想乘风回家，又怕琼楼玉宇。 ——苏轼《水调宋头，月何时来》
谁不想乘风破浪？但现实是残酷的。在大多数情况下，移动物体必须考虑空气的影响。就像一架飞机依靠气流来提升升力，但也克服了空气阻力。气如水，能载舟也能覆舟。空气动力学是一门大学问题。涉及的概念非常庞大，包括风阻、升力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩、侧倾力矩、气压分布等，能耗、操控性、安全性、汽车功能的辅助设备、舒适性等。本章主要讨论与造型密切相关的抗风能力。
最近，比亚迪汉凭借其0.233的风阻系数走红。有朋友问这个性能好不好？做低风阻系数难吗？其背后的原理是什么？
首先，比亚迪汉0.233的抗风能力确实不错。应该是全球量产车第一梯队（不包括不实用和实验车），全球最好的电动车，中国最好的国产车。从结果来看，比亚迪汉的低风阻数据确实不错。其次，低风阻系数很难做出，其背后的原理涉及面很广，包括流体力学、空气动力学、造型设计等。这不仅涉及技术积累和突破、资金和时间投入，还涉及多种需求（车辆空间布局、法规、成本、造型、NVH、材料、性能等）的平衡。
量产车的阻力系数排名
0.22奔驰CLA、宝马G30 5系0.23奔驰E级、奥迪A4、比亚迪汉0.24奔驰S级、特斯拉Model S、特斯拉 Model X、丰田普锐斯
原则
汽车的空气动力学对能耗、加速和操控性有巨大影响。风阻（或空气阻力）的概念属于空气动力学范畴。移动的空气（或风）如何对移动的汽车产生作用？空气对移动的汽车产生阻力。这里有三种基本形式。一是抗冲击性，包括气流冲击汽车的前部、侧面和举升。二是摩擦阻力，即气流与机体表现出的摩擦力。三是造型阻力，主要是绕过汽车周围的气流，产生不同形状的各种涡流，尤其是车尾和前窗的侧面。大小涡流消耗能量，尤其是车辆后部压力降低，产生压差阻力。
首先，简单介绍一下伯努利流体力学定律：当分子的能量分布因流速的变化而发生变化时，压力也会发生变化。其数学方程式如下：P0=P1+12v12=P2+12v22。物理简化的一个例子，假设一个无限大的箱体压力P0，流体进入容器的流路更大2022suv汽车风阻系数排行榜，流速变慢，压力变高；反之，流速变快，压力变小。飞机机翼产生升力的原理是：机翼上表面有凸曲线，流道变小，但流速不变，所以流速变大。根据伯努利原理，压力变小；机翼下表面平坦2022suv汽车风阻系数排行榜，流速更小，压力更大。上下两侧之间的压力差导致升力使飞机保持运动。同样的道理也适用于汽车，尤其是在高速行驶中，电梯会使汽车产生漂浮感，车轮与路面的接触力减小，容易发生事故。
其次，要了解风阻方程和车辆运动的基本方程。 Fd= 式中Fd为风阻，为空气密度，v为车速，A为正面投影面积，Cd为风阻系数。该公式也适用于空气升力 Fl 和侧向风 Fs。 F=Fd+Ff+Fi+Fa=+(Gcos-FL)f+Gsin+ 其中——风阻，包括空气密度、车速、正面投影面积和风阻系数； (Gcos-FL)f——汽车在斜坡上的滚动阻力，包括气动升力； Gsin——斜坡方向的重力分量； - 考虑到旋转质量转换因子的汽车加速度。从这两个公式可以得出两个简单的结论： 1. 风阻系数影响风阻和能耗。车厂可以主观改变的风阻参数只有两个：风阻系数和正面投影面积，衡量空气动力学质量。比如奥迪A8和保时捷911比较，风阻系数都是0.29，但是正面投影面积是2.25平方米，后者是1.95平方米，所以保时捷的空气动力阻力更小。 2、功率是车速和驱动力的乘积。因此，风阻所消耗的功率与车速的立方成正比，而滚动阻力所消耗的功率只与车速的立方成正比，这意味着在高处风阻所造成的功率损失速度会很大。例如，车速每增加2倍，阻力增加4倍，能耗增加8倍。
降低风阻系数有什么好处？低阻力系数对于节能和噪音尤其重要。首先，低风阻降低了能耗。当汽车以 80 公里/小时的速度行驶时，以 60% 的功率克服风阻。对于传统燃油车来说，低风阻有助于节省油耗。一般来说，风阻系数每降低10%，燃油经济性就会提高7%。对于新能源汽车，考虑到电池组密度和轻量化投资的限制，一般风阻系数每降低10%，可以节省3%-5%的电耗，也就意味着续航里程可以提升。其次，低风阻降低了 NVH（噪音、振动、粗糙度）并提高了乘客的舒适度。气动涡流产生噪声，其强度取决于速度和涡流强度灯，类似于喷气式飞机的强烈气动噪声。气动噪声和阻力系数密切相关，其本质取决于汽车的形状和空气的粘性。风阻系数小、汽车密封性好、气动噪声低是好车的标准之一。
风阻系数主要与外形有关，流线型车身是风阻系数低的前提。首先要了解的是不同形状模型的风阻系数。垂直平面体的风阻系数等于1Cd作为参考。由此可见，水滴形状的风阻系数至少为0.04，从另一个角度理解有帮助：下雨时，雨水落入阻力最小的形状由空气形成。倒数第二个最低的阻力系数是半水滴形状。现实中，世界上风阻系数最低的车是1939年的德国试车Schlö，0.15Cd，形状类似半个水滴，见下手稿。另一款德国大众概念车 XL1 是 0.189，但外形不实用，有两个座位，几乎没有储物空间。其次，要了解风阻与外观的关系。就风阻贡献率而言，一般车形和车身比例占40%，车轮及其面积占30%，车底占20%，进入车体的气流占10%。为了降低风阻系数，工程师首先要做的就是减少迎风面，帮助空气顺畅地靠近上下车身通过。其他通用措施包括降低前脸、优化冷却风口、增加前脸角的曲率、前挡泥板向前缩回、增加前窗玻璃的倾斜角度、将整个车身和底盘压扁、缩回后挡泥板向后。 ，减少车轮区域的涡流等。虽然很难给出具体的空气动力学优化阻力系数改进值，但人们可以根据长期经验给出一个近似数量级的范围。比如车高降低10mm，风阻系数会降低约0.003-0.008；车底变平，风阻系数降低约0.01-0.04；加装车轮导流板，风阻系数降低约0.002- 0.01;但是如果打开窗口，阻力系数会增加大约0.01-0.02等。
如何确定和优化风阻系数？传统上，多采用风洞实测的方法。用风速模拟汽车的速度，然后用测试仪检测汽车抵抗风速时的总受力。那么总的力减去车轮与地面之间的摩擦力就等于风阻。然后用空气动力学公式计算阻力系数Fd=。然而，风洞测试非常昂贵，被称为汽车行业的最高测试。全球约有50个风洞实验室，主要分布在欧美和日本，中国更少。上海同济大学的风洞价格稍微实惠一点，已经高达每小时75万，测试一天要90万。一个模型从模型到真正的汽车至少需要100个小时，花费数百万到数千万进行风洞测试是很正常的。另一方面，车企愿意花钱进行风洞测试，这也是豪华车与普通品牌在研发上的区别之一。除了风洞，一种低成本技术正在兴起：结合湍流理论的计算机流体动力学 (CFD) 模拟。汽车外流场数值模拟是利用数值模拟的方法分析汽车在行驶过程中的空气动力特性，从而提高空气动力性能，节约成本，提高设计优化效率。但由于计算机模拟对建模的要求较高，与实际环境参数不同，存在一定的误差。因此，仍以风洞试验数据为依据。
历史
从全球汽车造型史来看，从1844年卡尔·本茨发明汽车到19世纪末，工程师们基本上对风阻系数和造型的关系一无所知。从1910年到1950年，流线型车身设计受到关注。例如，1913年意大利的流线型车型率先开始风洞试验并获得美国专利。从1940年到1960年，由于福特流水线生产模式的兴起，它强调机械简化，弱化造型。例如，大众甲壳虫和迷你车以其简单、耐用和廉价的燃油效率而风靡全球。 1950年至1970年，造型设计突出，出现了长尾鳍和短尾的楔形机身。 1970 年代和 1990 年代的石油危机使负担得起的日本汽车风靡一时。 1990-今天，经济发展，追求个性，追求内外兼修。
从汽车空气动力学的历史发展来看，卡尔·本茨发明汽车后，德国开始利用航空风洞研究车身形状。后来，德国工程师 P Jam 发现，前圆后尖的物体阻力最小，比如鱼和鸟的大小。 1934年，美国的W Elay教授用风洞测量了各种车体的空气阻力系数。 1930年代， J.在研究汽车表面的压力分布后提出了差压阻力。 1940 年代，法国人 L. Rommi 提出诱导抵抗。随后英国人发现了汽车的外形特征与风阻系数之间的关系，并提出了一种估算气动阻力系数的方法。 1960 年代德国 - 发现带有突然末端的方形后端有助于降低风阻。这驳斥了长期以来的观点，即长尾锥适用于任何流线型车身。 1967 年的 BMC 1800 因其独特的线条和设计而被认为是现代空气动力学设计的鼻祖。 1970年雪铁龙推出的GS车以0.31Cd成为当时世界风阻系数最小的量产车，前倾前倾，后倾快，后方形后倾作为标准。在 1970 年代，汽车空气动力学成为一门独立的学科。然后，各大汽车制造商开始进行空气动力学比赛，直到今天。包括老牌汽车厂商奔驰、奥迪、宝马、通用、福特，后起之秀丰田普锐斯、特斯拉Model S/X、比亚迪汉也开始脱颖而出。
技巧
让我们探索一些最优秀的汽车制造商如何优化阻力系数。从最佳风阻系数榜单来看，奔驰是唯一一家风阻系数涵盖0.22-0.24的厂商。由此可见，奔驰不愧是最重视风阻系数的厂商之一。我以为奔驰在风阻系数方面的杀手锏研究包括风洞测试和车轮扰流板。
全新 BMW 5 系实现了同级别中最低的风阻系数0.22。除了得益于优化的外形设计，还有一些独特的秘密。
华夏之光的比亚迪汉，其风阻系数0.233已达到世界第三，国内第一。目前，风阻系数低于0.235的量产轿车不足10辆。在这个范围内，风阻系数0.001每下降一次，就意味着开发难度和投资成本成倍增加。下面简单说一下比亚迪不为人知的一些低风阻技术：
其实这些技术都不是很成熟，关键是车厂愿意花时间和成本去做。例如，中网的主动开合虽然需要耐久性，但属于成熟技术；低风阻车轮只需要精心设计；空气幕是更多的零件和成本增加。造车不能单纯追求低风阻系数的极致。需要考虑的因素很多，包括汽车载人或载物的功能、工艺水平、成本和大众审美。
误会
最后，我想谈谈消费者普遍存在的两个误解。首先是跑车的风阻系数。国内汽车厂商有时喜欢用标杆、夸张的语言做广告，却不知道自己犯了低级错误，比如跑车的风阻系数。说说跑车风阻系数的奥秘吧。
二是改装尾翼。尾翼、扩散器、涡轮和碳纤维车身被称为四件式汽车改装。有些人喜欢自己做。但是，改装存在风险，尤其是尾翼。如果改装不正确，空气动力学特性就会变差，汽车也会被毁坏。尾翼的作用是增加对空气动力升力的下压力，增加驾驶的安全性和稳定性。有些人认为尾巴是一个倒置的翅膀，但并不是那么简单。尾部能发挥良好作用的前提是工程师需要做足够的风洞试验和计算机流体CFD模拟，考虑安装角度、翼型、支撑板、升阻比、尾部附近的流场等例如，后翼子板的安装位置过高，会使汽车的俯仰力矩增大，前轮的下压力减小，从而使汽车在高速行驶时的操纵稳定性变差。如果侧支柱部分的宽度过大，则横向力变大，这也恶化了操控性。如果尾翼安装不当，也会增加风阻，增加油耗。裸露的尾翼也是一个强大的噪音源。因此，首先要了解其空气动力学的物理原理，然后观察尾部附近的流场，最后需要进行CFD仿真优化，使尾部发挥应有的作用。