汽车空气动力学套件

要说空气动力套件还要从车辆的空气动力学讲起，当汽车行驶时，汽车周围的空气流动会对车辆产生各种各样的影响，空气能对汽车产生阻力、消耗能量、影响行驶稳定性；但另一方面，车辆的发动机、刹车等主要部件冷却又需要空气。

除此之外包括气流的噪声，车身外表面的清洁，各种覆盖件的震动，甚至还有雨刷性能都会受到空气气流的影响。



从图中可以看出来两厢车的车顶气流在流动到后车窗时突然下降，形成较大的涡流，使后车窗玻璃更容易蒙上尘土，所以两厢车的后车窗需要更频繁地使用雨刷。因此，了解空气对车辆的影响是十分必要的。

一、为什么要加装空气套件



汽车在行驶时，气流与车辆相撞而分开，一部分气流会从车顶上方飘过，一部分从车底飘过。车顶气流行程较车底气流更长，气流密度较低。



根据伯努利定律：流体速度越快，压力就会越小。因此，汽车顶部所受的空气压力要比底部小，结果就会产生向上的空气升力。



然而，升力是飞行的要素，对在地面上行驶的车辆来说升力会对抓地力产生较大影响。升力越大，车辆的稳定性就越差。车辆的空气动力套件多半就是为了改善和平衡汽车高速行驶时的动力与稳定性能。



以车辆的扰流板为例，其形状与飞机机翼一样，但是上下反过来放置，目的是产生下压力，增强车辆后轮的下压力，从而保证车辆高速行驶时的稳定性。
以上讲的都是实用原因，现代汽车大都在设计上偏向运动风格，而一套漂亮的空气动力套件又具有提升视觉冲击的作用，这也是各种改装人士喜欢给爱车加一套“包围”的原因。

二、车上都有哪些空气动力套件

车辆设计已经很大程度上决定了车的外观形状，当底盘被全部覆盖时，剩下可以引导气流的最有效区域就是车身了，我们从前到后来看看车身上都有哪些空气动力套件吧。

1、车头上的空气动力套件包括前保险杠、机盖、翼子板等。



保险杠前面的扰流器一般是为了减少车底气流的流量以及乱流，让气流能够更加快速地向车后流动。



车头前两边狭窄的通道可以引导气流穿过前裙板和车轮，从而减少轮中的空气湍流，降低车辆油耗，简单有效地减少车身阻力，并冷却重要部件。



机盖上的扰流设置主要为开孔，帮助进气和排气。空气通过进气格栅进入发动机舱，然后通过机盖的开孔排出，就能带走一部分发动机散发出的热量，给发动机舱提供更加有效地散热。



翼子板的通风装置一般位于前轮拱的后面，主要作用是使车身平整化，并且降低风阻，降低油耗。

2、车身侧面的空气动力套件有侧裙、车轮

侧裙的使用主要是为了获得更大的下压力。侧裙将车身底部的空气流动区域变窄变规整，使空气能够更快速地流过车底，形成所谓的真空区（负压区），使得车辆产生更大的下压力。



简单点理解，侧裙就是用于将底盘密封起来，使底盘气流与车顶气流形成压力差，从而加大下压力。
完美的空气动力学并不止于车架，在车轮周围，轮辐的转动时常受到空气干扰，以至于妨碍气流的最优行程。空气动力学车轮就可以有效地抵消这种干扰，可以引导气流沿车两侧流动达到最优效果。



例如宝马7系的空气动力学车轮就可以降低风阻，减少排放，同时又提升了驾驶乐趣。

3、车尾的空气动力套件包括后保险杠、尾部扩散器以及尾翼

后保险杠的主要作用是保护车身和行人，但一些后保险杠两侧会有通风口，它的空气动力作用就是将后轮拱内的紊乱气流迅速排出。



后保险杠两侧开口的主要作用是，为了使车辆行驶时后轮拱内紊乱的气流得以迅速排出，从而增加车辆的行驶稳定性。



尾部扩散器可以在车辆行驶时将底部的气流迅速导出，从而提升下压力。极具侵略性的造型也能让它拥有更高的识别度，同样也是提升整车运动气质的附件之一。
最后，车辆尾部最常见的空气动力件就是尾翼了，对于民用车来说，尾翼更多的只是起到装饰作用。



城市道路上的行驶车速达不到用尾翼来提供额外下压力的条件，当车辆行驶的速度低于100km/h时，车体表面的突出物越小，车身的线条越流畅，风阻系数才会越小，而此时的尾翼只会增加阻力。当车速超过120km/h时，尾翼的优势才能凸显出来。

三、汽车空气动力学套件设计要考虑的三个要素

高性能车辆空气动力学套件是围绕着改善车辆的气动阻力、气动升力以及汽车的空气动力稳定性展开的。其中三个最重要的设计要点是：升阻比、导流以及风压中心。
升阻比

升阻比的概念顾名思义，就是在同一迎角下升力与阻力的比值。为什么要引入这个概念？对于车辆的空气动力学套件设计而言，如果把车辆比作一个不理想流体的话，那么空气动力学套件的作用就像是破衣服上的补丁，用来将车辆这个不理想流体的各个细节补完整，空气动力套件就必然不会是符合理想流线的造型。空气动力学套件在带来流场变化的同时也会带来阻力和升力。这个时候，就需要升阻比的概念来优化空气动力学套件的理论值。



拿尾翼来说，高性能车往往都会在车辆尾部加入一个大尺寸的尾翼，理由就是带来负升力，为车辆的尾部提供高速行驶过程中的下压力。但是，尾翼在带来下压力的同时也必然带来了空气阻力。所以，在设计尾翼时，就必须通过好的翼型来获得一个较大的升阻比。从理论上看，升阻比当然是越大越好。负升力越大，轮胎的极限附着力就会越大，再匹配上合适的动力，那么地面能够提供给轮胎的驱动力也越大。当然，阻力也是随之增加的。

好的升阻比设定能够让额外增加的驱动力抵消掉阻力的增加并且有所剩余，继而达到提升车辆过弯速度的目的。一般来说，负升力与翼面的迎角呈正比关系，随着迎角的增加，负升力随之加大，与此同时，阻力也越大。但是，尾翼的迎角又不能一味地增加，当迎角超过临界点时，流经尾翼下表面的气流就会出现严重的气流分离，继而形成一个大涡轮，直接导致升阻比的急剧变小。所以，现在的高性能车尾翼都会采用较长的翼展或者在翼片末端加入一小块格尼襟翼以增加负升力。

导流

导流的设计则是运用到了空气的粘滞性进行的空气动力学套件设计。所谓空气粘滞性，就是当气体相对于物体表面运动时所产生的内摩擦运动所导致的与该表面基础的气体受到阻滞而使得相对速度为零。简单点说，就是气体会沿着物体表面的形状而改变其流向，这叫贴壁效应。那么，通过这一原理，导流措施的加入就可以用于改变气流走向来减少某些部分的空气阻力或增加进气效率。



在现代高性能汽车空气动力学套件的设计上，导流措施最多运用到的地方就是减少进入底盘的空气、减小轮胎的阻力以及提高发动机的进气效率。关于导流结构的设计，一般来说可以分为三种：

第一种是加挡板直接阻止空气的进入。最常见的套件就是车辆前保险杠前方的扰流唇，在一部分的民用车型上也可以见到在轮胎前方的挡板。
第二种方式就是利用前面讲到的贴壁效应来改变气流的方向。比如宽体化的翼子板套件以及马蹄形的扰流挡板，往往可以实现把气流导向轮胎的内外侧，以降低轮胎的扰动阻力。
第三种方式就是引入外部气流。引入外部气流的原理就是通过一股高速运动的气流吹动慢速运动的气流，以此来改变慢速气流的流动方向。这种方式多出现在中后置发动机的跑车进气道设计上，通过导流槽的设计将高速空气引入，改变流经进气口周围空气的方向，直接进入到进气道。当然，对于民用车而言，进气格栅、中格栅内部的导流槽，包括外后视镜上的破风槽、引擎盖上的特征轮廓设计都是这种通过引入外部气流的方式实现的效果，这里就不多做描述。

风压中心

最后来讲风压中心的概念，而这也是整个汽车空气动力学套件设计过程中最为原则性的设计。风压中心是车身表面气动力合力的作用点，而这个点的存在对于整车的行驶稳定性极为重要，甚至还会影响到车辆的转向特性、运动时的前后轴荷分配、侧向力力配比等等方面。对于高性能车型上所搭载的空气动力学套件而言，通过空气动力学套件的作用改变风压中心，还可以起到一个调整车辆转向特性的作用。比如，量产车型的转向特性都偏向于转向不足，那么，要实现接近中型转向的特性，就可以通过尾翼等空气动力学套件的运用，后移车辆风压中心的位置，让后轴多分配到下压力，那么就会趋向于中型转向。

不过，车辆在处于动态行驶的过程中，前后轴的载荷是一直在变化的，如果过度的运用空气动力学套件来改变车辆的转向特性的话，那么必然会干扰到底盘对于转向系统的调校。而且，风压中心的存在还会影响到高速行驶过程中车辆的质心位置，改变车辆的侧向稳定性。比如在车辆转弯的时候，质心外移，车身姿态的改变会导致车辆四轮载荷的不均匀所产生横摆力矩，如果这个时候风压中心的移动超过质心的移动，必将会加速车辆姿态的改变。所以，通过空气动力学套件来调整的风压中心还是要尽量与整车的质心所贴合。

当然，对于车辆空气动力学套件的设计远非上述几点，但是，一款好的空气动力学套件必然要具备以上几点基本要素。所以，空气动力学套件还真不是看上去好看想装就能装的。