关于汽车空气动力学

当我们谈论汽车空气动力学及其发展时，最明显的变化是现代汽车的设计。令人惊讶的是，在过去的几十年里，设计上的微小变化如何改变了汽车和航空业。如今的汽车外观更具运动感和时尚感，而上世纪 80 年代流行的四四方方的外观则不然。汽车制造商根据个人研究和调查，设计出的产品充分利用了汽车的空气动力学。

问题仍然存在：空气动力学如何提供帮助，以及为什么它成为汽车领域研究和开发如此重要的领域。

什么是汽车空气动力学？

汽车空气动力学负责抵消高速行驶时的阻力

空气动力学一般是研究运动物体周围的气流。在我们的例子中，运动物体是汽车。

早期的汽车速度很慢，空气动力学的影响几乎可以忽略不计。然而，当你把速度加入到方程式中时，气流和异国情调汽车之间的相互作用就变得更加重要。

事实上，整个汽车空气动力学理论基于两个关键的相互作用，即阻力和升力。

阻力

阻力基本上是汽车在空中行驶时产生的反向力。由于空气仍然是一种介质，在空中快速行驶的汽车将面临阻力，换句话说就是摩擦力。因此，汽车的设计和速度对阻力大小起着至关重要的作用。

阻力公式

D=Cd × A × 0.5ρ × V ²

如果我们分解阻力公式，我们就能准确地了解哪些因素影响阻力。

• Cd = 汽车的阻力系数——通常通过实验计算
• A = 车辆正面面积
• ρ = 空气密度
• V = 汽车速度

从公式中可以看出，阻力系数、速度和汽车迎风面积是影响阻力的主要因素。

由于阻力会随着汽车速度的增加而增加，因此它成为快车的一个重要因素，而如今几乎每辆现代汽车都是如此。

升力

升力通常是赛车经常遇到的一个问题。高速驾驶汽车时，您经常会遇到控制问题。这是由于周围气流从地面产生的升力或垂直力。当汽车转弯时，这就会成为一个问题，并且由于垂直力过大，汽车很容易被抬起或翻倒。

这时空气动力学就派上用场了。通过适当的设计，汽车可以产生向下的力，从而在道路转弯时提供更大的抓地力和稳定性。

现在的缺点是，下压力也会产生阻力，但权衡全在于平衡。

升力公式

升力的计算方式与阻力相同，只不过利用的是升力系数

L = Cl x A x 0.5 ρ x V ²

阻力和升力产生的原因

要了解产生这些相反力的原因，一切都归结于气压。

汽车逆风行驶时，会在车头形成高压区，在车尾形成低压区。汽车前端会阻塞空气通道，从而产生推力。这种现象也称为压力阻力。

就升力而言，它是由于汽车顶部和底部的气压差而产生的。因此，随着汽车行驶速度的加快，净向上力或升力将会增加。

抵消阻力和升力

在高性能汽车中，可以通过安装气坝、侧裙和扰流板来抵消阻力和升力

我们不会详细讨论某些设计变化如何影响阻力和升力。简而言之，一切都是通过改变方向来调整气压。

汽车空气动力学通常更注重跑车，因为跑车性能高、速度快。然而，日常驾驶跑车有很多好处和坏处。

汽车设计师往往会采用以下方法来降低汽车的阻力和升力系数

• 空气坝——减少阻力，增加下压力，同时允许空气保持发动机冷却
• 驱动板——通常用于赛车，引导两侧的空气产生下压力
• 汽车底盘——改善汽车底部的气流，从而降低整体气压和湍流
• 扩散器——通常安装在赛车上，以使车底的空气流通更加平稳
• 边条——放置在扩散器旁边，以便空气有序流动
• 侧裙——阻止高压进入汽车下方的低压区域，从而增加下压力
• 扰流板——产生更好的气流，增强下压力并提高牵引力

汽车的空气动力学本质上是通过增加下压力来抵消阻力和减少升力。