說到空氣動力學，大家往往都會覺得這是一個很學術很晦澀同時也很高大上的概念。今天，咱就把它給平民化一下子讓大夥兒都能明白空氣動力學到底是咋回事兒。

其實早在20世紀初期，汽車要比剛發明不久的飛機速度還要快，而且還比飛機更早突破了200大關。為啥？都是因為當時賽車的空氣力學設計要比飛機更先進，也就更早的實現了技術下放，在民用領馭裡得到體現。我記得F1紅牛車隊首席設計師Rob Marshal曾經說過，賽車的設計有四要素，分别是：空氣動力效率、機械效率、發動機和賽車手。

其實空氣動力學設計在民用車領域同樣重要，隻是這玩意兒難量化的接觸到大家，所以也就被忽略了。空氣動力學到底對車輛的行駛有何影響呢？不論是在在民用汽車領域還是在賽車領域，空氣動力學設計對于降低風阻、提升車速、節約油耗、減少噪音和增強行駛穩定性等方面都非常重要。

1934年，克萊斯勒發布了世界上第一款流線型汽車，目的就是為了減少了行駛中來自空氣的阻力。但當時消費者的審美意還停留在箱型汽車的年代，所以這款車的銷量慘的不能在慘了，甚至差點導緻克萊斯勒破産，你說這哪說理去。

當一個物體穿過空氣時，會使周圍的空氣發生位移，同時該物體會受到重力和阻力的影響，因此阻力會由固體穿過流質（比如空氣或水）的過程中産生。當物體加速時，其速度和阻力同時增加，速度越快，阻力越大，也就是說車速越快的話車身所面臨的空氣阻力越強，而且是以成倍的速率增長，最終阻力将與重量相等達到一個平衡點，此時物體将無法繼續加速。

咱拿之前Top Gear跑極速的那輛布加迪威龍為例。裡面龜速船長說：“當車輛以250km/h行駛時，隻需270馬力的動力支持。而當車輛從250km/h加速到402km/h則需要約730匹額外馬力來克服空氣阻力”。現在大概有點概念了吧？

我們車在市區等一些低速行駛的環境時，車輛馬力基本都用在了對抗自重和地心引力上，那在高速公路等高速行駛環境下，風阻就是最大的敵人了。說到風阻我們經常會聽到廠商将一個叫做“風阻系數”的數字來作為賣點宣傳，這個數字的含義究竟是什麼呢？這是決定物體能否輕松穿過空氣的最主要因素之一，風阻系數越低說明物體可以更輕易地穿過由空氣組成的那面“牆”，也就是說車輛可以耗費更少的動力來克服空氣所産生的反作用力，達到更節能的效果。

如果我們把空氣想象成薄層的話，當氣流經過車身時保持流線狀态，說明空氣阻力對車身的影響較小。一旦這種流線氣流被打破并與車身輪廓分離便會産生亂流，從而産生空氣阻力。其實最理想的低風阻形狀是類似水滴的圓滑造型，頭部圓滑而尾部尖細。理論上，這種水滴造型的Cd風阻系數隻有0.05。咱常坐的飛機機翼其實就是标準的水滴造型。

為什麼水滴會有如此低的空氣阻力呢？仔細想想，當水滴圓滑的頭部接觸到空氣時，氣流被溫柔的推至兩側并沿着水滴側面流線的造型順滑地流過。尖細的尾部允許氣流在通過後重新彙合而且産生的亂流效果也非常小。但事實上一般的家用車很難做到與水滴形狀相似的樣子，不然這麼簡單的道理車企為啥不讓水滴車滿街走呢？

說到這裡，不少人都會認為風阻系數越低就一定越好，其實不然，這也是我們需要糾正的一個誤區。我們知道，汽車與飛機不同，前者行駛時是在地面上的，也就是通過車輪和地面之間的摩擦力來實現行走。因此除了空氣阻力以外，還有兩個重要的指标需要考慮，那就是升力和下壓力。升力是物體重力的反作用力，能夠在空氣中拉高物體并使之懸浮在空中，飛機就是依靠這個原理。而下壓力與升力正好相反，是将物體盡量壓向地面的作用力，在賽車領域尤為常見。下壓力可以使車輪和車身緊貼地面，保持車輛的行駛穩定性，但也會增加一部分車身的整體空氣阻力。

車輛的行駛阻力通常主要是空氣阻力和滾動阻力，當一輛汽車以80km/h的速度行駛時，約有60%的阻力來自空氣。而當速度攀升至200km/h，空氣阻力幾乎占所有行車阻力的85%。足以可見，車輛克服空氣阻力的必要性。當今量産車的風阻系數一般在0.28至0.40之間，而F1賽車的風阻系數約為0.70至1.1，當然，還得根據不同的賽道特性從而做出不同的調校，有時為了獲得更大的下壓力，甚至可以高達1.3。

而這個所謂的下壓力，就是使車輛能夠緊貼地面的一種力。那問題來了，風阻系數那麼高為啥還能跑得那麼快呢？當然是因為人家車輕啊，加車手一起算的話也就6、700公斤，而且跑得快就一定得空氣阻力小麼，F1空氣動力學的主要作用就是兩個方面：1. 産生下壓力，2. 減小空氣阻力。換句話說，空氣阻力的大小也并非單純的就由風阻系數來決定的！

優秀的空氣動力學設計就要做到對汽車空氣阻力和升力的完美平衡。咱以氣動設計堪稱完美的保時捷911為例，前大燈進風口和後輪罩旁進風口都是空氣動力學設計，可以在疏導氣流的同時對刹車系統。

自動伸縮的前唇護闆，可根據車速自動調節經過車底氣流的走向，還能讓接近角增大防止剮蹭危險。

說完了空氣動力學以及它的具體作用之後，咱們再來簡單聊聊，如何把它運用到汽車研發上。沒錯，就是采用電腦軟件模拟，也就是一個叫做Computational Fluid Dynamics（簡稱CFD）軟件。這是最高效、最經濟的一種方法，這也是很多車輛再進入風洞前所需要做的一項工作。

F1賽車在CFD中進行模拟

而之後，則是實際測試的一種方法了，将車輛的外觀套件或者整車模型送進風洞實驗室，讓它們吹吹風。最後呢，就是之前文章提到的一種形式，也是特别有意思的一種，那就是在車身表面噴上一層熒光液體，然後讓圈養的車手把車開出去按一定的規律來跑。待車輛返回後，工程師再根據車身液體的紋路和分布情況做出判斷。

工程師通過這些液體在車身各部件上面的分布情況，從而能夠對該車的空氣動力學進行一定的認知。需要重點說一下的是，在研究車輛的空氣動力學時，工程師不僅會研究車體表面的空氣流通情況，同時還需考慮車底氣流的通過狀況。簡單的說，越規整的車底，其車底的空氣阻力和升力也會越小。這也就是為什麼大家看到很多賽車和豪華車的車底都是一整塊平面，否則可能會造成翻車等事故，當然這也能起到一定的保護作用。

除此之外包括氣流的噪聲，車身外表面的清潔，各種覆蓋件的震動，甚至還有雨刷性能都會受到空氣氣流的影響。

從圖中可以看出來兩廂車的車頂氣流在流動到後車窗時突然下降，形成較大的渦流，使後車窗玻璃更容易蒙上塵土，所以兩廂車的後車窗需要更頻繁地使用雨刷。因此，了解空氣對車輛的影響是十分必要的。

快速奔跑讓我們感到空氣這雙無形的手竟然有阻礙我們前進的力量，汽車高速行駛中，這雙無形的手阻礙車輛前進的同時，還會令其消耗不必要的燃油。因此，許多工程人員耗盡畢生心血在與這份看不見的手“争鬥”。人類對于車輛空氣動力學的探索過程也從對其無知的狀态變為主動利用空氣動力學，改變線條、增加導流闆等等手段讓人們從想盡辦法克服阻力逐漸演變成超級跑車們開始“借助”空氣阻力令其更穩。這就是設計的演化，這就是曆史。

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