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空气动力学 车身演变的幕后推手
作者:张鹏
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■本报记者 张 鹏

  纵观世界汽车的发展史,可以看出现代汽车车身形式的发展是沿着马车、箱形、流线、船形、鱼形和楔形车身一步步发展而来的。而在这一发展过程中,空气动力学实际上是一个幕后的推手。也正是基于这一点,汽车的外形才发展成今天这个样子。下面就让我们了解一下以空气动力学为主导演变的车身简史。

图1:●1886—1914年:马车车身时代

  1886年1月29日,卡尔·本茨把一台0.85马力的发动机装在了一辆马车上。此后不久,一辆四轮马车也被装上了一台1.1马力的发动机,成了世界上第一辆四轮汽车。当时的轿车几乎没有车身,这是因为当时的工程师把全部精力都集中在新的动力系统、传动系统以及机械操控方面。
  直到1908年,汽车车身还是基本沿用了马车车身结构,但随着汽车最大车速的提高,越来越大的迎面风令乘员难以忍受,前风挡便加入到汽车中,出于遮阳避雨的需求,可拆卸的车篷也被装在汽车上。

图2:●1915—1933年:箱式车身时代

  1915年,新型的福特T型车在美国上市,由于方方正正的车身看起来像一个大箱子,所以被称为箱式汽车。这款车有了完全封闭的驾驶舱,驾驶舱还安装了车窗、车门,车身覆盖件也开始使用了薄钢板冲压成型。
  但是随着技术的发展和人们对速度的需求,箱式汽车已经满足不了人们的需求。由于箱型汽车的空气阻力大,所以要提高车速只有降低驾驶舱高度和增大发动机功率两种办法。
  箱式汽车还是受到旧时代交通工具的影响。由于科学的不发达,人们在发明汽车的同时并没有关注汽车其他方面的需求,而是单纯地去追求汽车的交通运输能力,对车身外形并没有太大建树。

图3:●1934—1948年:流线型车身时代

  1934年,克莱斯勒气流轿车上市了,这是世界上最早的流线型汽车,但由于当时消费者的审美意识还停留在箱式汽车的年代。所以花费了大笔资金研制的气流轿车的销量非常失败。1936年,林肯轿车在流线型汽车的设计上又进了一步。
  然而,真正达到减小风阻系数、公认的最能够代表流线型车身的车型,是1935年问世的大众甲壳虫,也可以说甲壳虫车车身就是标准的流线型车身。瓢虫的身体结构非常顺滑,风阻系数极小,经过瓢虫的启发后,甲壳虫的外观便诞生了。
  但是,与箱式车身相比,流线型车内空间明显变得很小,特别是后排空间。而且汽车的实际最大速度也只有60-70km/h,在这一速度范围内,流线型车身起到减小风阻的效果不大。此外,流线型汽车另一个致命的缺点就是对横向风的不稳定性。

图4:●1949-至今:船形汽车时代
  
  1949年,福特汽车推出的V8轿车采用了将整个驾驶室置于前后车轮之间,驾驶室的前方为发动机舱,后面为行李厢这样的设计。这种设计非常接近船的造型,所以被称为船形汽车。
  船形汽车的后部因为行李厢的缘故而成阶梯状,虽然比起流线型车身会产生一些涡流,但这也不是空气动力学的后退,而是在车辆性能、车内空间和空气动力学之间找到了一个和谐的平衡点。直到70年代后,由于石油危机,这种体型庞大、笨重的船形车身便被淘汰了。
  不过,在今天的车身设计上,仍然能够看到船形车身的运用,例如雪佛兰科迈罗、道奇挑战者等车型,只不过在现代技术的支持下改正了当时空气动力学上的缺点。

图5:●1960-至今:鱼形车身时代

  由于船形车身还存在着种种问题,设计师将车尾设计成倾斜至车尾的形状,这就是鱼形车身。鱼形车身是进行了更深度的科学研究后的新一代流线型车身。
  从船形车身演变而来的鱼形车身很低,没有明显的阶梯形,前后翼子板和车身成为一体,且斜背的角度比较平缓,尾部较长,围绕在车身周围的气流也比较平顺,不会产生涡流。鱼形车身比流线型车身低、长,更美观,它的横截面积小,所以迎风阻力小,车身阻力也小。其次,鱼形车身的后座在后桥前方,后座摇摆小。由于后座低,后方视野也比船形车身好。
  由于鱼形车身尾部过于下垂,在高速时车尾没有足够的下压力,导致车尾的行驶状态极不稳定,所以设计师在鱼形车身的尾部装上了鸭尾形状的尾翼,来获得高速时的下压力。因为这种造型是卡姆教授发现的,所以又被称为卡姆尾,保时捷911卡雷拉RS就是这种鱼形鸭尾车身最典型的一款车型。

图6:●1963-至今:楔形车身时代

  为解决车身下压力的问题,设计师将鱼形车身整体向前下方倾斜来有效地克服升力,出现了能很好抑制升力的楔形车身。
  楔形车身时代是汽车界追求速度的高潮时期,无论功能还是造型,楔形都是完美的,既适于高速安全行驶,又富于动感和冲劲。最早设计出的楔形车身是1963年司蒂贝克·阿本提,70年代—80年代是楔形车身的全盛时代。这一时期的车型特点是把前进气格栅设计成横宽型,上下很窄,发动机盖向前倾斜。在这个时代,诞生一大批经典车型,如高尔夫、帕萨特、奥迪100等车型。到现在,楔形车身依然是汽车外形的潮流。

图7:●当今的车身

  直到今天,车身形式还是归属于楔形车身,但车身外形除却具备楔形的特点外,也变得更为复合和多元。同时,如今的车身通过成千上万次的风洞试验已经能够很好地解决车身升力的问题,而车内空间的应用也被设计师们摆弄得非常熟练。
  此外,当今汽车车身的设计也刮着一股强烈的复古风,很多车型对箱式车身、流线型车身、船形车身、鱼形车身的外观特点进行了重新演绎。当然也有车型至今都没有变过,如保时捷911系列就是当年鱼形车身的延续。
(本版图片除署名外均为资料图片)



  

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