更容易想象背后的難度。為了取得更好成績，克服技術難題，每年奔馳、法拉利、紅牛等F1車隊都要投入5億歐元的研發(fā)費用，最終或許只為了每一圈比對手快個幾秒鐘。

早期的汽車由于發(fā)動機功率有限，因此能夠達到的極速也不高，所面對的風阻也不大，這也導致當時整個汽車工業(yè)對空氣動力學以及汽車造型優(yōu)化并不是特別重視，所以早期的汽車一般都比較方正，一副“傻大個”的樣子。

但隨著20世紀中葉以后，發(fā)動機技術的快速發(fā)展，汽車時速越來越高，但伴隨而來的就是風阻的幾何數(shù)增大，在影響性能的同時能耗也越高。為此，車企開始逐漸研究起空氣動力學，也引進了各種流線型設計（迎風面投影面積越大受到的風阻越大），甚至運用于航天航空領域的風洞試驗也逐漸運用到汽車領域。

據(jù)資料顯示，20世紀20年代普通轎車的風阻系數(shù)只有0.8Cd，而到30-40年代被優(yōu)化到0.6Cd，50-60年代進一步下降到0.45Cd左右。而隨著車企對空氣動力學愈發(fā)重視，到上世紀80年代，第一臺風阻系數(shù)達到0.3Cd的量產(chǎn)車——奧迪100誕生了。時至今日，空氣動力學已經(jīng)成為了高性能汽車工業(yè)中最廣泛的研發(fā)領域之一，也誕生了大量只有0.23Cd左右的產(chǎn)品，如寶馬新3系。

所以，近幾年我們可以看到很多車企在宣傳時喜歡將低風阻系數(shù)作為宣傳點，這不難理解，因為想要獲得出色的風阻系數(shù)表現(xiàn)，背后付出的代價的確非常大，而且低風阻系數(shù)也的確對性能和燃油經(jīng)濟性的提升大有幫助——雖然提升的幅度遠沒有發(fā)動機技術帶來的提升那么大。

跑車那么快為啥沒“起飛“

然而，汽車特別是高性能車行駛過程中，需要解決的難題并非只有風阻，還有升力。我們都知道汽車是由四個輪子支撐起來的，而底盤與地面之間也會有不小的距離，同時為了解決空氣阻力的問題，車身特別是汽車上表面會采用更符合空氣動力學的設計，因此當汽車高速運動時，就因為伯努利原理不可避免形成一個向上的升力。

在流體力學中，伯努利原理可以簡單理解為：速度小，壓強就大；如果速度大，壓強就小。如果無法理解，可以以汽車舉例，汽車一定車速行駛時，氣流會分別從車頂和車底（汽車兩側由于對稱，這里不再考慮）流過，由于車底相對平整，因此氣流直接就通過了，速度相對更快；而車頂由于設計的原因有各種弧度，因此氣流流經(jīng)車頂?shù)臅r間更長，速度相對車底更慢。

運用伯努利原理可以知道，車底壓強比車頂更大，因此會施加一個向上的力，這就是升力，而且這個升力是與速度的平方成正比。而之所以很多人開車時會覺得車輛有點飄，就是因為升力過大，汽車本身質量又過輕導致的。

而高性能車或跑車由于車速更快，再加上輕量化設計，因此升力影響會更大。為此我們就可以看到大多數(shù)性能車和跑車都會增加很多設計來給汽車增加額外的下壓力（也叫負壓力），最常見的設計有尾翼、擴散器等等，也有一些跑車會設計復雜的S-Duck風道，比如法拉利488 Pista、F8 Tributo等。

有趣的是，尾翼其實也運用了伯努利原理，而且正好與飛機的機翼產(chǎn)生升力相反——下壓力或升力是通過機翼上下表面間的氣流壓強差來實現(xiàn)的。

當然，下壓力的設計也是極為復雜的，因為如果尾部下壓力過大，而前部下壓力不足，那么車輛在轉彎時容易轉向不足；如果前部下壓力過大而后部下壓力不足，在過彎時又會出現(xiàn)轉向過度的情況。還有許多其他因素會影響平衡和操控，例如懸架的剛度（搖桿/減震器）、重量分布……也就是說，空氣動力學和其他機械系統(tǒng)必須作為一個整體來工作，以提供良好的前/后抓地力分配。

高下壓力還有一個好處，那就是它可以提高轉彎速度，提高高速急剎車時的穩(wěn)定性，并通過為輪胎提供更大的牽引力，從而在加速時幫助“降低動力”，從而產(chǎn)生更大的縱向力加速。最重要的方面是獲得最佳的前/后下壓力平衡，以實現(xiàn)更好的操控。

汽車設計是一項非常復雜的學問，很多人一直以為一款好車只要發(fā)動機、變速箱和底盤好就行了，但其實這是遠遠不夠的。對于一款高性能車或跑車而言，符合空氣動力學的車身造型設計其實對車輛性能和操控的影響，遠比大家想象的重要得多。

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