汽車行業目前已有一種共識，具有良好空氣動力學性能的汽車，加速性能更好、行駛穩定性更強、燃油經濟性更佳。隨著節能環保汽車的呼聲愈強，汽車空氣動力學性能相比以往任何時候，都更被車企所重視。本期作者將帶你走近汽車空氣動力學。

引言

如果一輛汽車以105公里/小時的速度駛向墻壁，將會發生什么？

可以想象：汽車車架會斷裂，玻璃會破碎，當然，安全氣囊也會彈出試圖保護司機和乘客，但即使現代汽車在安全方面已有著巨大進步，這樣的撞車也將會是一次嚴重的事故。因為汽車根本不可能通過任何改良設計而順利穿過一面磚墻。

但是大自然中卻存在著另外一種“墻”，汽車通過改良設計就可以順利從中穿過，這就是“空氣墻”——當汽車高速行駛時遇到的“墻”。

也許大多數人并不認可這種說法，空氣或者風怎么能算一堵墻呢。

汽車低速行駛或風不大時，我們總是很難注意到空氣與車輛的相互作用；但是高速行駛或異常大風時，空氣阻力（空氣對運動物體的作用力）對汽車的加速性能、行駛穩定性和燃油經濟性都有巨大的影響。

空氣動力學是力學的一個分支，主要研究物體與氣體相對運動時的受力特性、氣體流動規律以及伴隨發生的物理化學變化。空氣動力學在航空、航天、汽車領域都有廣泛的應用。

近幾十年來，汽車設計不同程度的考慮了空氣動力學，汽車制造商們也進行了各種各樣的創新設計，試圖使“空氣墻”更容易被穿過。

在了解空氣動力學如何應用于汽車行業之前，先了解一下“風阻系數（Cd）”。

風阻系數（Cd）

風阻系數（Cd）是衡量汽車空氣阻力的數值。

汽車以110公里/小時的車速行駛時，空氣對汽車的阻力比60公里/小時車速行駛時多出四倍。通常使用風阻系數來衡量汽車的空氣動力學能力。簡單來講，風阻系數越低，汽車的空氣動力學相對更佳，也更容易通過“空氣墻”。

一起來看幾個阻力系數值。

記得上世紀70和80年代方方正正的Volvo汽車嗎，比起Volvo960轎車0.36的阻力系數，而較新的Volvo汽車比如S80轎車就可以達到了0.28的阻力系數。

這是為什么呢？

我們來看看大自然中空氣動力學性能最佳的物體——水滴。水滴各個面都是均勻光滑的，并且從底部到頂部逐漸變細。當其墜落到地面的過程中，空氣流動順暢。汽車也一樣—光滑圓潤的車身使得空氣流過車身表面時的“推力”大大減小。

如今大多數的轎車達到了約0.30的阻力系數。SUV由于容量比較大，能容納更多的人，而且通常需要更大的進氣格柵以提升發動機冷卻性能，所以阻力系數通常為0.30-0.40或者更高。皮卡，出于用途而特意設計為方方正正的形狀，阻力系數通常為0.40及以上。

那么阻力系數和燃油經濟性又有什么關系呢？簡單直白的講，阻力系數每降低0.01，就可以增加0.09公里/升的燃油經濟性。

汽車氣動設計史

最早的汽車設計并沒有考慮空氣動力學。

那時候汽車的外形——看起來更像一個沒有馬的馬車，對它的描述只有一個字——“方”。當然早期的汽車也不需要考慮空氣動力學，因為它們的車速相對較慢。

然而，在20世紀早期，一些賽車便開始融入了尖形頭部和其他一些流線型設計元素。

1921年，德國發明家Edmund Rumpler基于自然界中最具空氣動力學的形狀——水滴創造了Rumpler-Tropfenauto，它的Cd值只有0.27，但它過于獨特的外觀從未吸引到公眾，大約只生產了100輛左右。

在美國，對汽車進行空氣動力學設計的最大飛躍就是20世紀30年代的Chrysler Airflow。它的靈感來自飛行的鳥類，Airflow是業界公認的首款空氣動力學設計汽車。雖然它使用了一些獨特設計，并且具有近50-50重量分布（前后軸相等的重量分布以提升操控性能），但當時蕭條的市場并不欣賞它獨特的外觀。Airflow的看似“失敗”恰恰是因為它的流線型設計遠遠領先于它誕生的時代。

20世紀50年代和60年代，汽車空氣動力學的最大進步來自賽車。起初工程師嘗試通過流線型設計以幫助賽車更好的處理高速行駛。隨后便慢慢演變成一門非常精確的科學來設計制造最具空氣動力學性能的賽車。前后擾流器以及氣動套件等變得越來越普遍，以保持空氣順暢流過汽車頂部，并在前輪和后輪上產生必要的下壓力。

同時期的Lotus，Citro?n和Porsche等公司開發了一些非常具有代表性的流線型設計車型，但這些設計主要應用于高性能跑車，而不是乘用車。 直到20世紀80年代，Audi 100轎車問世，才實現了0.3的Cd值，這在當時引起了轟動。

如今空氣動力學設計已成為汽車行業共識，幾乎所有的汽車品牌都期望通過各種設計以提升空氣動力學性能。

那么又是什么促成了這一變化？答案是：風洞。

風洞

為了實時測量汽車空氣動力學性能，汽車工程師們借鑒了航空行業中用到的空氣動力學工具——風洞。

實際上，風洞是一個巨大的流道，通過風機在其內部產生氣流。風洞的測試對象可能是一輛汽車，一架飛機，或其他任何工程師需要測量空氣阻力的物體。 在風洞背后的操作室內，工程師研究氣流的流動方式，以及它和物體的作用方式。

風洞內的汽車并不移動，但風機可以通過產生不同速度的氣流以模擬實際行駛條件。有時甚至不會使用真正的汽車，僅使用精確比例的汽車模型來測量風阻，而后通過計算機來計算阻力系數（Cd）。

風洞其實并不是什么新鮮事物。18世紀末期已開始嘗試使用風洞進行飛機氣流的測試。第二次世界大戰以后，為了體現競爭優勢，賽車工程師們開始使用風洞來評估一些空氣動力學設計附件的有效性，隨后這些技術逐漸轉為轎車和卡車所用。

氣動附件

談到汽車空氣動力學并不僅僅指阻力，還有升力和下壓力等。由于汽車車身上部和下部氣流的流速不同，使車身上部和下部形成壓力差，從而產生升力。下壓力則與升力相反，將作用于汽車使其垂直壓向地面。

你可能會認為F1賽車的阻力系數會很低 ，畢竟它的速度如此驚人。然而事實上并不是這樣，一輛典型的F1賽車的Cd值約為0.70。

當F1賽車以320公里/小時以上的速度飛馳時，按照物理學推算它將像飛機一樣起飛。然而并沒有，這正是下壓力給它的“安全感”使它牢牢的貼著地面，否則這將是一次毀滅性的災難。

F1賽車通過使用安裝在車輛前部和后部的擾流板來實現下壓力。這些下壓力提高了賽車轉彎速度，但必須與升力平衡，以滿足賽車的直線行駛速度。

如今在一些轎車上也會看到擾流板或尾翼，這些附件果真提升了汽車的空氣動力學性能嗎？在某些情況下，它的確可以增加汽車的高速行駛穩定性。比如最初的Audi TT在后行李箱上沒有擾流板，但是Audi發現其流線型車身產生了太多的升力，并且可能是造成事故發生的因素之一，因此在新款TT的車身上增加了擾流板。

然而，在大多數情況下，在普通汽車的后背安裝一個大擾流板并不會對性能、速度或操控穩定性等有幫助，反而在某些情況下會造成轉向不足。