究竟如何划“风”而驰？风阻系数导论与设计重点介绍

究竟如何划“风”而驰？风阻系数导论与设计重点介绍

汽车设计需要考虑诸多因素，其中降低排放和提高动力输出是重要目标。而要实现这些目标，减少行驶阻力是关键。本文将深入探讨汽车风阻系数的相关知识，包括其定义、测量方法、影响因素以及设计优化等方面。

根据空气动力学原理，车头行驶时会因迎风产生高压，而在车尾部分则会产生平衡的低压真空区。上图展示了梅赛德斯-奔驰风洞实验室的测试场景，验证了这一理论。

行驶中的“风”如何定义？风阻系数的物理意义详解

要理解如何破“风”而行，首先需要了解风阻系数的定义。汽车的风阻系数涉及复杂的空气动力学原理。简而言之，当环境气体为不可压缩牛顿流体时，可以导出以下阻力与风阻系数的公式：

Fd = 1/2ρv²CdA

其中：

• Fd：车辆接受风速时产生的实际阻力
• ρ：空气密度，单位为 kg/m³
• v：车速
• Cd：风阻系数
• A：车辆迎风面积

随着车速的增加，空气阻力也会逐渐增加。据研究，在时速200km/h以上时，空气阻力几乎占所有行驶阻力的85%。

外型与用途决定风阻大小

一般而言，车辆的外观和用途决定了其风阻系数。以市售车型为例，轿车的风阻系数通常在0.250.45之间，SUV则在0.350.55之间，而巴士或商用货车的风阻系数可能更高。

最直接的影响：车头形状设计

汽车行驶时，气流最先接触的部分是车头。因此，车头设计对迎风面积和底盘气流影响最大。现代汽车设计中，常常加入圆角或导角等设计，以优化气流平顺度和导流特性。

收窄车身，利于划风而驰

研究表明，水滴型几何形状在风阻系数上表现最佳。虽然许多车辆因设计限制无法采用这种形状，但可以通过收窄车尾宽度来实现类似效果。

苏黎世理工学院开发的PAC-Car II概念车，采用水滴型设计，创造了0.07的超低风阻系数，是目前世界纪录保持者。

底盘平整化，利于空气流动

平滑的底盘设计可以减少空气摩擦阻力。当气流通过不平整的底盘时，容易产生涡流，增加阻力。因此，许多跑车都采用平滑的底盘设计。

空力套件的迷思

虽然空力套件（如扰流尾翼）可以改变车辆外观，但其对降低风阻的实际效果需要通过风洞测试或计算机模拟来验证。扰流尾翼最初是为高速赛车设计，主要目的是增加下压力，而不是降低风阻。

扰流板的设计原理类似于飞机机翼，迎风面朝上时会产生负升力，以增加车身稳定性。

降低风阻设计手段

虽然降低风阻的设计手段多种多样，但在追求低风阻时，设计师还需要考虑车辆的实用性、市场接受度和经济效益。例如，梅赛德斯-奔驰Bionic概念车虽然达到了0.19的极低风阻系数，但因设计过于前卫，最终并未量产。

梅赛德斯-奔驰Bionic概念车采用仿生学设计，风阻系数达到0.19。

结语

虽然目前市售车型在设计时已不再过分强调风阻系数，但风阻仍然是影响车辆行驶阻力的重要因素。未来，期待汽车制造商能够在保持车辆实用性和市场接受度的同时，继续努力降低风阻，为环境保护做出贡献。