空气动力——汽车外形

汽车行进时所受阻力大致可分为机械阻力和空气阻力两部分。随着车速的提高，空气阻力所占比例迅

速提高。以美国60年代生产的典型轿车为例，车速为每小时60公里时,空气阻力为行驶总阻力的 33%?40% ; 车速为每小时100公里时,空气阻力为行驶总阻力的 50%?60%;车速为每小时150公里时，空气阻力为行 驶总阻力的70%?75%。

汽车空气阻力可分解为：①车型阻力，即由车体外形决定的阻力；②表面摩擦阻力

；③干扰阻力，即由

于安装在车体外的零部件，如后视镜、车门把手、车灯、车头装饰件等对气流干扰引起的阻力；④由拖曳 涡引起的”涡阻”：⑤内部气流阻力，即气流通过车头内的散热器、发动机等引起的阻力。现代轿车的空气 阻力中，车型阻力和\涡阻\约占62%，表面摩擦阻力约占 9% ,干扰阻力约占17%，内部阻力约占12%。

缩小车辆的迎风投影面积，改进车身外形

，减少安装在车外的零部件，将车身下面的部件合理布置或用

10%，车辆燃料消耗大约可降低 5%。

托板封闭，均可使空气阻力系数显著下降。空气阻力每减小

汽车空气动力学研究主要有下列四个方面：①汽车运行中所受的空气动力和力矩，包括阻力、举力、 俯仰力矩、侧倾力矩和摆动力矩， 其中举力和俯仰力矩的研究涉及车辆操纵稳定性

；②汽车运行中各部位的

流场，包括雨水流的路径，污垢附着的过程和原理，风噪声和面板颤振，风挡玻璃上的作用力等：③发动机 的冷却问题；④汽车内的气候条件。

空气阻力

众所周知，车速越快阻力越大，空气阻力与汽车速度的平方成正比。如果空气阻力占汽车行驶阻力

的比率很大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。据测试，一辆以每小时

100公里速度行

驶的汽车，发动机输岀功率的百分之八十将被用来克服空气阻力，减少空气阻力，就能有效地改善汽车的 行驶经济性，因此轿车的设计师是非常重视空气动力学。在介绍轿车性能的文章上经常岀现的“空气阻力 系数”就是空气动力学的专用名词之一，也是衡量现代轿车性能的参数之一。

空气阻力系数

汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动 力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻 力的百分之八十以上。它的系数值是由风洞测试得岀来的，与汽车上的合成气流速度形成的动压力有密切 关系。当车身投影尺寸相同，车身外形的不同或车身表面处理的不同而造成空气动压值不同，其空气阻力 系数也会不同。由于空气阻力与空气阻力系数成正比关系，现代轿车为了减少空气阻力就必须要考虑降低 空气阻力系数。从50年代到70年代初，轿车的空气阻力系数维持在

0.4至0.6之间。70年代能源危机后，

0.28

各国为了进一步节约能源，降低油耗，都致力于降低空气阻力系数，现在的轿车空气阻力系数一般在 至0.4之间。

轿车外形设计

为了减少空气阻力系数， 现代轿车的外形一般用园滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线。 前围与侧围、

前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用园滑过渡，发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘， 后冀子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面玻璃，且与车顶园滑过渡，前风窗与水平面的夹角一般在

25度-

33度之间，侧窗与车身相平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光洁平滑，车底用平整的盖板 盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少空气阻力系数。在

就是最突岀的例子，它采用了上述种种措施，其空气阻力系数只有 最佳典范。

80年代初问世的德国奥迪 100C型轿车 0.3，成为当时商业代轿车外形设计的

据试验表明，空气阻力系数每降低百分之十，燃油节省百分之七左右。曾有人对两种相同质量，相同 尺寸，但具有不同空气阻力系数（分别是0.44和0.25）的轿车进行比较，以每小时88公里的时速行驶了 100 公里，燃油消耗后者比前者节约了

1.7公升。

考察轿车车形的发展史，从本世纪初的福特T型箱式车身到30年代中型的甲虫型车身，从甲虫型车身 到50年代的船型车身，从船型车身到 80年代的楔型车身，直到今天的轿车车身模式，每一种车身外形的 岀现，都不是某一时期单纯的工业设计的产物，而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的。空气阻 力系数在过去的轿车手册中从未岀现过，今天则是介绍轿车的常用术语之一，成为人们十分关注的一种参 数了。

汽车外形发展

一、 马车型汽车

二、 箱型汽车

三、 甲壳虫型汽车

1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻 力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。

1937年,

德国设计天才费尔南德?保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中 飞行，其形体阻力很小。

四、 船型汽车

将人体工程学的理论引入到汽车的整体设计上，取得了令人较为满意的结果。所谓人体工程学，就是用科 学的方法解析的形体和能力，设计与之相吻合的机械与器具。船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都 优于甲壳虫型汽车，并且还较好地解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。

五、 鱼型汽车

为了克服船型汽车的尾部过分向后伸岀，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人 们又开发岀像鱼的脊背的鱼型汽车。鱼型汽车的背部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气 流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。但也存在着一些致命的弱点：一是由于鱼型车的后窗玻璃 倾斜得过于厉害，致使玻璃的表面积增大了一至二倍，强度有所下降，产生一了结构上的缺陷；二是当汽 车高速行驶时汽车的升力较大。

鉴于鱼型汽车的缺点，设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气 的升力，这便是“鱼型鸭尾式”车型。

六、楔形汽车

“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的 升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型一一楔形。这种车型就是将车身整 体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。

楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。 因为赛车首先考虑流体力学（空气动力学）等问题对汽车的影响， 车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。