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汽车空气动力学造型发展史:1889-1939

2018-02-26 11:59:45·  
　
在汽车诞生之初，空气在提高汽车速度和燃油经济性上一直扮演了绊脚石的角色。工程师、赛车手和企业家都被空气动力学所能带来的潜在收益所吸引，因此在此期间诞生了一批划时代的车型，即使这些车型在他们的时代遭到大众审美理论的挑战。今天拥有良好空气动力学特性的汽车已经成为了主流，但这个过程中充满了坎坷和崎岖。最初
在汽车诞生之初，空气在提高汽车速度和燃油经济性上一直扮演了“绊脚石”的角色。工程师、赛车手和企业家都被空气动力学所能带来的潜在收益所吸引，因此在此期间诞生了一批划时代的车型，即使这些车型在他们的时代遭到大众审美理论的挑战。今天拥有良好空气动力学特性的汽车已经成为了主流，但这个过程中充满了坎坷和崎岖。
最初的流线型可回溯到200年前。乔治.凯利爵士将理想的流线形描述为“一个椭圆形的球体”。1865年塞缪尔.考尔索普申请专利的“air-resisting列车”，即使是今天看起来也非常的前卫。
赛车手，尤其是那些梦寐以求要打破陆地速度记录（LSR）的赛车手，率先向空气动力学寻求了帮助。为了追求最低风阻，1899年金纳茨设计出“子弹型”汽车，名为“永不满足号”(The Never Satisfied)，这款车最高时速超过了105km/h，是汽车历史上首次突破100km/h时速的汽车。不过，这款车底盘极高、驾驶员位置高高凸起，四个车轮与车身轮廓不相融，这些都在很大程度上让汽车的空气动力学性能受到影响。值得一提的是，“永不满足号”还是一辆电动车。
空气动力学对陆地速度记录的提升是巨大的，正如1906年斯坦利的蒸汽机车展现的一样。这辆蒸汽机车在1906年弗罗里达的奥蒙德海滩上，以205.4km/h的记录创下了蒸汽机车的陆地极速纪录，该纪录直到2009年才被英国“灵感号蒸汽车”打破。
随后设计师普遍认为水滴状车身能够带来超低风阻，欧洲在轿车流线型设计方面走在了前面。阿尔法-罗密欧的前身Castagna汽车公司从1914年开始为Count Ricotti设计该车型，该车型是有记录的第一款尝试采用流线型的车。但由于较重的车身，导致其流线型车身没有太大的提高最高车速，并且也存在车内空间利用率低的问题。
毫无疑问，空气动力学乘用车真正的突破是1921年奥地利设计师Edmund Rumpler设计的“Tropfenwagen”（泪珠车）型车。他在设计和工程上与不切实际笨重的Castagna车截然不同，它安装有6缸的中置发动机和摇臂式的四轮独立悬挂。1979年“Tropfenwagen”车在大众气动风洞中进行了风洞试验，试验结果显示其阻力系数为0.28，这一水平，大众直到1988年的第三代帕萨特车型上才达到。
Rumpler设计的“Tropfenwagen”车外形非常的符合空气动力学，但是车身也相当的高，并且四四方方的，这导致在其后的一百年左右，类似形状的量产车主要作为出租车在柏林使用，因为他们内部拥有宽敞的空间。对Rumpler来说这是一个很讽刺的结局，但是他的想法在全球催生了广泛的模仿，打开了整个汽车空气动力学领域。
“Tropfenwagen”车在赛车的影响更加直接和持久。费迪南德·保时捷为奔驰设计的“Tropfenwagen”赛车就使用中置发动机布局和泪珠型车身。 
带有中置发动机和后轴摇臂式悬挂的“Tropfenwagen”车不仅是上世纪30年代汽车联盟赛车上传奇赛车的鼻祖，对今天所有的中置发动机赛车也是。Edmund Rumpler是一位真正的先驱。
匈牙利裔设计师Paul Jaray利用他在航空领域尤其是在设计齐柏林飞艇的经验，为汽车空气动力学设计提出了一个特定的设计原理，并申请的专利。他的专利非常有影响力，在那个狂热的流线型年代，许多公司都在使用Paul Jaray授权的专利。
他早期的设计往往有些怪诞，车身较高，有车身比例和空间利用率的问题。
    Paul Jaray的设计最终成为了主流。奔驰（上图），欧宝，迈巴赫（上上图）和许多其他的德国公司，使用Jaray车身发展了许多的流线型车。这使得这个时代所有的车看起来都很相似。
和阿尔法Castagna车一样这些流线型车也有较大的空间限制。Jaray只解决了汽车的空气动力学问题，而不是像Rumpler那样是在整车设计中将空气动力学考虑进去。但对流线型车来说这仅仅是开始，英国人丹尼斯·伯尼爵士，一位著名的飞艇设计师甚至设计了一辆几乎可飞起来的流线型车，后置发动机，四轮独立悬挂，备胎藏在门，沉头灯，车身几乎没有突出部分，以减小空气阻力和减轻地面对轮胎的磨损。
20世纪30年代奥地利设计师 Hans Ledwinka（汉斯·鲁德维卡）是那个时代最具影响力的设计师。1921年他在捷克Tatra（太脱拉）公司担任首席设计师，他设计了一系列的Tatra流线型车，其采用的摆臂式独立悬挂和后置风冷发动机对影响了全球汽车设计很多年。上图为v570原型车，其定位与德国二战前的“国民车”相一致。
汉斯·鲁德维卡设计的T77车型气动阻力系数仅为0.212，这个记录直到1995年才被通用的EV-1车以0.195的阻力系数值打破。这是一个非常了不起的成就。
T87是1936年问世的一款中高级轿车，它采用了一个创新的流线型车身。汉斯·鲁德维卡设计了一套4轮独立悬架，底盘为后置风冷发动机后轮驱动的结构，因而前行李箱盖设计的更为流线形且高度底，改善了驾驶视野。虽然发动机的最大功率只有55千瓦，但是最高车速却能达到160km/h。
这是1934年德国大众的一款原型车，其与Tatra的v570非常的相似，只是在进一步优化了细节特征。尽管我们看来从视觉上并没有太明显的特色，但在当时这些都是很前卫色设计元素，并且被大西洋两岸的设计师所广泛模仿和共享。
这是美国设计师John Tjaarda在1934年设计的原型轿车，这说明在流线型造型上欧洲并不是唯一的。这款前卫的车成为了1936年林肯Zephyr车的原型。
1934年克莱斯勒推出了“Airflow”车型，“Airflow”保留了传统的前置发动机和后轴驱动配置，但在设计上将发动机前移到前轮上，座椅也前移使其位于轴距范围内，并配合宽大的流线型车身，使得该车的舒适性和操纵性都有很大提高，克莱斯勒甚至还对该车型进行了风洞试验，以减小空气阻力。但由于大众的审美意识以及生产中的问题，花费了大笔资金的“Airflow”的销量还不如克莱斯勒其他车型的四分之一，甚至差点导致克莱斯勒破产。此次失败对克莱斯勒以后的车型风格产生了重大的影响，他们开始回归保守和主流，直到1955的Forward Look问世。在空气动力学上，历史不总是进步的。
1932年航空工程师William B. Stout设计了这款极其宽敞的“ Stout Scarab”车，采用了当时非常罕见的后置后驱布局，使用了承载式车身和福特v8发动机，车厢底板位置非常低，以使车内空间最大，前排座椅能够向后旋转，配置有折叠桌等。短小的尾部，流线型的车头和车身，也使得该车型受到的空气阻力较小。虽然“ Stout Scarab”只生产的9辆，但他启发了日后的MPV和旅行车的设计。
一个更前卫的设计是1933年Buckminster Fuller’s 的“Dymaxion”车型。该车型为三轮式流线型车厢，后轮转向，安装有福特v8发动机，这使得“Dymaxion”车可沿车身进行转向。
另一个鲜为人知的流线型车型是1936年的“Dubonnet Ford”车，其光滑的车身和封闭式轮胎，其最高车速可达到180km/h。
汽车空气动力学在这一黄金时期得到了很大的发展，德国工程师Karl Schl?r在1939年设计这辆名为“Schl?rwagen”的原型车，其原型阻力系数为0.186，70年代大众对这个模型重新进行了测量，其阻力系数为0.15。
这是俄罗斯人把“Schl?rwagen”车作为战利品，进行螺旋桨驱动车辆的测试。
值得注意的是，在1930年代人们对汽车空气动力学的重视，是由于汽车行驶平均速度的提升和高速公路时代的来临，但这一时期空气动力学仍然是前瞻性的任务，因为大多数司机仍以40km/h的速度，缓慢行驶在郊区的公路上。但是第一条高速公路已经开始在德国建造，美国也开始了公路的改进，后续空气动力学将在汽车造型上产生更广泛的影响。  
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