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轿车造型与空气动力学

2007年12月24日

    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,发动机输出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出现的“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出来的,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,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0.28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80年代初问世的德国奥迪100C型轿车就是最突出的例子,它采用了上述种种措施,其空气阻力系数只有0.3,成为当时商业代轿车外形设计的最佳典范。

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,每一种车身外形的出现,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出现过,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。



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