压差阻力主要影响因素

1.车头形状的影响

车头造型对气动阻力的影响很大。对于轿车，没有良好的头部气动造型，其他部位造型再好其效果也大打折扣。头部造型的目的在于减少头部所形成的正压区，使正压区越小越好，以减小压差阻力。典型的现代轿车的前端的压差阻力系数值约为0.09，发动机室盖的压差阻力系数值接近于零，而前风窗玻璃的压差阻力系数值约为-0.035，因此轿车前端压差阻力系数值约为0.055。不同的前端外形，就有不同的压力分布，致使前端阻力系数不同，因而改善前端的设计是降低气动阻力系数的重要途径。好的前端设计，可能使其阻力系数变为负值，即可达到-0.015。图5-45给出了不同车头形状对压力分布的影响。由图可知，大弧面车头（如图5-45a、b）的正压区较小，而其他车头（如图5-45c、d）的正压区较大。因此，大弧面车头的减阻效果较好。

为了获得大弧面车头，现代轿车前脸的设计一般采用以大块弧面作总体布局，而后按各组成部件作小块分割，在各衔接处做好圆滑过渡，以保证装配后的整个前脸能达到设计预期的指标要求，直观上也显得顺畅平滑。有的车型为了保持大孤面的整体性，还把散热器面罩和发动机室盖连成一体；前保险杠灯灯面与杠面取平。图5-46给出了几款风阻系数较低轿车的车头前脸，它们的共同特点是：前照灯与周边的部件——如发动机室盖、翼子板、保险杠、进气格栅等的相接处基本同处于一大弧面上。这种良好的前脸造型与整车获得较低的风阻系数是密切相关的。这些车头的形状之所以具有较好的减阻效果，主要原因是它改善了前端正压区的压力分布，如图5-45a、b所示。但反观普通桑塔纳、老捷达等车型的头部前脸，其流线形的程度显然要差许多，但经过造型改造，它们的衍生产品在这方面也有了较大的进步，下面以桑塔纳2000型作例说明。

图5-45 车头形状对压力分布的影响

a）～d）不同车头形状

桑塔纳轿车风阻系数演变

1985年上海大众桑塔纳轿车在我国正式投产。人们对它的印象并不陌生。它那前保险杠与散热器面罩几乎互为垂直与明显台阶式的厢体，致使风阻系数为0.40是并不奇怪。桑塔纳2000型的散热器面罩没有那么垂直，有了一定的后倾度，并以圆角与发动机室盖相衔接；前照灯窄了些，并以圆角与翼子板相衔接，等等；才使它的风阻系数达到了0.38。桑塔纳志俊是在桑塔纳2000型的基础上经过两次改款后的新车型，于2008年推向市场，风阻系数由2000型的0.38降为0.35，降幅为0.03，这是一个不小的进步。它车身的空气动力学改造主要是前脸和尾部这两部分。前脸采用了“大众”新一代的造型元素——大弧面的U形前脸，尾部主要是对后保险杠、尾灯等作较全面修饰改动。图5-47为桑塔纳国内三代车型的风阻系数对比。图5-48为桑塔纳志俊的前脸和尾部的造型。

图5-46 风阻系数较低的轿车的头部造型例举

a）一汽大众奥迪A4L C_D=0.28 b）一汽轿车奔腾B50 C_D=0.28 c）东风雪铁龙凯旋C_D=0.308 d）长安福特蒙迪欧C_D=0.297

图5-47 上海大众桑塔纳三种不同风阻系数车型的车身外形对比

a）普通桑塔纳C_D=0.40 b）桑塔纳2000 C_D=0.38 c）桑塔纳志俊C_D=0.35

图5-48 具有较低C_D的桑塔纳志俊轿车的前脸和尾部

图5-49给出了帕萨特轿车头部修形前、后的外部流谱对比。从图中可见，修形前的头部存在着较大的正压区，发动机室盖与前风窗之间存在一个较大的分离区（黑色区）；而修形后的头部正压区和分离区都小了许多，这些均助于降低风阻系数。

图5-49 VW Pasaat（Dasher）头部修形前、后的外部流谱

a）修形前 b）修形后

2.车头高度的影响

图5-50给出了4种不同头部上缘高度的流线形车头的减阻效果。由图可知，头部上缘位置较低的凸型车头（点状线、图5-50b）具有最好的降阻效果，ΔC_D=-14%。这种形状的车头在我国生产的各类轿车中经常可见。图5-51所示的两款车例，它们较低的流线形头部为整车获得0.30的气动阻力系数作出了贡献，受到车迷的青睐。

图5-50 不同头缘高度的流线形车头对C_D的影响

a）不同头缘高度的流线形车头 b）减阻效果最好的低头缘车头形状

图5-51 低头缘的轿车

a）东风悦达起亚赛拉图C_D=0.30 b）东风本田新思域C_D=0.30

图5-52是通过修饰头缘的形状所带来头缘高度的变化。图中的方案⑥和⑦的降阻效果最好，气动阻力系数减小均为14%。以上例子说明，头缘高度较低的车头具有较小的气动阻力系数，但头缘降低以不妨碍发动机室内构件的布置为原则。

图5-52 车头修形后头缘高度对C_D的影响

①、②、③、④、⑤、⑥、⑦—修形方案序号

图5-53给出了由试验得到的前端气流驻点高度与气动阻力系数变化的关系曲线。驻点是汽车前方来流在车头上的上、下分流点，也是上、下流量的分配点。驻点以上的气流将绕过车身上表面流向后方，驻点以下的气流则进入底部。驻点的高度控制进入底部的空气量，如果底部进入的空气量过多，将造气流堵塞，流速变慢，导致气动升力和气动阻力增加。因此，驻点的高度对于底部气动特性的影响至关重要，但驻点的高度是由车头的形状来决定的。

3.头部局部修饰优化的影响

图5-53 气流前驻点与C_D的关系

图5-54给出了修饰后的车头前脸对气动阻力影响的试验数据。图中，用变换辅助头锥来改变其外形，辅助头锥做成两片——M上片（头缘处的纵向垂直剖）和K下片（前照灯处的水平剖），以便分别测试垂直、水平两个方向的气动特性。当同时装上两片辅助头锥（M₁+K₁）时，ΔC_D=-0.05；若只用辅助头锥K₁时，ΔC_D仅为-0.015。若不改变前脸的原来造型风格，只对散热器面罩和前保险杠的边棱等处作精心的倒圆，例如分别换上（M₂+K₂）和（M₃+K₃）辅助头锥，其减阻效果分别为ΔC_D=-0.04、ΔC_D=-0.045。由此可知，仅对原前脸的边棱作精心的倒圆修饰，就可以得到降低气动阻力系数的效果。相比之下，整体弧面的前脸（M₁+K₁）比边棱倒圆的减阻效果更好。

车头棱角主要是指车头上缘棱角和横向两侧棱角。对于非流线形车头，存在一定程度的尖锐棱角会产生有利于减少气动阻力的车头负压区（如图5-55所示），因为车头负压区合力的水平负压分力对行驶的汽车起助推作用。车头的横向棱角也会产生有利于减少气动阻力的车头负压区。为什么会出现这样的矛盾？因为气流流经车头上缘尖锐棱角后会再附着在车身表面上，形成高速涡流，但又不会过快耗散；气流流经车头横向尖锐棱角时不会再附着在车表上，所形成的涡流会很快耗散，但将这些棱角适当地倒圆能延缓这种耗散速度，提高该处气流速度，以形成该拐角处更大的负压区。

4.发动机室盖与前风窗的影响

发动机室盖与前风窗的造型对气动阻力的影响主要有以下3个方面：发动机室盖的三维曲率与斜度；前风窗玻璃的三维曲率与斜度；发动机室盖与前风窗之间的夹角与结合部位的细部结构。

上面已讲过，在发动机室盖与前风窗交界凹处存在一个涡流区，此区产生正压，对汽车前进构成阻力，这对降阻而言是不利的；但在高速行驶时，对于降低轿车前部的气动升力，提高行驶的稳定性则是有利的，为此，目前通常的做法是在交界凹处适当的位置开设通风口（如图5-56），以加大向下的正压力。

如何缩小这个涡流区是本节讨论的中心内容。

图5-54 修饰头部前脸对C_D的影响

a）前脸上部的纵向垂直剖面 b）前照灯中心的横向水平剖面

图5-55 车头上缘棱角所产生的负压区

a）车头压力分布线 b）车头负压区

图5-56 轿车前风窗下沿的各种形式通风口（箭头所示处）

（1）发动机室盖的三维曲率与斜度 发动机室盖的纵向曲率越大将使得气流分离提前，涡流区扩大，这是不利的。因此除了满足整体造型的要求之外，发动机室盖往往采用极小的纵向曲率，目前大多数采用的纵向曲率为1/R=0.02m^-1。发动机室盖的横向曲率对于气流的限制作用较大，从而影响盖上气流分离线的形状。横向曲率的选择，应利于引导气流向上流动，防止气流转向两侧，与侧面气流撞击干扰而出现分离，导致气动特性变坏。发动机室盖设计者们对这方面的知识已有了充分的认识，设计已趋于成熟。

（2）前风窗玻璃的三维曲率与斜度 前风窗玻璃的纵向曲率有利于气流提前再附着，使再附着线下移，这对缩小涡流区是有利的。但风窗玻璃的纵向曲率过大，既增加了加工工艺的难度又会导致视野失真，同时还会影响刮水器的刮除效果。前风窗玻璃的横向曲率有利于减小气流分离区和气动阻力，它的横向曲率的降阻效果远远大于发动机室盖的横向曲率。这是因为前风窗玻璃的横向曲率有助于气流向两侧分流，压力向两侧逐步降低，从而使分离线和再附着线相互靠近，特别在交界处的两侧这种靠近更为明显，其降阻效果显而易见（见图5-57）。但横向曲率的选择也应当考虑整体造型、结构和视野等各方面的协调。

图5-57 发动机室盖与前风窗玻璃夹角对凹处涡流区的影响

a）汽车发动机室盖与前风窗玻璃之间的流谱 b）发动机室盖与前风窗玻璃交界凹处的涡流区 c）沿汽车纵向对称面上的车头压强分布

（3）发动机室盖与前风窗之间的夹角 风洞试验证实：发动机室盖与前风窗玻璃之间的夹角γ在一定值时，风窗玻璃下缘处的压力呈现降低；在风窗玻璃的气流再附着区域内，沿汽车纵向对称面的压力分布随γ角的变化很小；当γ角为30°左右时风阻系数C_D值最小；而γ＜30°时，盖上的分离线与玻璃上的再附着线移动变化很小，亦即对降阻的影响已经不大，同时前风窗玻璃过大后倾会影响视野和乘坐舒适性；γ＞30°时，C_D逐渐增大；在γ=48°时，风窗玻璃下缘处出现一个明显的局部压力降，它是由来自与两侧溢流相混合而产生的局部涡流的影响所造成的，因此在造型时应避开这个角度。

以上试验说明，如果把精力过多地耗费在如何加大前风窗玻璃的后倾的设计上是不必要的。试验还表明，减小夹角γ的另一措施是：在不妨碍发动机室组件布置的情况下，尽量降低发动机室盖前端的高度，以此来加大发动机室盖的倾角，同样可以减小夹角γ，同样可以获得降低气动阻力、升力的效果。许多运动车和赛车将发动机中置或后置，其优点之一就是可以将汽车前部做成尖小的楔形，以减小前风窗对气流的阻扰，降低气动阻力。

前风窗与水平面的夹角一般在25°～30°之间。另有资料称，前风窗与地面的夹角有一个最佳值，日本三菱公司的风洞试验确认这个最佳值为30°左右，而美国汽车工程师协会SAE810815标准确认这个最佳值为28°。

5.汽车玻璃

汽车玻璃按照工艺加工，分为A类夹层玻璃、B类夹层玻璃、区域钢化玻璃和钢化玻璃等四类，其中A类夹层玻璃安全性能最高。国家标准规定，前风窗玻璃必须要使用A类夹层玻璃、B类夹层玻璃或区域钢化玻璃，它们在认证标志中的代号分别为LA、LB、Z，认证标志采用丝网印刷、喷砂等工艺永久标识在玻璃的下边角位置，这三种玻璃可以应用在汽车所有玻璃位置上；而钢化玻璃的代号是T，只能用于除前风窗玻璃以外的位置上。

夹层玻璃一般采用胶片法。夹层玻璃一般分为3层，内、外两层为普通平板玻璃，中间层为聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。PVB与无机玻璃有良好的粘接性，膜层透光率可达90%以上；PVB还具有良好的抗穿透及抗冲击性能。以一般轿车前风窗玻璃为例，两层平板玻璃厚度均为2.0mm，中间PVB胶片的厚度为0.76mm。生产时将两层平板玻璃通过连续烘弯炉烘弯，达到要求的曲面，然后通过预压抽真空，最后送入高压釜热压胶合，使PVB与玻璃完全粘接。黑色印边则通过网版由印刷机印制（材料为进口油墨），然后高温印在玻璃表面。全车各钢化玻璃的厚度为：前风窗玻璃为4.7mm，前门玻璃为3.2或3.5mm，后风窗玻璃、后门、侧窗玻璃为3.2mm。

钢化玻璃是指将普通玻璃通过淬火，使内部组织形成一定的内应力，从而使玻璃的强度得到加强，在受到冲击破碎时，玻璃会分裂成带钝边的小碎块，对乘员不易造成伤害。而区域钢化玻璃是钢化玻璃的一种新品种，它经过特殊处理，能够在受到冲击破裂时，其玻璃的裂纹仍可以保持一定的清晰度，保证驾驶者的视野区域不受影响。目前汽车前风窗玻璃以夹层钢化玻璃和夹层区域钢化玻璃为主，能承受较强的冲击力。

6.顶盖形状的影响

（1）盖顶上挠 顶盖存在一定的上挠度，会使气流平顺地通过顶盖，这有利于降低C_D值；但顶盖上挠会增大正面迎风面积，这又产生了增大气动阻力的负作用，如图5-58所示。因此，在顶盖设计时应权衡利弊，选择适当的上挠系数（a_r/l_r），顶盖上挠系数在0.06时气动阻力增幅较小。

（2）顶盖末端采用“鸭尾”造型 为改善空气动力特性、降低气动阻力，应避免由前端经顶盖流向尾部的气流与由底板下部上卷的气流在车身尾部混合而形成尾涡。顶盖的末端采用上翘的鸭尾式外形，可降低C_D和C_L。特别是斜背倾角大于30°时，降低C_D的效果更为明显。采用鸭尾的外形，有泥土易于上卷的缺点，为此应采取相应的措施。

采用鸭尾造型后，沿车顶流动的空气遇到“鸭尾”时会产生下压力，使后轮的附着力增大。“鸭尾”的气动特性如图5-59所示。

在一些旅行轿车的车顶后缘安装有带开缝的鸭尾式扰流板，这些扰流板使车顶上的一部分气流被引导流过后车窗玻璃表面（如图5-60），这既可使汽车后部的升力降低，也可利用气流将后车窗玻璃表面浮尘清除，避免灰尘吸附而影响车后视野。

图5-58 顶盖上挠对C_D的影响

在一些SUV和MPV汽车的顶盖后缘也设置有类似于扰流器的后缘板，它与后门连接（如图5-61b所示）。这些后缘板相对于顶盖没有特别的上翘，且边缘也呈圆弧状，可看成是顶盖的延伸。它主要是用来推迟气流分离，使后窗尽可能不处于尾流区内，从而起到减少后窗玻璃沾尘的作用；同时也是顶盖与后门良好衔接的一种形式。要知道，气流分离轮廓线以后的区域均属尾流区，尾流区为低压区，在汽车行驶中路面尘埃被卷入并充斥着整个尾流区，气流分离线后移对于减少后窗玻璃沾尘有利。

图5-59 “鸭尾”空气动力特性图

图5-60 顶盖后缘带有开缝的扰流板

图5-61 一些轿车顶盖的后缘板

a）尾流尘埃示意图 b）SUV汽车

顶盖末端采用低于顶盖高度或与顶盖高度相同的向上弯曲的外形会在尾部产生静止涡，并诱导来自顶盖的气流流向下方，使顶盖至车身末端外形出现柔和的过渡，以避免气流分离。这种造型处理对后窗倾角小于30°的车型，有明显的效果。

图5-62为老式车和现代车的“鸭尾”。

图5-62 老式车和现代车的“鸭尾”

a）20世纪60年代的福特GT b）20世纪60年代的欧宝GT c）一汽丰田普锐斯 d）长安福特福克斯

7.尾端上缘形状的影响

图5-63为大众公司提供的尾端上缘形状对气动阻力系数C_D和后轴升力系数C_LR影响的数据。图中，①为原形的尾端上缘，②～⑥为经过修饰的尾端上缘。从图中可见，带有修饰形状的上缘，其C_D和C_LR比原形的上缘都有不同程度的降低。上缘做成一定的形或适当地加高后行李箱的高度均有助于降低C_D、C_LR值。

图5-63 尾端上缘形状和位置对C_D和C_LR的影响

8.前柱外形的影响

前柱即A柱。它是前风窗与前门侧窗的衔接处，是前方来流受风窗玻璃阻滞后向车身两侧分流的转弯处。如果A柱设计成直角形状，气流将在转角附近产生分离，导致气动阻力增加，同时还会引起气动噪声。因此，A柱的外形应设计成圆弧过渡（如图5_-64所示）。

9.车身侧鼓的影响

如果将车身侧壁外鼓尺寸a_h和跨度尺寸a之比定义为侧鼓系数，那么气动阻力系数与气动阻力面积随侧鼓系数的变化如图5-65所示。由图可知，车身侧壁外鼓具有降低气动阻力系数的优点，但又引来阻力面积的增加的缺点。因此，在选择侧鼓系数时应综合考虑。

10.后风窗倾角的影响

后风窗的倾角是以后风窗玻璃纵向中心弦线与水平线的夹角φ来表示。后风窗倾角对气动阻力有较大影响，因为它直接影响到气流在后背何处分离以及气流分离后所形成的基面的大小。人们的愿望是气流在后背分离时所形成的基面越小越好。对于折背式三厢车，最好的状况是气流分离发生在汽车后端上缘，在其他位置发生分离所形成的基面都比后端上缘的大。(www.xing528.com)

图5-66给出了5种不同背部长度的轿车，其相应的后窗倾角（亦称后背倾角）对气动阻力系数的影响。虽然背部长度各异，但它们的后窗倾角φ与C_D都有一个相似的关系，即：

当φ在0°～15°范围内，C_D随φ的增加而减小。因为这个范围的倾角都较小，一般都能满足气流在尾端上缘分离。这样，倾角大的后端面（基面）有较小阻力面积，其相应的形状阻力较小。

图5-64 轿车的A柱

图5-65 车身侧鼓对C_D的影响

图5-66 轿车后背倾角对气动阻力系数的影响

当φ在15°～35°范围内，C_D随φ的增加而增大。这是因为气流分离位置已不是尾端上缘，而是沿斜背上移，致使基面随之增大；另一方面，由于后背空间逐步被打开，侧涡卷入强度增强，致使诱导阻力增大。

当φ值大于35°左右时，C_D值又随φ的的增加而减小，这是诱导阻力的减小起主导作用的缘固。φ值大于35°以后，经顶部流往尾部的气流几乎都在顶盖后缘分离，基面基本达到最大值，亦即形状阻力达到了最大值；但这时由于后背空间进一步被打开，卷入侧涡强度逐步减弱，诱导阻力随倾角的增加而明显减小。

[实例]图5-67为改变斜背倾角对气动阻力系数C_D及后轴升力系数C_LR影响的一例。下面分三种情况来分析：

①图5-67a情况：以倾角φ51°为基准，φ由51°逐减至34°，以B点为中心展开。结果：项盖渐长，斜背渐短。

C_D值：由开始逐增而后逐减，在φ≈47°时有C_D最大值（约为0.405）。

C_LR值：由开始维持较低值至φ45°，而后逐减至φ≈40°时有C_LR值0.04，并维持此值不变。

②图5-67b情况：同样以倾角φ51°为基准，φ由51°逐增至65°，以A点为中心展开。结果：斜背渐短，尾部渐高。

C_D值：φ在51°～60°之间，C_D值陡增，在φ达到60°时有C_D最大值；φ>60°以后，C_D值陡减。

C_LR值：φ在51°～60°之间，C_LR值陡增，在60°时C_LR有最大值，往后下降极小。

③图5-67c情况：以倾角φ59°为基准，φ由59°逐增至74°，以A点为中心展开。结果；斜背渐短，尾部渐高。

C_D值：φ在59°时有C_D最大值，约为0.45；而过后几乎呈线性陡减至74°。

综述：

①C_D最小值出现在图5-67a情况的斜背倾角为34°时。

②C_D最大值出现在图5-67c情况的斜背倾角为59°时。

③最小后轴气动升力系数C_LR出现在图5-67a情况的斜背倾角为51°～45°时。

④最小后轴气动升力系数C_LR出现在图5-67c情况的斜背倾角为59°时。

⑤图5-67a斜背的气动特性优于其他两种斜背，在φ≈35°时有C_D的最小值0.388，相应的后轴气动升力系数C_LR也不高，也只有0.04左右。因此，在φ为51°～34°的范围内，均可供斜背车的斜背倾角设计时按需选择。

图5-67 轿车斜背倾角对气动阻力系数C_D及后轴升力系数C_LR的影响例子

a）～c）不同斜背倾角情况

原因简析：后背的气流虽复杂，但归纳起来主要有顶背来流、侧面卷入的涡流（侧涡）以及来流被侧涡冲击所形成的洗流等三部分。顶背来流在斜背上要发生分离，分离线越靠后其形的阻力基面就越小，所产生的形状阻力也就越小。而来流被侧涡冲击而成的洗流冲刷着斜背，其强度较大、速度较高，被冲刷表面的静压强较低，于是给形成气动升力创造了条件。但洗流的速度方向并不是单纯的水平向后，而是向下偏转了一个角度，由此便导致产生了诱导阻力。诱导阻力的大小取决于卷入斜背侧涡的强度，侧涡强度越大，洗流的偏转角就越大，诱导阻力也越大。但是，卷入斜背侧涡的强度是受斜背倾角所影响，斜背倾角控制着斜背上方所打开的空间。所以，随着斜背倾角的改变，汽车的形状阻力、诱导阻力及气动升力也跟随改变（具体可阅“后背倾角对诱导阻力的影响”这一部分）。

三厢车有别于斜背车。三厢车的后背一般是折背式，背部呈台阶状。由于需要保留一个后行李箱，使车顶不能直接伸延到尾端，而是过早地向下折成后窗和行李箱盖。台阶状尾部的存在使得后背气流流谱变得十分复杂。为了延迟气流的分离，近年来三厢轿车尾部变化的趋势是后窗倾角越来越小，后窗不得不伸延到行李箱的中部，使得行李箱盖相应变得短些和高些。从尾部造型的发展趋势看，三厢车正在向两厢车靠近。

与前风窗一样，后风窗倾角φ也不是越小越好。风洞试验表明，对于三厢车来说，后风窗倾角与气动阻力系数C_D之间存在以下复杂的关系：

当φ在0°～10°之间时，C_D值随倾角的增大而减小；

当φ在10°～28°之间时，C_D值随倾角的增大而增大；

当φ在28°～35°之间时，C_D值达到峰值，之后突然下降；

当φ在35°～90°之间时，C_D值随倾角的增大而逐渐增大。

11.尾部造型式样的影响

轿车尾部造型的典型式样有平背、折背、斜背等三种。

图5-68给出了三种不同背部的轿车风洞试验流谱。从图中，清楚地看到了气流在尾部分离的情形。

图5-68 三种典型背部造型的轿车风洞流谱

a）平背 b）折背 c）斜背

图5-69给出了同样三种不同背部轿车的尾流流谱。从图中可见，平背、折背、斜背的尾流区依次减小。尾流区较小则意味基面较小，形状阻力较小。如果仅从尾部造型而言，小斜背是较为理想的尾部气动造型。但对于折背式轿车，只要对后窗上缘、后窗和行李箱盖的三维曲率及倾角、侧壁的横向收缩、各拐弯处的倒圆等作精心的设计，也能达到理想的低阻效果。

图5-69 三种典型背部造型的轿车尾流流谱

a）平背 b）折背 c）斜背

由于后部的具体造型与尾部气流状态的复杂性，一般很难简单断言后部造型式样的优劣。从理论上讲，小斜背（φ＜30°）具有较小的气动阻力系数。

图5-70给出了不同形状的短尾式和拟流线形尾部对气动阻力系数的影响关系。从图中提供的数据看，截去尖尾，其长度的大小对C_D影响并不大。这证明了卡姆“短尾”理论的正确性。从图中还可以看到，在同一后窗倾角φ下，倾斜部分的长度（L₀/L）越长，其C_D值越小。这是因为泡在尾涡中的那部分尾部也有减小涡流强度的作用，只不过减小的分量不大，从实用的意义出发，不如把它截去。而B图是不同后背倾角的“J”型车。后背倾角随车身长度L的缩短而逐渐增大，气流分离逐渐提前，基面逐渐增大，致使C_D逐渐增大。上图与下图相比，在车身长度L相同的条件下，短尾型车比拟流线形车的气动阻力系数小些。这是因为短尾型的后背倾角较小，气流分离得到延迟，分离后所形成的基面较小。因此，短尾型是当前轿车的基本造型。

图5-70 轿车尾部形状与气动阻力系数的关系

12.车尾高度的影响

车尾高度以尾端上缘为基准。研究表明，对于具有流线形车尾的轿车而言，其存在一个最佳车尾高度，即在这个车尾高度时，具有最小的气动阻力系数；提高或降低这个车尾高度都会使气动阻力系数有所增加（如图5-71所示）。当然，车尾高度尚须根据具体车型以及结构的要求来选定。

图5-71 最佳车尾高度

[实例]图5-72为德国大众帕萨特轿车（VW Passat）的试验实例。试验以1981年车型为基础，对1988年车型进行后窗倾角、后行李箱盖高度对气动阻力系数影响的对比测试。测试表明，当后窗斜度逐渐增大到φ＞60°后（相当于上述的后窗倾角小于30°），气动阻力系数基本不再减小；后行李箱盖高度的增加量到达80mm时，气动阻力系数最低，若高度再增加则气动阻力系数几乎保持不变。

图5-72 大众帕萨特两款车型后风窗倾角和后行李箱盖高度对C_D影响的对比试验

13.后车体横向收缩的影响

轿车后车体适当的横向收缩，可以减小尾流区，降低压差阻力。图5-73为轿车后车体横向收缩对气动阻力系数的影响的风洞实验情况。实验表明，适当的车体横向收缩对降低气动阻力系数是有益的。但过多的收缩，气动阻力系数不再降低，反而略有回升。图中，A型的收缩可使C_D略有减小，但B型的收缩使效果更为明显——从原型的0.425降为0.375。

图5-73 轿车后车体横向收缩对C_D的影响

14.车身底部外形的影响及改进措施

（1）车身底部外形的影响 首先对汽车底部的气流流态要有一个基本的了解。一般汽车的底部形状是很不规则的，因此底部的气流状况很复杂，如图5-74所示。为方便分析起见，假设汽车有一个光滑的底面。汽车行驶时，由于空气的粘性作用，在流经底面的前端时开始形成附面层。附面层沿程逐渐增厚。当底面离地间隙不够大时，附面层有可能延伸到地面。当附面层触地时，从汽车前缘到附面层接触地面的点之间的距离称为混合距离d_m。触地点后面的底部所有空气有被诱导跟随着汽车一起向前运动的趋势。这样一来，被带动的这部分空气又与地面之间产生了相对运动，导致了在地面上形成另一个附面层——次生附面层。这两个附面层交混在一起，在一定程度上堵塞了气流通道。由此可见，底部的整个流谱是相当复杂，气流在那里形成了强烈的湍流。气流流速的减缓，使底面产生了方向向上的静压，从而增大了气动升力。气动升力的增加必然导致派生的诱导阻力的增加。

（2）改善底部气流状况的措施 若要减小底部产生的气动阻力，在造型设计上的思路是：一是设法尽量减小进入底部的空气量；二是设法尽量使底部气流流动顺畅。具体措施如下。

1）在底部的前端设置阻风板。对于底面粗糙的轿车设置阻风板是比较适合。设置阻风板可以减少进入底部的空气量，从而提高了气流速度，也减小了气流在粗糙不平处所引起的涡流强度。一些轿车的阻风板与前保险杠做成一体或者连接在一起。阻风板的尺寸、弧度和位置都影响着减阻效果，欲使效果最佳，须根据不同车型由风洞试验来确定。一个较好的阻风板可以使气动阻力系数减小6%。由于在阻风板后面的局部区域形成低压区，还可减小气动升力。图5-75为轿车的阻风板一些式样。

图5-74 汽车底部气流流谱

图5-75 轿车底部前端的阻风板举例

a）示意图 b）东风日产TIIDA琪达 c）奇端A3 d）广汽本田飞度

2）适当的离地间隙。对于具有光滑底板的轿车，适当增加底面离地间隙，就可能把底部前端的附面层的接地点尽量往后延迟，直到尾流区（如图5-76所示），为层下气流的通过减小阻力，从而减小汽车的气动阻力。但离地间隙过大时，将使底部气流流速降低，同样导致气动升力增加，诱导阻力亦随之增加。因此，对于具有光滑底板的汽车而言存在一个最佳离地间隙。

但对于粗糙的底面来说，增加离地间隙固然相应地增大了底部气流的通道，减小了些气动阻力，然而底部空间的增大也给涡流在凹凸不平糙面的产生提供了条件，使涡流强度增强，利弊相抵还是气动阻力有所增大。

图5-77中，底部设有腹板的Citroen—ID19存在一个最佳离地间隙；而底部不设置腹板的VW—van、VW—Porsche914、CompetitorF2—2赛车等，其气动阻力系数的增加与离地间隙几乎呈线性关系。

图5-76 两种不同底部的气流状况

a）离地间隙较小的粗糙底面 b）离地间隙较大的光滑底面

3）在底部安装腹板。大多数轿车的底面都是高低不平的。暴露在外面的零部件，如排气管、消声器、传动轴、悬架等，当气流接触时将产生涡流，形成气动阻力。在底部安装一块光滑的腹板，遮盖住暴露在底部气流中的零部件，使车身有一个平整光滑的底面。为了使进入底部的气流规则而平滑，腹板的前、后两端可以做成向上翘曲。前端的翘曲可使进入底部气流的流速加快，具有正压梯度（静压强沿程递减），有利于减小气动升力和气动阻力。腹板后端的向上翘曲可使底部气流与低压的尾流更多更快地连通，减轻底部气流的滞留；并借以底部气流高速排出的冲击作用，改善尾流扩散触地现象，从而缩小基面，减小压差阻力。这种具有纵向弯曲形状的腹板，可使图5-74中的混合距离d_m大大地向后延长，可以避免在地面上产生次生附面层。

腹板还可以做成向车身两侧翘曲，使底部气流顺利地从汽车两侧排出，减轻底部气流的堵塞现象，同样可以起到降低气动升力和气动阻力的作用。

图5-77 底面离地间隙对C_D与C_L的影响

一些赛车和运动型轿车多采用底部安装腹板的方法来降低气动阻力，其效果可使气动阻力系数降低10%～15%。腹板式样如图5-78所示。图5-79为奥迪某车型的腹板。

图5-78 跑车底部腹板

图5-79 轿车底部的腹板

a）一汽奥迪A4L（C_D=0.28） b）奥迪TT（C_D=0.30）

4）车身底板具有适当的负值纵倾角。车身底部的纵倾角对气动阻力有较大影响。如图5-80所示，纵倾角越大气动升力则越大；气动升力越大，诱寻阻力也越大。因此，底板应具有适当的负值纵倾角（俯倾角）。

5）底部后端向上敞开。底部后端向上敞开（如图5-81所示）相当于F1赛车的尾部扩散器。其对底部气流起着加快疏通、降低压力的作用。汽车向前行驶时，尾部形成低压区，对底部气流具有一定的真空吸力作用。但有碍于底部离地间隙太小，造成了抽吸的阻碍，若能借以底部后端向上的敞开，必定能加大抽吸作用。

图5-80 汽车纵倾角α对C_D、C_L的影响

图5-81 底部后端向上敞开