空气动力学-大学生电动方程式赛车设计

空气动力学（Aerodynamics）是流体力学与气体动力学的一个分支，主要研究物体在空气中运动时所产生的各种力。传统上所说的空气动力学，主要指飞机飞行中受到的气动力的规律。而近代随着科技的发展，越来越多领域需要用到空气动力学的原理来解决问题及优化设计。

在16—17世纪，欧洲对于战舰减阻的需求催生了流体力学最初的发展。1903年，莱特兄弟完成了人类历史上首次重于空气的航空器持续且受控的动力飞行，作为流体力学分支，空气动力学方面的研究在这次成功背后发挥了不可替代的重要作用。第二次世界大战末期，对于超声速飞行器的研究成了空气动力学方面新的主要研究方向。而近代，空气动力学迎来了更加广泛的应用：风力发电机需要空气动力学研究以优化发电效率，民用汽车需要空气动力学以提高燃油效率减少碳排放，体育运动中需要空气动力学以提升表现。广阔的应用前景也使得空气动力学作为一门学科，仍然得以不断发展。

对于实际流体，其存在黏滞性、可压缩性，因此需要求解非线性的偏微分方程以得到流场的解析解。直至今日，通过各种近似简化原有的方程，并以此得到近似的解析解的方法仍然广泛存在于空气动力学研究中。随着计算机技术的发展，利用计算机建模并求解得到数值解的研究方式已经逐渐普及。相比于风洞试验需要实物模型的限制，计算流体力学成本低、迭代快，逐渐成了优化设计的首选方案。而风洞试验由于其结果可靠，仍然广泛适用于验证设计的过程中。(www.xing528.com)

在赛车运动中，空气动力学也发挥着很重要的作用。可以近似认为气动力正比于速度的平方，因此对于高速行驶的赛车，空气动力学对于性能能够产生巨大的影响。首先，通过阻力的减小，可以使功率一定的赛车在直线上获得更高的速度；其次，通过产生下压力，可以使轮胎获得更大的正压力，进而提升赛车在弯道中的抓地力，使赛车的过弯速度得以提高。与此同时，空气动力学还需要满足赛车散热需求。并且由于赛车在过弯时的侧倾和刹车或加速时的俯仰姿态角变化，还需要研究赛车的空气动力学性能对于这些干扰因素的敏感度。在依靠引擎的时代、依靠轮胎的时代、依靠底盘和悬架设计的时代之后，可以说今天的赛车运动是依靠空气动力学的时代。由于赛车运动在世界上持续的影响力，大量的财力和工程师投入该行业，推动了赛车空气动力学的空前发展。而其中涉及的计算流体力学、试验数据处理等的发展也反过来促进了近代空气动力学学科的发展。