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看不见的磅礴力量汽车空气动力学到底是什么？

2022年05月11日 15:53:01

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来源：网通社

在文章开始前先问大家一个问题：你知道什么叫百公里电耗吗？你知道怎样提高百公里电耗数据吗？百公里电耗其实跟燃油车里的百公里油耗是一样的意思，在电池也就只能做那么大的前提下，百公里电耗是一台纯电车真实续航到底能有多少的关键。

好了，怎么提高百公里电耗？燃油车要提高油耗表现很简单，无非几点：降低车重、提高发动机燃烧效率，提高变速箱传动效率，减少传动系统磨损，就这么简单。但纯电车可不一样了，电机的恒功和非恒功效率摆在那，你没法动；电车没变速箱，也没多复杂的传动系统。至于车重，那块电池的重量是不可能减轻的，所以也没啥好办法。

所以同样的电池电量，几年前的车百公里电耗普遍18-20，现在居然出现了诸如长安C385，比亚迪海豹这类能把电耗压到12-13的，难道这些车都在变魔术？其实这些车能把百公里电耗压得那么低，归根到底，跟一种无处不在，但看不见摸不着的力量有关---空气。

当水流过鸭子的背

这是一句英国谚语，也是儿童动画片《托马斯小火车》中的一句台词。当水流过鸭子的背会发生什么？水会顺畅地，毫无阻碍地从鸭子那有着流线型曲线的背部流过，从鸭子的尾巴甩出去。这个用常识就能脑补出来的生活化场景，实际上就是最理想的汽车空气动力学形态。

空气虽看不见摸不着，但它是有力量的。当移动的汽车遇上流速较慢的自由流状态下的空气，为了计算便利，我们通常可以把参考系反过来，把正在移动的汽车作为静止物，把被动流经车体的空气当作移动物，因此我们就可以得出一个实验场景，一台静止的汽车，撞上高速空气流。汽车和空气之间的接触位置会产生两种状态，一种是空气顺畅流走，另一种，则是空气被车身的某些地方挡住。在被挡住的地方会产生阻力，这就是汽车空气动力学上最简单，也是最重要的基础概念：风阻。这是一个很多人都知道的概念，风阻越低越好，但，真的如此吗？

气流粘性与气动热学

绝大多数车企都会在宣传中强调，自己的车达到了多么多么低的风阻系数。但实际上风阻系数是一个动态值，换句话说，这个数值是在不断变化的。大部分车企公布的风阻数值，都是基于时速60-80公里下的数据，部分车企会在宣传中指出，在XX速度下得到XX风阻系数。但风阻这玩意，基本上可以说，车速越大，它的值也就越大。

为啥风阻不是一个变化不大的变量？为什么风阻的变量值这么大？难道车体外部线条产生的气流特性，不应该是固定的吗？这里需要引入两个概念：气流粘性和气流热力学。啥叫气流粘性？请大家做个简单实验，打开电风扇最弱档对着你的手吹，记住这种感觉，然后把风扇调到最大挡，或者换个电吹风来吹，你会不会感觉到，你手的皮肤和空气接触的地方，好像有东西在黏住你的皮肤？

这就是气流粘性。简单来说，越是高速的气流在流经带有温度（这里的温度单位不是摄氏度，是K值，没有温度的定义是K值为零，即绝对零度）的静止固体时。气流和固体表面的接触位置区域，大概在固体表面上方0.1毫米的位置，因为受到固体K值的影响，气流（下称自由流）下端会和固体表面产生热融合作用，从而在自由流和固体表面接触上方1-5毫米的位置，高雷诺数湍流（也就是那些高速空气）会产生一种称之为湍流粘度的东西。

原本应该是近似曲线的自由流流线，会在上述这个位置突然产生剧烈的涡旋团，这种涡旋会拖慢一个位置的气流流速，同时会使涡旋团产生的位置与固体接触点产生温升。在前面实验中，你手感知到的“有东西粘着”，实际上就是人体末梢神经捕捉到了温升效应。这种现象，学界称为粘性流体的热力学效应。

请记住我提到的这个涡旋区域，这个区域会随着速度升高也变得越来越大，涡旋也越来越剧烈。这些涡旋会对上方的自由流产生越来越大的拉扯作用，逼着它们减速，这时候就会在自由流的另一层空间产生又一层涡旋团，随着速度越来越高，这些涡旋团层会越来越多，速度到达一定程度，这些层层的涡旋团，会形成一种类似于“气旋团”的东西，在固体上方20-45cm的位置产生阻挡自由流流线的“路障”。这种路障最终会形成气流阻力，也就是风阻。也就是说，车子速度越高，原本不会产生风阻的地方，也可能会产生气流风阻，从而直接增大车子的风阻系数。

割裂不受控的空气

既然有这种现象，那么怎样才能确保车子在不同速度下的风阻都尽可能接近厂家公布的那个理想值呢？如果你能完全看得懂我上面的理论分析环节，那么我要再加一句：形成粘性气流团的前提，是固体表面拥有足够的连续长度及连续曲度。说人话就是，上述那种现象，只会在一块线条流畅的，而且足够长的平面上才会出现。

所以要让空气不至于“聚众闹事”，不至于失控，最有效最简单的办法其实很简单：打破固体表面的曲度和连续性就可以。说白话就是，在车体上故意设置一些奇奇怪怪的突起或凹陷，让车辆的每一块蒙皮都无法形成完整的连续曲面，这样由于固体附着面不足，气流会在固体连续曲面的末端发生一种叫边界层剥离的现象，边界层剥离会严重冲击气流本身拥有的内部动能，等于直接打散了气流本身。无法形成持续且强大动能的气流，自然也就无法形成上面提到的多重粘性层了。被动风阻的问题可以直接迎刃而解。

所以这也就是为什么你们看到几乎每一台百公里电耗（燃油车阵营同理）足够低的车，它的外观都一定是非常特别的，有着很多奇怪的凸起凹陷。所以下次你们再看到一些外观怪异甚至有点丑的纯电新车时，先别急着骂设计师，很多时候，这是设计师故意这么设计的。不过当然了，也有些车能在实现了气动力学效应的同时，还能把外观设计得相当和谐且具有科技感的，长安深蓝C385就是个典型例子。