水滴形汽车是最好的空气动力学产物？

汽车是集物理知识于大成的一门技术。谈到物理，编者就兴奋了。因为物理是集各种颠覆“三观”于大成的一门学科啊！从当年的两个铁球同时落地，到没有摩擦力人根本就动不了等等，对当年年少无知的小编开启了新世界的大门。当编者第一次知道水滴形汽车的时候，内心再次懵逼，这不科学啊！头部这么肥大，尾部反而细小，这车开的起来吗？



▲后来直到小编学习了空气动力学才恍然大悟

汽车造型，得先从空气动力学聊起

空气动力学的发展史堪称是汽车造型的发展史，虽然造型设计千变万化，但原理上却是相通的。万变不离其宗，我们不妨还是通过空气动力学来对水滴形汽车设计抽丝剥茧。



▲“决心”是由剑桥大学学生设计的一款十分有趣的太阳能动力车。

以下是一些常见物体在移动过程中的风阻系数：



▲风阻系数=风阻×2÷（空气密度×车正投影面积×车速平方），请不要忽视这看似相近的数据在油耗上带来的巨大差异——5L每百公里（120Km/h时），而且车速越高差异更大。

汽车行驶中要考虑多种力的影响，尤其是空气阻力，水滴形造型的来历正是基于此。关于空气阻力，这就好比我们游泳时，会明显感受到水从四面八方带来的阻力，难以向前。



▲自然界是神奇的，不知大家是否想过，水中的鱼多是前圆后尖的体型。

水滴形汽车的那些事儿

要知道，汽车空气动力学造型从来都是一门实验学科。

得益于风洞测试研究，德国飞艇工程师P.Jaray经过大量测试数据分析（1910s），找到解决形状阻神器——前圆后尖。



▲水滴形汽车的历史太悠久，老得大家都觉得应该丢到后备箱里区了。但历史这个东西啊，真是越读越有味！

基于实验数据分析，P.Jaray提出了流线短尾的J形车身造型。为了进一步降低风阻，在30年代初，德国Kamm教授又根据原有的车身造型，提出了K形车身。




▲上文中提到的“决心”太阳能车，就属于典型的K形汽车。

随着克拉斯勒汽车公司Air Flow概念诞生，全世界激起了一股流线型车身浪潮。虽然有设计师将流线型汽车和水滴形汽车分离开来，但在小编看来，早期的流线型汽车已然带着水滴形汽车的影子。

如今追溯这一段变革似乎顺风顺水，其实不然，不说研究上走的弯路，在量产车型上也出现过设计“缺陷”。最为典型的就属甲壳虫汽车了。



▲现在看来，其实甲壳虫的空气动力学设计并不优秀，这款车尾部有着较大的气流涡区。但总体来说，这款车与J形车身造型还是有着一定的相似性。

K型车的代表之一是Persu Streamliner，这辆汽车是由罗马利亚天才汽车设计师Aurel Persu设计完成的。Persu Streamliner汽车不同于当时市面上的T型车，除开典型的水滴设计外，四轮还被包裹在水滴车身里，进一步降低了风阻。尽管这款车仅配备了1.4L，20匹马力的发动机，它依旧跑出了80Km/h的傲人成绩。




▲可惜的是，Aurel Persu的商业意识并不强烈，错过了产业化生产的机会，这台颇具传奇色彩的水滴形汽车实际上只造了一台。

历史的进程并没有因为K型车身的出现而停滞不前，随着各国科学家和汽车工程师们对空气动力学的研究，车身造型呈现出了多元化的发展。

近些年关于水滴形汽车造型最有意思的当属丰田“汽车飞机”了。这款奇特的“飞机”正是采用了水滴形造型设计。




▲虽然还处在“专利”这张纸上，但我们还是得为丰田的这份大胆点个赞。

为什么市面上的水滴形汽车不多见？

既然水滴形汽车把空气玩的这么溜，为什么不是厂家眼中的香饽饽，反而楔型汽车风靡全球？

自然，水滴形汽车在民用级上还是有些弊端。

万物有两面，搭上“民用”这条船，两面的差异更明显，恐怕“功不抵过”。

虽然具备良好的空气动力学特性，能在动力、操控、油耗上带来很多好处，享受高速行驶（一般不低于70Km/h），但水滴的独特造型无法满足我们日常对空间的追求。试想一下，低矮的后排空间加上捉急的后备箱储物能力，会让多少用户对汽车望而却步。



此外，虽然围绕车身的气流比较平顺，湍流阻力较小，但在高速行驶时会产生升力，降低车轮与地面的附着力，侧风稳定性会受到影响。虽然可以通过局部的造型改进来改善这个问题，但对于民用驾驶者来说，还是存在安全隐患。
着眼未来，水滴形汽车或许会杀个回马枪

设计并拥有两栖或者三栖汽车一直是人类的梦想之一。美国厂商 Edison2 曾在 2010 年开发了一款名为 VLC (Very Light Car)的概念车，虽然这款概念车并不具备多栖作业能力，但其飞行器一般的外形依然受到不少青睐。在2013年，新一代的 VLC 车身设计又延续了原有概念车的飞机型车身，整个车身呈水滴形，能将空气阻力减到最小。




▲上文中丰田“汽车飞机”的造型与之有着异曲同工之妙。

尽管实用性遇到瓶颈，但水滴形设计在概念车上依然如火如荼，各大超跑也都有过类似设计元素。



▲AMG Vision Gran Turismo，水滴状的尾部是典型的奔驰跑车设计特征。



▲柏莱士Bell&Ross Aero GT，水滴形玻璃车顶。



▲福特Shelby GR-1概念车是众多福特高性能轿车中的佼佼者。

小结：

汽车车身造型实在奇妙，作为集合美学与科学于一身的产物，聊个三天三夜也不够。这就好比品酒，我们迷恋的不仅仅是那一杯下肚后的火辣，还有随之而来的历史感、技术感以及美感。水滴形汽车作为空气阻力优秀的代表可能在现今受到了一定的局限，但是随着汽车技术的发展，随着两栖或者三栖汽车的产生，这种造型是否会重获新生值得我们关注。