車身的造型設計除了關乎美感和藝術(shù)外,，還涉及到空氣動力學,。本文主要對造型設計的空氣動力性能進行簡單介紹。

一,、概述

造型設計應使汽車有盡可能完美的藝術(shù)形象和空氣動力性能,，保證汽車有良好的適用性和工藝性。這里重點關注空氣動力性能,。

汽車行駛時,，作用在汽車上的空氣動力載荷主要有6個，分別為：

3個空氣動力：空氣阻力,、舉升力和側(cè)向力,；

3個力矩：翻滾力矩（繞X軸）,、俯仰力矩（繞Y軸）和偏航力矩（繞Z軸）,。

這就是常說的空氣動力6分力，如圖1所示。

所有空氣動力的合力作用點稱為“汽車空氣動力中心”,，其具體位置隨汽車外形的變化而異,，可以從汽車側(cè)面形狀進行粗略估測，如圖2所示,。

接下來將分別對空氣阻力,、氣動升力和側(cè)向力等進行介紹。

二,、空氣阻力

1,、基本介紹?？諝庾枇κ瞧囍本€行駛時受到的空氣作用力在行駛方向上的分力,，分為壓力阻力和摩擦阻力。

壓力阻力是作用在汽車外形表面上的法向壓力的合力,、在行駛方向上的分力,。包括形狀阻力、干擾阻力,、內(nèi)循環(huán)阻力和誘導阻力（見文末Note1）,，在一般轎車中，這幾部分大致所占的比例分別為58%,、14%,、12%和7%。

摩擦阻力是由于空氣的粘性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力,、在行駛方向上的分力,，約占比9%。

2,、計算公式,。空氣阻力F的計算如下式所示：

F=C*ρ*v²*A/2

其中,，C為空氣阻力系數(shù),，常是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，也可根據(jù)具體車型確定,。在車速較高,、動壓力較高、而相應氣體粘性摩擦較小時,，C將不隨Re變化,；ρ為空氣密度，常為1.2258kg/m³,；v為相對速度,，無風時即為行駛速度(m/s)；A為迎風面積，即行駛方向的投影面積(m²),。

當車速單位為km/h時,，上式變?yōu)?/span>F=C*A*v²/21.15，也即F正比于C和A,。由于A受限于乘坐空間不易減少,，因此主要是降低C。

三,、氣動升力

1,、基本介紹。氣動升力垂直于汽車的運動方向,，即垂直于地面,，上為正、下為負,。

氣動升力對安全行駛不利,，會降低輪胎的附著力，從而影響汽車的驅(qū)動性,、操縱性和穩(wěn)定性,，須盡量降低。質(zhì)量輕和質(zhì)心靠后的汽車對升力更敏感,。

2,、產(chǎn)生原理。和飛機機翼原理相同,。

飛機的翼形,，上面是凸的、下面是平或凹的或微凸,，這樣流過它上面的氣流速度更大,。根據(jù)伯努利原理，上面的壓力更小,，從而產(chǎn)生正升力,。

升力與物體的形狀有關，升力值的變化取決于流過物體上下表面的氣流是否對稱,。

三廂式轎車上表面呈凸形,，故也會產(chǎn)生明顯的正升力。但汽車與飛機不同,，要求其升力為負值,，所以要求汽車車身整體外形接近流線形或楔形，以減小升力,。

判斷汽車的升力時,，常用中線,、弦線和迎角這類概念（見文末Note2）。

3,、減小升力的措施。主要包括四個方面：

(1),、采用負迎角造型,，減少流入汽車底部的空氣，避免氣流阻塞的同時,，也利于向尾部疏導,，從而減少升力；

(2),、汽車前端底部加一個擾流板,，減少進入底部的氣流量，也利于氣流的流動,，減少升力,；

(3)、使汽車底板的尾部上翹一個角度,，以疏導底部氣流,，降低升力系數(shù)；

(4),、汽車底板還應向兩側(cè)略翹,，使底部氣流部分流向兩個側(cè)面，加快底部的氣流速度,，使升力下降,。此外，高速賽車的尾部增加機翼倒置的負升力翼,，以加大負升力,。

四、側(cè)向力和汽車的空氣動力穩(wěn)定性

1,、基本介紹,。在汽車行駛中遇到側(cè)向自然風，或在轉(zhuǎn)彎,、超車等情況下,，就會存在氣動側(cè)向力、偏航力矩和翻滾力矩,。

如果側(cè)風強烈或汽車外形設計不當,，嚴重時就會使汽車失去穩(wěn)定性、造成事故,，這就是汽車的空氣動力穩(wěn)定性,。

2,、設計原則。前述汽車空氣動力中心AC又稱為風壓中心CP,，其位置對空氣動力穩(wěn)定性影響較大,。

通常會將風壓中心設計在質(zhì)心之后，這樣產(chǎn)生的橫擺力矩就會使汽車逆時針方向轉(zhuǎn)動,，從而削弱了側(cè)向風力的作用,，使汽車趨于穩(wěn)定，如圖3所示,。

圖3 風壓中心位置?的影響

因此,，造型設計時，盡量減小汽車前部側(cè)面的投影面積,，使風壓中心靠近后軸,。有時還會在汽車后部效仿飛機加裝尾翅的造型，提高側(cè)風的穩(wěn)定性,。

3,、其他。通過空氣動力學的研究和汽車風洞試驗,，可以得到汽車周圍的氣流分布情況（流譜）,，以及汽車周圍的氣壓分布，從而可以決定乘坐室的通風口位置,、車外飾件及發(fā)動機冷卻氣流的正確導向等問題,。

形狀阻力：占比最大,，與車身主體形狀關系很大,；

干擾阻力：是車身表面突出物，如后視鏡等引起的阻力,；

內(nèi)循環(huán)阻力：指發(fā)動機冷卻系,、車身通風等所需空氣流經(jīng)車內(nèi)時構(gòu)成的阻力；

誘導阻力：空氣升力在水平方向的投影,。

Note2,、中線、弦線和迎角簡介：

中線是汽車橫截面中心點的連線,，中線與前端面和后端面的交點稱為前緣和后緣,。前緣和后緣的連線稱為弦線，弦線與水平線間的夾角稱為迎角,。

一般規(guī)定前高后低的弦線,，其迎角為正，反之為負,，如下圖示：