摘要
随着汽车行业的高速发展，汽车的性能也随之提高，高速导致行驶中汽车的燃油消耗大大提高，也提高了驾驶中的安全隐患。通过将空气动力学应用在汽车造型中是节能减排的重要手段。本文主要分析国内外空气动力学在汽车造型上应用的现状，并且论述了汽车空气动力学中的主要问题，最后对汽车空气动力学未来的发展趋势进行了展望。
引言
汽车行业作为我国制造业未来发展的重要趋势，现今汽车的发展，空气动力学性能成为汽车设计的首要标准。随着人们对环境保护的愈加重视和经济的高速发展导致高昂的油价，推动着研究人员开发更加低油耗的汽车。一个优秀空气动力学的设计，不仅可以实现超低风阻大幅度减少油耗，而且利用提高了车身的稳定性。但是由于车辆的燃油问题，整个汽车的行业的发展正面临着窘境，我国汽车使用的内燃机热效率只能达到35%～40%。较低的热效率导致汽油更加的短缺，所以一个符合空气动力学的造型设计已成为车企主要考虑的因素。
国内应用现状
自上世纪七十年代的燃油危机，导致国内整个汽车行业开始重视汽车空气动力学的研究。大批的车企开始投入资金进行风洞试验、 数值模拟和道路试验，以通过优化汽车外形来降低燃油消耗。虽然国内的汽车空气动力学发展较晚,但是现在的技术丝毫不逊与国外, 汽车空气动力学已成为我国车企主要发展方向。在国内汽车空气动力学主要应用在提高燃油经济性、侧风稳定性、发动机冷却性能和驱动性。[1]在汽车驾驶中，驾驶员在车内会有各种各样的噪声，虽然车外的噪声经过车门的过滤会大大降低，但是发生在汽车内部的噪音，比如来自发动机怠速噪音、轮胎与地面的摩擦声、汽车高速行驶与空气的摩擦声——风噪。其中风噪主要是由于在高速行驶时车外空气流速快速增高而产生的负压所导致的，也就是空气的挤压效应。这时使用导流板可以有效地减少了车辆在高速行驶时产生的空气阻力，从而大大降低噪音。
汽车造型的发展和仿生学密不可分。例如甲壳虫、鸟类，鲨鱼等，这些动物都因有独特的身体造型可以在快速的行动时受到的空气阻力较小。我国研究人员发现了一种以捕猎时运动速度闻名的动物——虎甲虫。通过对虎甲虫进行建模与分析发现在高速的运动中，虎甲
虫的外壳附近的空气几乎不受法向力的影响，空气常处于稳定状态，正是这一主要特点，使我国研究人员将其身体后背的造型曲线应用到汽车的快背模型行李舱盖，这一发现可以有效降低当前我国汽车行驶中的空气阻力系数。湖南工业大学采用 MIBA 模型仿生鲨鱼鳍, 在汽车尾底部加装一个仿鲨鱼背鳍对称形状的附加装置, 汽车总减阻率为5.06%，降低空气阻力，实现节能环保。[4]在我国，被动减阻成本较低、可行性较高，如在北京航空航天大学的研究中，对于汽车前轮阻风板的安装位置、 宽、 高及曲率半径这四个因素与风阻相关性进行了研究, 发现阻风板的安装位置对整车风阻的影响不大。
国外应用现状
国外研究发现表明，空气动力学在高尔夫球上凹坑的成功应用给汽车空气动力学工程师带来了灵感。当受到相同的力（即球杆摆动）时，具有凹坑表面的高尔夫球可以比光滑表面的高尔夫球走得更高更远。高尔夫球上的凹痕在较低的雷诺数，为边界层提供额外的动量或能量，导致气流分离延迟，从而减少总阻力。在一个著名的科学娱乐电视节目中，Mythbusters在2009年对汽车表面上的应用凹坑进行了实验。在这个项目中，杰米和亚当用粘土在汽车表面制造了酒窝。他们发现燃油消耗效率有所提高。与普通地面车相比，效率
提高了11%，这被认为是一项重大改进。虽然这不是一项官方的实验或研究，但它已经表明，有可能在汽车表面，甚至火车和飞机等其他运输方式上应用凹痕，以降低燃油消耗。
汽车空气动力学应用过程中问题及解决方法
近年来，空气动力学在汽车造型的应用中，人们自然会发现一些的问题比如如降低空气阻力、提高车身的侧向稳定性和操作稳定性、车身的造型重合度过高缺乏个性化。
空气动力学在汽车造型的应用上越来越广泛。在此，介绍汽车空气力学应用过程中常见的二个问题，并简述其解决方案。
1）空气阻力
汽车行驶中受到较大的形状阻力，是作用于汽车外表面上的法向力的合力在行驶方向的分力，约占空气阻力的55%～65%，可见汽车的造型对于空气阻力的影响。[8]空气阻力并不是恒定不变，当车速不到30km/h时，空气阻力微乎其微，几乎对行驶速度没有影响；当车速超过80km/h的时候，空气阻力约占总阻力的60%以上，成为车辆行驶中的主要阻力。由此可见空气阻力的大小与汽车的行驶速度成正比。
解决方法:实验表明风窗倾斜的越明显，产生的空气阻力越小。挡风玻璃朝后的倾角越
大，空气阻力系数越小，所以可以适当增大其倾斜角；尽量减少车身表面上附带的凸起物品，可以有效降低空气阻力，比如可以把传统突出的门把手改成现在常用的电控弹出式的隐藏把手、嵌入式车灯等[8]。
2）操作稳定性
在行驶中的汽车主要受到空气的升力和侧向力。升力对前后轮的影响显著，若前轮受到较大的升力使汽车升起，汽车就会因为前轮与地面摩擦力的减小导致汽车难以控制；若后轮受到升力的影响使后轮的负荷降低，使汽车的驱动力显著降低。[9]当汽车受到侧面风时，此时来自空气的侧向推力与横摆力矩对于汽车行驶有明显的影响。[10]这时驾驶员就需要时刻注意侧风带来的影响，频繁调整方向会使驾驶员更易产生驾驶疲劳。
解决方法：控制侧风的横摆角，在横摆角为零时，佐右车身受到的压力基本一样，来自空气的侧向力可忽略不计。使用更宽的轮胎或者抓地力更强的轮胎，可以提高行驶的附着力和稳定性。加装尾翼对高速行驶的汽车稳定性有一定的作用。
汽车空气动力学应用发展趋势
空气动力学在汽车上的应用由于其技术特性和其难以攻克的技术难题。但就空气动力学技术自身在汽车造型领域的的发展趋势而言，将会向着个性化、旅居化、安全化三个方向进行发展
1）个性化
在空气动力学越来越普及的时代，使汽车在造型上的设计愈加同质化，不同品牌在设计相似车型时，设计出来的汽车往往是大同小异，只有是在车身上的一些小部位有些许差异，这是大多数车企面临的一个设计难题。在未来，兼具良好空气动力学性能独特的车身造型来满足人们对于各式各样独特样式的车型的追求。
2）安全化
相对于，当前的汽车造型设计虽然能够满足优秀的空气动力性能，但是有时无法保证在行驶中的安全性。在汽车行驶中发生交通事故屡见不鲜，而一个好的汽车造型设计能最大程度保证驾驶员的安全。以后的设计中，安全性也将是设计的重要因素之一。
3）仿生化
近年来汽车的外形设计都和动物离不开关系，各种以速度闻名的动物都有其外形的独特之处，将汽车的造型和动物外形相结合往往有意想不到的惊喜。这种设计趋势不仅可以给汽车的外形注入新的活力，而且能推动汽车造型的快速发展。
结语
目前，随着空气动力学在国内的发展不断加深，在新能源汽车领域的应用变得更加重要。虽然空气动力在汽车上的应用还存在着需要许多攻克的难题，但是汽车空气动力学可以大大提高汽车高速行驶时的燃油经济性和操作稳定性。并且在这个过程将汽车空气动力学与航空领域、航海领域相结合，将促进汽车外形的技术创新，推进空气动力学在汽车外形设计和制造过程中的应用，提高汽车驾驶时的安全性和节能性。
参考文献
[1]王洪正, 李晓峰. 空气动力学在汽车造型设计中的研究与应用[J]. 安徽科技, 2019(11):3.
[2]陈兆俊. 空气动力学在汽车维修中的应用[J]. 汽车维修与保养, 2013(10):70-72.
空气动力汽车原理
[3] 李卓明, 彭思杰, 刘晓月,等. 基于虎甲虫仿生学原理的汽车车身外形优化设计[C]// 2017机械设计国际会议暨第19届机械设计学术年会. 0.
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