为什么跑车的设计都很夸张 _小知识

其实在跑车诞生的最早期，跑车夸张设计大多数情况下都是为了造型服务的，在上个世纪六七十年代之前，并不会有汽车制造商把空气动力学放在一个非常主要的位置，这其中的原因就是在这之前，空气动力学（Aerodynamic）这门学科在此之前还并没有被研究的十分透彻。但这种情况随着空气动力学的发展，率先开始在赛车领域，尤其是F1赛事中应用开来，并在之后开始逐步落地到民用跑车上。
率先用于F1赛事的空气动力学的发展上个世界70年代前后，是空气动力学在F1赛事中蓬勃发展的一个时期。这其中最为引入著名的其实就是当时的Lotus车队，也就是现在的路特斯。当然，就像在21世纪第二个十年初段，红牛车队凭借着阿德里安·纽伊（Adrian Newey）这位当世的空气动力学大师获得三连冠一样。当时的Lotus也是凭借一位叫做科林·查普曼（Colin Chapman）的工程奇才使得在短短的几年当中，不断用新的空气动力学设计改变F1赛车的发展和进步。

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科林·查普曼（Colin Chapman）老爷子，就是最中间的这位和当时莲花车队的合影
在1968年登场的Lotus 49B是当时所有车队中率先使用前后风翼的车型，其实也就我们现在所熟知的前定风翼和尾翼。随着风翼的发展，其主要主要作用除了增加下压力本身，前定风翼还会通过一些设计诱导气流离开前轮，减小空气阻力。

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前为Lotus 49B
当然，Lotus对于空气动力学的研究并不会止步于此，其集大成者就是Lotus78，首次将地面效应（Ground effect）运用到F1赛场的车型。其实在Lotus78之前，也一直有不断的对空气动力学的创新，包括了降低阻力的楔形车头等等。但真正厉害的还是地面效应。所谓的地面效应其实就是在利用F1赛车的侧箱部分，通过特殊的设计使得其下方如果能够将有限的空气隔绝于外界的高气压，从而形成文氏管，也就是文丘里管效应。在为车身提供海量的下压力的同时，不带来额外的阻力。

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Lotus 78的地面效应设计
车辆动力学和空气动力学基本理论其实对于任何车辆来说，其行驶过程当中的受力都满足车辆动力学方程。
车辆在行驶过程当中，如果假设车辆是匀速行驶，那么车辆所受到的驱动力和行驶阻力是相等的。车辆的驱动力通常来源于发动机。而行驶阻力则分为4个部分，分别是滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度阻力。在这些阻力当中，滚动阻力和空气阻力在任何行驶状况下均存在。

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车辆运动受力示意图

滚动阻力是车轮滚动式，轮胎与地面的接触区域所产生的的组用力。滚动阻力的大小与路面类型和轮胎类型
空气阻力则是汽车在行驶过程当中，受到的空气作用力在行驶方向上的分力，其主要由压力阻力和摩擦阻力组成。压力阻力则又分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力四种类型。其主要的压力阻力是形状阻力。空气阻力的公式如下图所示，与空气密度、速度的平平方、空气阻力系数和正投影面积有关。
坡度阻力是汽车重力沿坡道的分力。
加速阻力是汽车加速过程当中，需要克服质量加速运动的惯性力。

空气阻力则是汽车在行驶过程当中，受到的空气作用力在行驶方向上的分力，其主要由压力阻力和摩擦阻力组成。压力阻力则又分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力四种类型。其主要的压力阻力是形状阻力。空气阻力的公式如下图所示，与空气密度、速度的平平方、空气阻力系数和正投影面积有关。

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空气动力学方程示意图
跑车空气动力学设计的应用对民用跑车来说，首要目标是降低阻力。其实从车辆动力学方程中，我们可以看到车辆所受到的空气阻力越小，其总的阻力就越小，那么在驱动力保持一致的情况下，就可以获得更快的加速度和极速。而车辆的极速实际上就是在发动机的最大驱动力和阻力变道最大并相等的情况下的车速。而空气阻力本身，又与速度的平方成正比，这实际上意味着速度越高，车辆所受到阻力当中的空气阻力的比例就越大。当与此同时，在跑车在过弯时，又需要下压力来保证稳定性。所以，跑车的设计不光要追求低空气阻力，同时又要保证高压下压力。