1.在汽车造型设计中引入空气动力学要素

汽车造型设计美学需要考虑汽车的形态艺术和空气动力学造型之间的平衡。前者具有感性的美学特征，后者则具有理性美的严谨。两者之间，既是对立的矛盾体，又是相互依存的统一体。一个好的汽车造型设计，不仅是美的艺术品，更是符合空气动力学的科学产品。在汽车造型设计中，空气动力学是汽车造型设计技术要素之一。

空气动力学是流体力学的一个重要分支，它是研究物体在与周围空气作相对运动时，两者之间相互作用力的关系及运动规律的学科。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过大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。空气动力学对汽车的动力性、经济性、操纵性、稳定性等有着重要的影响。据测试，一辆以时速100公里行驶的汽车，发动机输出功率的80%将被用来克服空气阻力。如果减小空气阻力，就能降低油耗，有效地改善汽车行驶的经济性。因此，汽车造型设计师非常重视空气动力学的应用。厂商在介绍各种汽车性能时，经常提到的“空气阻力系数”，就是空气动力学中的专用名词，也是代表汽车性能的重要参数。

2.空气动力学在汽车造型设计中的应用

世界汽车车身造型的发展与汽车工业在空气动力学上的技术进步息息相关。空气动力学在汽车造型设计上的应用，主要研究降低气动阻力，改善高速和侧风条件下的升力与侧向力引起行车不稳定等方面问题。汽车风阻主要来自五个方面：①外形阻力，指汽车前部的正压力和车身后部的负压力之差形成的阻力，约占整个空气阻力的58%；②干扰阻力，指汽车表面突出的零件，如保险杠、后视镜、前牌照、排水槽、底盘传动机构等引起气流互相干扰产生的阻力，约占整个空气阻力的14%；③内部阻力，指汽车内部通风气流、冷却发动机的气流等造成的阻力，约占整个空气阻力的12%；④由高速行驶产生的升力所造成的阻力，约占整个空气阻力的7%；⑤空气相对车身流动的摩擦力，约占整个空气阻力的9%。其中，对低风阻的要求则是共同的。因此，追求最低空气阻力车身造型，一直是空气动力学研究的前沿课题。

空气阻力系数是衡量汽车性能的重要参数。汽车在行驶中，围绕着汽车重心产生了纵向、侧向和垂直三个方向的气动力。其中，纵向气动力是最大的空气阻力，并受制于空气阻力系数。降低气动阻力是汽车空气动力学优化设计的一项主要内容。当汽车的长、宽、高和整体尺寸确定后，迎风面积便随之确定，设计师便不能在迎风面积上进行过多的调整，只能尽可能地降低风阻系数。据有关实验报告，空气阻力系数每降低10%，燃油节省7%左右。

设计师可以通过以下两种方法降低汽车的风阻系数：一种方法是通过局部的最优化，来逐步降低风阻系数；另一种方法是从具有低风阻系数的汽车造型入手，逐步改变形状，使其成为既符合审美要求又符合空气动力学要求的汽车产品。在汽车造型设计中，汽车的外形一般用圆滑流畅的曲线，去消隐车身上的转折线；发动机舱盖向前下倾；车尾行李箱盖短而高翘；后翼子板向后收缩；风窗玻璃采用大曲面玻璃并与车顶圆滑过渡；风窗与水平面的夹角一般为25°～33°；侧窗与车身相平；前后灯具、门把手嵌入车体；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。这些措施都有助于减小空气阻力系数。在实践中，具有低风阻系数、后行李箱隆起的凹背汽车车身，尽管看起来有些“粗笨”，但由于它有利于降低风阻，同时能提供较大的行李箱空间，因而受到欢迎。(www.daowen.com)

改善高速、侧风条件下的升力与侧向力，可以提高行驶与操纵的稳定性。汽车高速行驶时，由于汽车造型上部和下部气流流速不同，使车身上部和下部形成压力差，从而产生了升力，直接影响汽车操纵的稳定性。为了减小因车速增加所产生的升力，设计师应用空气动力学原理，研制出导流板与扰流技术，将从车顶冲下来的气流阻滞，并使之产生负升力，用来抵消车身上的升力，有效地改善了行驶与操纵的稳定性。例如，奥迪TT226是时代汽车的经典之作（图3-6）。从该车的空气动力学造型上看，平顺光滑的车身表面风阻系数小，空气动力性能大大增强。整车造型严谨，具有良好的理性美特征。从艺术造型上看，该车前风窗与后风窗相互呼应。车身侧围选择了刚毅、平滑的线条。整车造型洒脱、流畅，富有个性。

空气动力学在汽车造型设计中的应用，最早发生于20世纪30年代的甲壳虫形汽车，其流线形车身能够降低气动阻力，但对横风不稳定。50年代，出现船形车身，克服了横风不稳定的问题，而在高速中会产生较强的空气涡流。鱼形车身涡流阻力较小，其侧面的阻力也较小，但在高速时会产生一种升力，使车身挡不住横风，易发生偏差。80年代，出现空气动力性优化的楔形汽车，其车身有效地克服了升力，在减小空气阻力的同时，利用空气动力学技术，改善了汽车行驶的稳定性。楔形汽车符合节约能源、减小风阻系数和提高空气动力学性能等要求，它长头短尾，车头前端低矮，线条前低后高，尾部保持丰满并向上翘起的造型风格。

当前，空气动力学在汽车造型设计的应用主要是为了做到既节约能源、减小风阻系数，又能达到好的车身外观的统一。从设计美学的理性思维方式讲，要按风阻系数理性化设计汽车外形，但产品很可能使消费者感觉到呆板、生硬，缺乏人的主观感性认识和亲和力。在汽车造型设计中，还有一种倾向是感性设计。设计师凭自身的修养和质感体验，来塑造车身形体，体现为产品的视觉效果好。但这种设计缺乏严谨性、缺乏理性化，不仅很难达到空气动力学的最佳风阻效果，而且在工艺结构与加工工艺上也无法实现。我们提倡的汽车造型设计美学方法，是感性设计先行，充分吸纳感性设计的人文气息，使车型表达出独立的民族、地域、时代个性。当感性设计初步方案形成后，再进行理性设计调整。运用空气动力学的理性设计，尽量降低汽车的风阻，尽量符合可以完成的车身结构的特点，尽量满足可以达到的车身加工工艺的要求，使整车设计及各部附件设计趋于标准化、规范化。

图3-6 奥迪TT226