阻力与升力：汽车风阻从哪里来

阻力与升力：汽车风阻从哪里来

汽车在空气中行驶，会受到气动力。

沿行驶方向阻碍车辆前进的是阻力，垂直方向向上或向下的是升力或下压力。

高速能耗、续航、高速稳定性和风噪，都绕不开它们。

阻力公式

汽车空气阻力常写成：

其中 是空气密度， 是车速， 是阻力系数， 是迎风面积。

常把 合起来看，因为它直接决定风阻大小。

车速越高，阻力按速度平方增长；克服阻力所需功率为：

所以气动功率大约按速度三次方增长。

这就是高速行驶特别费能的原因。

压差阻力

汽车风阻中，压差阻力通常很重要。

车头迎风面形成高压区，车尾分离尾流形成低压区。

前后压力差会把车向后拉。

如果尾部流动分离严重，低压尾流大，阻力就高。

所以汽车气动设计非常关注尾部收缩、后窗角度、尾翼、扩散器和底部流动。

摩擦阻力

摩擦阻力来自空气黏性剪切。

壁面剪切应力为：

摩擦阻力为：

车身表面积越大，摩擦阻力越明显。

但对钝体汽车来说，压差阻力往往比纯摩擦阻力更突出。

升力和下压力

垂向气动力可写成：

如果 向上，就是升力；如果向下，常称下压力。

高速时，升力会减少轮胎垂向载荷，影响稳定性。

性能车常通过前唇、尾翼、扩散器和底部流动产生下压力，提高高速抓地。

但下压力通常伴随阻力增加。

赛车愿意用阻力换抓地，量产车则要在能耗、风噪、稳定性和造型之间折中。

迎风面积和造型

降低 很重要，但迎风面积 同样重要。

一辆高大的SUV即使阻力系数不错，迎风面积也可能让总风阻不低。

所以比较不同车型风阻，最好看：

而不是只看 。

阻力系数是形状效率，迎风面积是尺寸代价。

小结

汽车风阻为：

克服风阻所需功率为：

升力为：

汽车气动不是单纯追求低风阻，还要兼顾高速稳定、冷却、风噪、造型和制造。