1.汽车的空气阻力

汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力，称为空气阻力。它分为压力阻力和摩擦阻力两部分。作用在汽车表面上的空气压力的合力在行驶方向上的分力称为压力阻力。摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向上的分力。压力阻力又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、诱导阻力。形状阻力与车身主体形状有关，流线形越好，形状阻力越小；干扰阻力是车身表面突起物，如后视镜、门把手、车灯等引起的阻力；发动机冷却系统、车内通风等空气流经车体内部时构成的阻力，为内循环阻力；诱导阻力是空气升力在水平方向上的投影。对于一般轿车，这几部分阻力的比例大致为：形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内循环阻力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力占9%。从以上数据中可以看到，在空气阻力中，形状阻力占的比重最大，所以，改善车身流线形状，是减小空气阻力的关键。

空气阻力与汽车的迎风面积正投影值成正比，与汽车速度的平方成正比，与空气阻力系数成正比。汽车的迎风面积正投影值减小会影响乘坐空间，汽车速度的降低会影响运输效率。因此，有效减少空气阻力的最佳途径就是减小空气阻力系数。

2.汽车的空气阻力系数

空气阻力系数是车身外形形状对汽车承受空气阻力的影响。不同的汽车外形，具有不同的空气阻力系数。

现代轿车为了减少空气阻力，必须考虑降低空气阻力系数。从20世纪50年代到70年代初，轿车的空气阻力系数维持在0.4～0.6。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的研究。由于汽车科研工作者努力改善汽车外形形状，汽车的空气阻力系数降低得很快，现在轿车的空气阻力系数一般在0.28～0.40。

试验表明，空气阻力系数每降低10%，汽车所耗燃油约节省7%。有人对两种相同质量、相同尺寸、空气阻力系数不同（分别是0.44和0.25）的轿车进行比较，以88km/h的速度行驶了100km，后者燃油消耗比前者节约了1.7L。

空气阻力系数值是由风洞试验测试得出来的。

3.利用风洞试验测量汽车的空气阻力系数

风洞就是用来产生人造气流（人造风）的管道。与汽车在道路上的行驶相反，在汽车风洞试验中，汽车静止，空气高速流动，从而模拟并测得汽车在道路行驶时所受到的空气阻力大小。在风洞中，由电动机驱动并通过风扇形成一段气流均匀流动的区域，汽车风洞试验就在这段风洞中进行。汽车风洞中用来产生强大气流的风扇是很大的，比如奔驰公司的汽车风洞，其风扇直径就达8.5m，驱动风扇的电动机功率高达4000kW，风洞内用来进行实车试验段的空气流速可达270km/h。建造一个这样规模的汽车风洞往往需要耗资数十亿美元，而且每做一次汽车风洞试验的费用也是相当惊人的。

汽车风洞有模型风洞、实车风洞和气候风洞等，模型风洞较实车风洞小很多，其投资及使用成本也相对小些。在模型风洞中只能对缩小比例的模型进行试验，其试验精度也相对较低。实车风洞则很大，建设费用及使用费用极高。目前世界上的实车风洞还不多，主要集中在日、美、德、法、意等国的大汽车公司。气候风洞主要是模拟气候环境，用来测定汽车的一般性能（如过隧道性能等）。国外的汽车公司在进行汽车开发时，其车身大都是先制成1∶1的汽车泥模，然后在风洞中做试验，根据试验情况对车身各部位进行细节修改，使风阻系数达到设计要求，再用三维坐标测量仪测量车身外形，绘制车身图样，进行车身冲压模具的设计、生产等技术工作。(www.daowen.com)

图3-17是通用环保型概念车雪佛兰Volt在风洞中的模样。轿车上面漂浮的是一股丙二醇气体。工程师们利用这种气体研究在风洞中汽车周围的气流形态及其阻力。图3-18为目前世界最大的风洞——美国艾姆斯研究中心的风洞实景。

4.加装空气动力学装置减少空气阻力

为了减少轿车在高速行驶时所产生的升力，汽车设计师们除了在轿车车身外形方面做了改进，比方说，将车身整体向前下方倾斜而在前轮上产生向下的压力、将车尾改为短平、减少从车顶向后部作用的负气压而防止后轮飘浮外，还在轿车前端的保险杠下方安装向下倾斜的连接板。连接板与车身前裙板连成一体，中间开有合适的进风口以加大气流，减低车底气压，这种连接板就是导流板。在轿车行李箱盖上后端做成像鸭尾似的突出物，将从车顶冲下来的气流阻滞形成向下的作用力，这种突出物就是扰流板。导流板限制空气流过下部车身（使汽车下面的湍流处于最小值，并且使空气的流动阻力降低），而且使前部的车轮不致抬起。边裙引导气流离开后轮，这样可减少气流扰动和气流阻力。扰流板改变了车身后端气流的方向，减少了气流的阻力并可阻止后部车轮抬起。导流板、扰流板、边裙通常被称为汽车的空气动力学装置。

图3-17 雪佛兰Volt在风洞中的模样

图3-18 艾姆斯研究中心的风洞

图3-19 汽车尾翼

被一些人形象地称为尾翼的空气动力学装置（图3-19）是安装在汽车后方的一种扰流板。为了有效地减少汽车高速行驶时空气阻力的影响，人们设计使用了汽车尾翼，尾翼的形状类似于飞机的机翼，只不过其在汽车上的安装方向与在飞机上的机翼的安装方向相反。其目的是使空气对汽车产生更大的地面附着力而不是升力。由于尾翼的作用抵消了一部分汽车升力，控制汽车上浮，减小风阻影响，使汽车能紧贴着道路行驶，从而提高行驶的稳定性。汽车尾翼形状尺寸是经过设计师精确计算而确定的，不宜过大也不宜过小，否则会增加轿车的行车阻力或起不到应有的作用。尾翼主要作用是可以有效地减少轿车在高速行驶时的空气阻力和节省燃料，并使汽车高速行驶时更加稳定。