空氣動(dòng)力學(xué)原理

　　空氣動(dòng)力學(xué)在科學(xué)的范疇里是一門艱深的度量科學(xué)，一輛汽車在行使時(shí)，會(huì)對(duì)相對(duì)靜止的空氣造成不可避免的沖擊，空氣會(huì)因此向四周流動(dòng)，而躥入車底的氣流便會(huì)被暫時(shí)困于車底的各個(gè)機(jī)械部件之中，空氣會(huì)被行使中的汽車?yán)瓌?dòng)，所以當(dāng)一輛汽車飛馳而過(guò)之后，地上的紙張和樹葉會(huì)被卷起。此外，車底的氣流會(huì)對(duì)車頭和引擎艙內(nèi)產(chǎn)生一股浮升力，削弱車輪對(duì)地面的下壓力，影響汽車的操控表現(xiàn)。

　　另外，汽車的燃料在燃燒推動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)已經(jīng)消耗了一大部分動(dòng)力，而當(dāng)汽車高速行使時(shí)，一部分動(dòng)力也會(huì)被用做克服空氣的阻力。所以，空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)于汽車設(shè)計(jì)的意義不僅僅在于改善汽車的操控性，同時(shí)也是降低油耗的一個(gè)竅門。

　　對(duì)付浮升力的方法

 　　對(duì)付浮升力的方法，其一可以在車底使用擾流板。不過(guò)，今天已經(jīng)很少有量產(chǎn)型汽車使用這項(xiàng)裝置了，其主要原因是因?yàn)檠邪l(fā)和制造的費(fèi)用實(shí)在太過(guò)高昂。在近期的量產(chǎn)車中只有FERRARI 360M 、LOTUS ESPRIT 、NISSAN SKYLINE GT－R還使用這樣的裝置。

　　另一個(gè)主流的做法是在車頭下方加裝一個(gè)堅(jiān)固而比車頭略長(zhǎng)的阻流器。它可以將氣流引導(dǎo)至引擎蓋上，或者穿越水箱格柵和流過(guò)車身。至于車尾部分，其課題主要是如何令氣流順暢的流過(guò)車身，車尾的氣流也要盡量保持整齊。

　　如果在汽車行駛時(shí)，流過(guò)車體的氣流可以緊貼在車體輪廓之上，我們稱之為ATTECHED或者LAMINAR（即所謂的流線型）。而水滴的形狀就是現(xiàn)今我們所知的最為流線的形狀了。不過(guò)并非汽車非要設(shè)計(jì)成水滴的形狀才能達(dá)到最好的LAMINAR，其實(shí)傳統(tǒng)的汽車形態(tài)也可以達(dá)到很好的LAMIAR的效果。常用的方法就是將后擋風(fēng)玻璃的傾斜角控制在25度之內(nèi)。FERRARI 360M和豐田的SUPRA就是有此特點(diǎn)的雙門轎跑車。

　　其實(shí)仔細(xì)觀察這類轎跑車的側(cè)面，就不難發(fā)現(xiàn)從車頭至車尾的線條會(huì)朝著車頂向上呈弧形，而車底則十分的平坦，其實(shí)這個(gè)形狀類似機(jī)翼截面的形狀。當(dāng)氣流流過(guò)這個(gè)機(jī)翼形狀的物體時(shí)，從車體上方流過(guò)的氣體一定較從車體下方流過(guò)的快，如此一來(lái)便會(huì)產(chǎn)生一股浮升力。隨著速度的升高，下壓力的損失會(huì)逐漸加大。雖然車體上下方的壓力差有可能只有一點(diǎn)點(diǎn)，但是由于車體上下的面積較大，微小的壓力差便會(huì)造成明顯的抓著力分別。一般而言，車尾更容易受到浮升力的影響，而車頭部分也會(huì)因此造成操控穩(wěn)定性的問(wèn)題。

　　傳統(tǒng)的房車、旅行車和掀背車這類后擋風(fēng)玻璃較垂直的汽車，浮升力對(duì)它們的影響會(huì)較為輕微，因?yàn)闅饬鹘?jīng)過(guò)垂直的后窗后就已經(jīng)散落，形成所謂的亂流效果，浮升力因此下降，但是這些亂流也正是氣流拉力的來(lái)源。有些研究指出像GOLF之類的兩廂式掀背車，如車頂和尾窗的夾角在30度之內(nèi)，它所造成的氣流拉力會(huì)較超過(guò)30度的設(shè)計(jì)更低。所以有些人就會(huì)想當(dāng)然的認(rèn)為只要將后窗的和車頂?shù)膴A角控制在28至32度之間，就能同時(shí)兼顧浮升力和空氣拉力的問(wèn)題。其實(shí)問(wèn)題并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，在這個(gè)角度范圍里氣流既不能緊貼在車體上也不足以造成亂流，如此一來(lái)將很難預(yù)計(jì)空氣的流動(dòng)情況。因?yàn)槠�車在行駛時(shí)并非在一個(gè)水平面上行駛，隨著懸掛系統(tǒng)的上下運(yùn)動(dòng)，其實(shí)汽車的離地距離是一個(gè)變量，而氣流在流過(guò)車體上下所造成的壓力差也會(huì)隨時(shí)改變，同時(shí)在車輛過(guò)彎時(shí)車尾左右的氣流動(dòng)態(tài)也會(huì)對(duì)車尾的氣流情況造成影響。當(dāng)尾窗與車頂?shù)膴A角介于28至32度時(shí)，車尾將介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的邊緣，這其實(shí)非常危險(xiǎn)的。舉個(gè)例子，AUDI TT在推出時(shí)曾經(jīng)發(fā)生高速翻車的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)的事故調(diào)查報(bào)告指出AUDI TT的后軸在高速時(shí)浮升力過(guò)高，造成后輪抓著力太弱。而TT在設(shè)計(jì)時(shí)以風(fēng)格作為首要前提，在空氣動(dòng)力學(xué)上有所犧牲。后窗與車尾的弧度就介于以上那個(gè)尷尬的角度之間。車廠在設(shè)計(jì)掀背車時(shí)寧愿將車尾設(shè)計(jì)的平直一點(diǎn)，一來(lái)可以增加車內(nèi)的空間，二來(lái)也克服了空氣動(dòng)力學(xué)上的不足。

　　尾翼的基本設(shè)計(jì)

　　尾翼和擾流器的誕生正是要解決氣流和浮升力的問(wèn)題。我們見(jiàn)到過(guò)的尾翼可謂五花八門、千萬(wàn)百怪。不過(guò)它們卻有著相同的特點(diǎn)：表面狹窄、水平面離開車身安裝（如果尾翼緊貼在車身安裝，如果它不僅僅起到裝飾作用，便只有擾流器般的作用，這兩者是不同的。）尾翼的主要作用是增加下壓力，所以尾翼的外形必須像倒置的機(jī)翼才行，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)使流經(jīng)尾翼下端的氣流的速度較流經(jīng)尾翼上端的來(lái)得高，從而產(chǎn)生下壓力。還有一種產(chǎn)生下壓力的方法是將尾翼前端微微向下傾斜，雖然這種設(shè)計(jì)會(huì)比水平式的尾翼產(chǎn)生更大的空氣拉力，但是在調(diào)節(jié)下壓力大小的方面卻較有彈性。

　　WING和SPOILER的分別

　　尾翼和車尾擾流器的分別是后者與車尾連為一體，或者干脆就是車身整體設(shè)計(jì)的一部分。車尾擾流器其實(shí)也可以用來(lái)制造下壓力，但是常見(jiàn)的功能扔是減少浮升力和氣流拉力。掀背車的尾擾流器集結(jié)了大量的空氣于擾流器的前方，目的是分隔車尾的氣流，從而降低浮升力。后擾流器也可以令氣流更順暢的流經(jīng)車尾，避免氣流長(zhǎng)時(shí)間的徘徊或緊貼在車尾上，如此一來(lái)便可以減少空氣拉力，同時(shí)也可以減低導(dǎo)致浮升力的車底氣壓。

　　所以，有很多車書喜歡統(tǒng)稱車尾上的凸出物為尾翼是很不專業(yè)的行為，比如普通版的911那個(gè)可以自動(dòng)升降的東西該被稱為擾流器，而GT2上的那個(gè)才是貨真價(jià)實(shí)的尾翼。一般來(lái)說(shuō)，歐洲的車廠比較注重汽車的美學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)也很在意SPORTS SEDAN和RACING EDITION之間的分別。所以，歐洲的車廠比較忌用尾翼，而日本的車廠則將尾翼作為賣點(diǎn)推給顧客，從這種分別中也可以輕易的體會(huì)出不同國(guó)家造車哲學(xué)的不同。

　　尾翼和擾流器的簡(jiǎn)史

　　早在上世紀(jì)30年代，各大車廠已經(jīng)開始致力于降低氣流拉力，而對(duì)于浮升力的研究，各車廠大致要到60年代才開始關(guān)注。FERRAR的賽車手RICHIE GINTHER于1961年發(fā)明了能產(chǎn)生下壓力的車尾擾流器，他也因此聞名于世。隨后的FERRARI戰(zhàn)車也都使用此項(xiàng)設(shè)計(jì)。而第一部使用前擾流器（俗稱氣霸）的汽車應(yīng)該是大名鼎鼎的FORD GT40。這部車在超越時(shí)速300KM/H時(shí)所產(chǎn)生的浮升力令其成為一部根本無(wú)法駕馭的汽車，據(jù)說(shuō)在加裝了前氣霸之后，GT40在達(dá)到極速時(shí)前輪的下壓力由原來(lái)的310磅激增至604磅�。�！至于第一部使用尾翼的汽車我沒(méi)有準(zhǔn)確的資料，不過(guò)據(jù)說(shuō)時(shí)道奇于60年代末生產(chǎn)的CHARGER DAYTONA PLYMOUTH SUPERBIRD。

　　韻敕洲車廠方面，保時(shí)捷可以算首家兼顧擾流器的功能和美學(xué)設(shè)計(jì)的車廠。1975的911 TUBRO的一體式的氣霸和鯨魚尾式的擾流器大副降低了浮升力的產(chǎn)生，其效用高達(dá)90％。于是在70年代末，氣霸和擾流器更成為保時(shí)捷的標(biāo)志。當(dāng)時(shí)有很多以高性能作為賣點(diǎn)的車廠也跟隨保時(shí)捷的步伐以氣霸和擾流器作為賣點(diǎn)。（說(shuō)到這里，我到想起了一些題外話。其實(shí)車廠都要經(jīng)過(guò)一個(gè)發(fā)展階段才能走向成熟，其實(shí)日本車與歐洲車的差距就體現(xiàn)在日本車其實(shí)在走歐洲車曾經(jīng)走過(guò)的一條道路，這條路每個(gè)車廠都必須經(jīng)歷。如果以后中國(guó)真正的擁有自己的汽車工業(yè)的話，那么中國(guó)的車廠也必須走這條道路。一般我認(rèn)為歐洲車廠的空氣動(dòng)力學(xué)水平要較日本車廠來(lái)的高一點(diǎn)，就拿對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)要求很高的F1賽事來(lái)說(shuō)，所有空氣動(dòng)力學(xué)高手都是歐洲人，而這些歐洲人也無(wú)一例外的供職酉敕洲車廠，英美車隊(duì)在空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究在它這幾年來(lái)幾乎沒(méi)有進(jìn)步，從這一點(diǎn)上面就可以看出歐洲車廠于日本車廠之間的差距。不過(guò)，這些差距是由時(shí)間造成的，我想技術(shù)上的差距相對(duì)比較容易彌補(bǔ)。而文化背景的不同才容易造成真正的差異，而這種差異如果產(chǎn)生不良性的發(fā)展，日本車廠就真正的危險(xiǎn)了。）

　　現(xiàn)在氣霸和擾流器已經(jīng)非常非常的普通了，幾乎時(shí)速可以達(dá)到百余公里的汽車都使用這些東西。其實(shí)如果你的車速并不高，這些東西并不起作用。當(dāng)車速介于60到80之間時(shí)，氣流的拉力根本高不過(guò)車輪的運(yùn)動(dòng)阻力，如果要感受尾翼和擾流器在浮升力和下壓力方面的明顯作用，時(shí)速必須高于160KM。其中的原因是因?yàn)闅饬鞯膭?dòng)力往往是車速的二次方，一部汽車從130KM/H加速至260KM/H，浮升力和空氣拉力將會(huì)有四倍的增加。

　　同時(shí)，所有汽車所有的氣霸，在降低氣流拉力方面都具有一定的作用。一般來(lái)說(shuō)可以減少5～10％的整體氣流拉力。另一方面，氣霸也有助于冷卻引擎，亦方便了霧燈的安裝。不過(guò)仍然有為數(shù)不少的車廠認(rèn)為尾翼和擾流器是為了美觀而設(shè)的。不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，這些空氣動(dòng)力部件都具有一定的實(shí)際作用，以上代凌志SC系列來(lái)說(shuō)，加裝原廠車尾擾流器之后，汽車的Cd數(shù)值（氣流拉力）由原來(lái)的0.32降至0.31。但是FORD ADVANCED DESIGN STUDIO的設(shè)計(jì)師GRANT GARRISON曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：如果尾翼和擾流器不是那么受歡迎，我們是不會(huì)加在車身上的，但是我們可以用其它方法來(lái)把車輛設(shè)計(jì)得具有同樣的空氣動(dòng)力學(xué)效果。持相同觀點(diǎn)的還有大名鼎鼎的FERRARI，眾所周知FERRARI為了遷就車身設(shè)計(jì)的美感是很忌諱在車身上使用尾翼的，而即使以快跑作為最高目的的ENZO FERRARI也使用的是可升降的尾擾流板，其原因是FERRARI的主席認(rèn)為一部靜止的FERRARI不需要任何擾流器�。�！

　　對(duì)Cd值的一為什么釋

　　最后值得一提的倒是普遍存在的對(duì)Cd值的一些誤解。在許多車廠的產(chǎn)品介紹書中，常常會(huì)提及新車的風(fēng)阻系數(shù)降低至多少多少Cd，而Cd所指的并不簡(jiǎn)單是指我們一般所說(shuō)的空氣阻力，而是流氣拉力系數(shù)（DRAG COEFFICIENT），一般而言氣流在車尾造成的拉力，數(shù)值越低，表示車尾氣流處理的越流暢，該部分的浮升力亦會(huì)越小，相對(duì)而言，車輛行走時(shí)的阻力會(huì)低一點(diǎn)，后輪的下壓力也會(huì)好一點(diǎn)。說(shuō)到這里我們就應(yīng)該明白，加裝尾翼并不一定會(huì)增加Cd值！如果加裝尾翼和尾擾流器后，車輛尾部氣流通過(guò)的流暢度增高，那么這輛車的Cd值反而應(yīng)該降低。汽車設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題并不止于車尾，其實(shí)車頭的長(zhǎng)度和寬度也會(huì)影響一部汽車的總拉力數(shù)值。比如前縱置引擎的中心點(diǎn)要比前軸的中心點(diǎn)更前，車頭就容易造得很長(zhǎng)，而如果加闊前輪距來(lái)橫置擺放引擎，車頭部分就會(huì)隨著加闊，以上兩種情況都會(huì)影響到整體的氣流拉力（CdA）。雖然有可能一輛車的Cd造得很低，但是同樣難以彌補(bǔ)車頭部分增加的長(zhǎng)度和寬度所帶來(lái)的整體氣流拉力數(shù)值的上升,舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，一部汽車的風(fēng)阻系數(shù)由原來(lái)的Cd0.40下降至Cd0.38，但是車頭的寬度卻增加了75MM，這時(shí)它的CdA數(shù)值約會(huì)上升5％，這樣一來(lái)等于完全抵消了Cd下降的效果。（比如新款的ACCORD，雖然風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到了驚人的Cd0.25,可是因?yàn)檐圀w全面比上一代要加大許多,所有在高速時(shí)的穩(wěn)定性表現(xiàn),我個(gè)人估計(jì)不會(huì)有大幅的攀升，如果這方面的表現(xiàn)的確有所改進(jìn)，也首先應(yīng)該歸功于軸距的加長(zhǎng)和懸掛設(shè)定的改進(jìn)，空氣動(dòng)力學(xué)的成就反而是次要的。因?yàn)槊裼密嚨目諝鈩?dòng)力學(xué)表現(xiàn)必須兼顧降低風(fēng)噪和燃油經(jīng)濟(jì)性，所有在設(shè)計(jì)時(shí)必然會(huì)對(duì)汽車的下壓力作出一定的犧牲。）

　　因此，在大家談?wù)揅d時(shí)，不應(yīng)該認(rèn)為Cd代表了一部汽車的整體空氣動(dòng)力表現(xiàn)，更不能輕易的認(rèn)為隨便加裝一只尾翼或者巨型擾流器就必然可以獲得更好的空氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)！其實(shí)充其量它只不過(guò)改善了空氣動(dòng)力學(xué)中某個(gè)部分的表現(xiàn)而已。

　　最后，我要說(shuō)的是對(duì)改裝空氣動(dòng)力學(xué)部件的一點(diǎn)個(gè)人看法�；�本上，主流車廠在空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究在這5至6年里得到了迅猛的發(fā)展（原因很簡(jiǎn)單，內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)在近十年步伐明顯放緩，要想改善汽車的動(dòng)力表現(xiàn)只有從改善空氣動(dòng)力學(xué)和提高動(dòng)力傳輸效率兩方面入手）。新的量產(chǎn)車在空氣動(dòng)力學(xué)方面的表現(xiàn)也越來(lái)越好，這也就是說(shuō)新車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn)，隨意的改動(dòng)更加容易破壞汽車原來(lái)的空氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)，而非改善！操控性首先講究的是總體的平衡，所有單單改裝BODY KIT或者單改其它的空氣動(dòng)力部件很有可能達(dá)到和愿意背道而馳的效果。所有我認(rèn)為，如果要改就一件式一起改，而且不要輕易的加裝車底的擾流板。第一，車體的擾流板較容易損壞；第二車底的擾流板在正常的車速下根本不能改善汽車的空氣動(dòng)力表現(xiàn)。