空气动力对汽车的影响有多重要了解后才知道赛车为什么贵

众所周知，轿车不是单单的发动机+变速箱+一排沙发+四个轮子组成的，轿车是一个物理学常识高度调集的艺术品，里边分类的学科形形色色，比方人体工程学、轿车工程学等等，还有今日要跟咱们聊得，空气动力学。

比方轿车的造型，假如没有空气动力学的参加，拍脑袋一想就造出来的车，你敢开吗？

空气动力学的发展史可谓是轿车造型的发展史，尽管造型规划千变万化，但原理上却是相的，万变不离其宗。

提到空气动力学，咱们往往都会觉得这是一个很学术很不流畅一起也很巨大上的概念，其学术研讨成果和定论都被许多的应用在航空航天范畴和赛车运动上。但其实不然，早在20世纪初期，轿车比刚创造不久的飞机速度还要快，早于飞机突破了时速两百公里，这都是其时赛车的空气力学比飞机更先进的证明，也就更早的完成了技能下放，在民用领驭里得到表现。

原理概述：

当一个物体穿过空气时，会使周围的空气发作位移，一起该物体会遭到重力（gravity）和阻力（drag）的影响，因而阻力会由固体穿过流质（比方空气或水）的过程中发生。 当物体加速时，其速度和阻力一起添加，速度越快，阻力越大，也便是说车速越快的话车身所面对的空气阻力越强，并且是以成倍的速率添加，终究阻力将与分量持平到达一个平衡点，此刻物体将无法持续加速。以之前Top Gear跑极速的那辆布加迪Veyron为例，当车辆以155mph（250km/h）行进时，只需270马力的动力支撑。而当车辆从155mph加速到250mph（402km/h）则需求约730匹额定马力来战胜空气阻力，现在你大约有点概念了吧？

再直白一点，便是咱们车在市区等一些低俗行进的环境时，基本上的马力用在了对立地心引力，在高速公路等高速行进环境下，更大的是对方风阻。

咱们常常会听到厂商将一个叫做“风阻系数（drag coefficient）”的数字来作为宣扬的方面之一，这个数字的意义终究是什么呢？这是决议物体能否轻松穿过空气的最首要要素之一，风阻系数越低阐明物体能够更轻易地穿过由空气组成的那面“墙”，也便是说车辆能够耗费更少的动力来战胜空气所发生的反效果力，到达更节能的效果。写成公式的话咱们将得到：

Cd = D / (A * 0.5 * r * V^2)

注释：Cd风阻系数；D阻力；A受力面积；V速度；r密度

假如咱们把空气幻想成薄层的话，当气流经过车身时坚持流线情况，阐明空气阻力对车身的影响较小。一旦这种流线气流被打破并与车身概括别离便会发生乱流，然后发生空气阻力。其实最理想的低风阻形状是类似水滴的油滑造型，头部油滑而尾部尖细。理论上，这种水滴造型的Cd风阻系数只要0.05。

为什么水滴会有如此低的空气阻力呢？细心想想，当水滴油滑的头部触摸到空气时，气流被温顺的推至两边并沿着水滴旁边面流线的造型顺滑地流过。尖细的尾部答应气流在通往后从头集合并且发生的乱流效果也十分小。不过事实上一般的家用车很难做到与水滴形状类似的姿态，即使做到了估量顾客也不会为其买单。因而，当一般轿车内行进过程中，除了经过车身的气流以外，还有一大部分空气会直接进入轿车底部和进气口中，这也是构成乱流和空气阻力的两大来历。因而，除了造型滑润、受力面积较小的的车头以外，怎么让空气平顺地经过车身避免乱流也是规划师要考虑的重要要素之一。

如上图得出，类似于大G、牧马人这种方方正正的盒子车型，他们的风阻系数肯定要大过于往常的家用轿车。

提到这儿，不少人都会认为风阻系数越低就必定越好，其实不然，这也是咱们需求纠正的一个误区。咱们知道，轿车与飞机不同，前者行进时是在地上上的，也便是经过车轮和地上之间的摩擦力来完成行走。因而除了空气阻力以外，还有两个重要的目标需求考虑，它们分别是“升力（lift）”和“下压力（downforce）”。升力是物体重力的反效果力，能够在空气中拉高物体并使之悬浮在空中，飞机首要便是依托这个原理。而下压力与升力正好相反，是将物体尽量压向地上的效果力，在赛车范畴尤为常见。下压力能够使车轮和车身紧贴地上，坚持车辆的行进稳定性，但也会添加一部分车身的全体空气阻力。

轿车升力与下压力

当气流遇到固体，例如轿车车体时。流线会发作改变，一起，邻近的流场也会有改变。咱们仔细看看上图，依据伯努利规则，在凸起的物体上方，在流场缩小的情况下，压力减低流速加速，因而会在物体上方呈现一个低压区，因为大气压效果，这个固体会被下方较大的气压抬起，这便是升力的发生机制。

轿车空气阻力

话说回来，空气动力学究竟对车辆的行进有何影响呢？不论是在在民用轿车范畴仍是在赛车范畴，空气动力学规划关于下降风阻、提高车速、节省油耗、削减噪音和增强行进稳定性等方面都十分重要。车辆的行进阻力一般首要是空气阻力和翻滚阻力（便是咱们车轮与地上触摸发生的摩擦力），当一辆轿车以80km/h的速度行进时，约有60%的阻力来自空气。而当速度攀升至200km/h，空气阻力简直占一切行车阻力的85%。足以可见，车辆战胜空气阻力的必要性。

当今量产车的风阻系数一般在0.28至0.40之间

而风阻系数（coefficient of drag，简称Cd）便是衡量空气阻力巨细的一个数值罢了，两者成正比！现代F1赛车的风阻系数约为0.70至1.1，当然，还得依据不同的赛道特性然后做出不同的调校，有时为了取得更大的下压力，乃至能够高达1.3。而这个所谓的下压力，便是使车辆能够紧贴地上的一种力，必然空气阻力会变大，为何还跑得那么快！当然是因为人家车轻啊，加车手一起算的话也就680kg，并且跑得快就必定得空气阻力小么？ F1空气动力学的首要效果便是两个方面：1. 发生下压力，2. 减小空气阻力。换句话说，空气阻力的巨细也并非单纯的就由风阻系数来决议的！

轿车空气阻力的核算公式如下：

Fd=1/16·A·Cd·v2

其间：v为行车速度，单位：m/s；A为轿车横截面面积，单位：m2，Cd为风阻系数。

从这个公式中，你有没有发现，当车速为定值的时分，还有一个要素也决议了空气阻力的巨细呀！即咱们常说的Cd值。

当今量产车的风阻系数一般在0.28至0.40之间

而风阻系数（coefficient of drag，简称Cd）便是衡量空气阻力巨细的一个数值罢了，两者成正比！现代F1赛车的风阻系数约为0.70至1.1，当然，还得依据不同的赛道特性然后做出不同的调校，有时为了取得更大的下压力，乃至能够高达1.3。而这个所谓的下压力，便是使车辆能够紧贴地上的一种力，必然空气阻力会变大，为何还跑得那么快！当然是因为人家车轻啊，加车手一起算的话也就680kg，并且跑得快就必定得空气阻力小么？ F1空气动力学的首要效果便是两个方面：1. 发生下压力，2. 减小空气阻力。换句话说，空气阻力的巨细也并非单纯的就由风阻系数来决议的！

优异的空气动力学规划就要做到对轿车空气阻力和升力的完美平衡，依据经历现有已被证明有用的规划有：气帘规划、前扰流唇规划、可升降尾翼规划，别的现在新式的技能还有高效的热办理和水办理。

以气动规划可谓完美的保时捷911为例，前大灯进风口和后轮罩旁进风口即为所谓的气帘（赤色圈所示），并且对前后刹车盘有冷却效果。

前扰流唇与轿车底盘水平的装置在车身头部下方，可依据车速主动调整弹性量并使轿车的挨近角增大避免底盘被触碰的风险，如下图黄色线区域。

保时捷911选用的可升降尾翼规划，可认为其在高速或弯道时供给满足的抓地力，即下压力。

空气动力学试验与数值模仿

说完了空气动力学以及它的详细效果之后，咱们就来简略聊聊，怎么把它运用到轿车研发上。一般研讨车辆空气动力学的办法有几种，现在就首要介绍几种常见的。第一种即运用数学核算，处理一大堆的非线性和偏微分方程后，走运的话你或许能够得到正确答案。但因为这种办法实在是太费周折，并且差错和错误率较高，所以前期大多选用的是试验的办法来求得所需数据。

第二种则是托了咱们核算机技能发展的福，选用电脑软件模仿，也便是咱们一般所说Computational Fluid Dynamics（简称CFD）。这是最高效、最经济的一种办法，这也是许多车辆再进入风洞前所需求做的一项作业。

F1赛车在CFD中进行模仿

而之后，则是实践测验的一种办法了，将车辆的外观套件或许整车模型送进风洞试验室，让它们吹吹风。最终呢，想给咱们介绍的一种办法，也是特别有意思的一种，那便是在车身表面喷上一层荧光液体，然后让圈养的车手把车开出去按必定的规则来跑。待车辆回来后，工程师再依据车身液体的纹理和散布情况做出判别。

扰流板下面的液体纹理

工程师经过这些液体在车身各部件上面的散布情况，然后能够对该车的空气动力学进行必定的认知。

需求阐明的一点是，在研讨车辆的空气动力学时，工程师不只会研讨车体表面的空气流通情况，一起还需考虑车底气流的经过情况。简略的说，越规整的车底，其车底的空气阻力和升力也会越小。这也便是为什么咱们看到许多赛车和豪华车的车底都是一整块平面（也起到必定的维护效果），不然可能会构成翻车等事端。

现在许多车评人议论一台车的时分，总是会呈现“空气动力学套件”这样的字眼。其间最常见的便是发动机盖导流槽、翼子板导流板、前后下围住、侧裙板等这些规划，说它们能简略有用地引导气流，减小空气阻力。

要说空气动力套件还要从车辆的空气动力学讲起，当轿车行进时，轿车周围的空气活动会对车辆发生各式各样的影响，空气能对轿车发生阻力、耗费能量、影响行进稳定性；但另一方面，车辆的发动机、刹车等首要部件冷却又需求空气。

除此之外包含气流的噪声，车身外表面的清洁，各种掩盖件的轰动，乃至还有雨刷功能都会遭到空气气流的影响。

从图中能够看出来两厢车的车顶气流在活动到后车窗时忽然下降，构成较大的涡流，使后车窗玻璃更简单蒙上尘土，所以两厢车的后车窗需求更频频地运用雨刷。因而，了解空气对车辆的影响是十分必要的。