空气动力学（一）

撰文/谢欣哲

什么是空气动力学？顾名思义，它是一门力学，用来研究空气流动时对物体产生的力。在忽略横向侧风(Z轴)影响的情况下，赛车受到的空气流动产生的力主要由两个组成部分，一个是空气阻力（ X轴），另一个是我们常说的下压力（ Y轴）。

根据前辈们的研究，以下公式被广泛用来估算一个物体受到的空气阻力：

ρ是空气密度。一个空间的密度越大物体要穿过它就越困难。常温下空气的密度大约在 1.225kg/m3 左右，水的密度在998kg/m3 左右。试想同样的人，穿过空气行走100米和在泳池里穿过池水行走100米所受到的阻力和要消耗的能量肯定是不同的。赛车很多时候也会利用空气密度的变化来减小空气阻力，我们常说的“抽尾流”就是这个原理，前车车后的空气较为稀薄ρ值较低，所以车辆受到的阻力也更小。后车在这段低空气密度区内行驶利于提高加速度和极速。

“抽尾流”的作用在SIC上海国际赛车场和KIC韩国国际赛场这样有长直线的赛道作用尤为明显，帮助提高赛车极速2-5公里是很正常的，反应到圈速上则能挤压出0.3-0.5秒的优势。去年很多场比赛我和欧阳若曦都在排位赛中运用了相互抽尾流的方式来提高圈速，抢占有利发车位。在比赛中我们也经常能看到赛车在直线上首尾相连，后车“藏”在前车之后也是为了提高直线速度，用来接近前车或为超车积累速度优势。

V指速度。空气阻力与速度成正比，速度越快，受到的阻力越大，当车子静止V=0时，汽车不受空气阻力。同时V也是公式里唯一一个以平方倍数（V2）影响空气阻力的变量。也就是说车速100km/h时受到的阻力是 10km/h时的100倍，而不是10倍。下图可以看到，空气阻力随着车速的提高而快速增长。当车速超过80km/h时，空气阻力会超过轮胎滚动阻力，成为车辆阻力的最重要来源。当车子受到的阻力等于车子的动力时，车辆达到极速，几乎所有的引擎动力都用来克服空气阻力。

在现实生活中风向对车子受到的阻力也有一定影响，顺风时，车子与空气的相对速度减小，风阻下降；逆风时，车子与空气的相对速度增加，风阻上升。

A是撞风面积或投影面积，空气阻力同样与其成正比，撞风面积越大，阻力越大。举个简单的例子，用手在空气中快速挥动一张扑克牌很轻松，而要快速挥动一张大尺寸的纸板就没那么容易了。在赛车改装的过程中，工程师也希望尽可能减少撞风面积，比如说改用小尺寸的后视镜等。

Cd代表风阻系数，是衡量一台汽车空气动力学性能优秀与否的重要因素之一。Cd与汽车受到的空气阻力成正比，Cd越小，汽车受到的阻力越小。

笼统的说，流线型好，棱角少，表面光滑的车型风阻系数低。为了追求高下压力，赛车会使用更为激进的外形设计，因而Cd通常会比普通轿车更高。影响一台汽车风阻系数的因素实在太多，汽车设计师为减小Cd做出的设计也是五花八门，关于Cd我会在后面的文章中单独拿出来细讲。

单位注解：Kg/m3 千克每立方米、Km/h 公里每小时

本文刊登于CTCC《中国大赛车》2015年第五期，部分图片来自网络