你開車“飄”了嗎？空氣動力學來揭秘

有時候在高速上開車時，隨著車速的上升，會感覺汽車有種“飄飄然”的感覺。又或者是經過一輛大貨車、大客車，車身搖晃的同時，方向也會擺一下。這就是我們經常說的這車“發飄”。

與此同時，很多人都發現，一般體型大、重量大的車子更不容易“發飄”。比如帕薩特跑高速就比POLO要“穩”一些。于是有人認為，車越重就越不容易發飄。真的是這樣嗎？其實這個問題可以用空氣動力學來解釋。

何為空氣動力學？

一般而言，空氣動力學劃分為高速氣動力學和低速氣動力學，對于汽車而言，其屬于低速氣動力學范疇，這個部分主要研究空氣的流動性及溫度等作用。對于普通家用車而言，擁有優秀氣動設計的汽車會更安靜更省油，速度更快。

伯努利定律

我們首先得弄清楚空氣流動的本質——分子移動。在不受到外力的狀態下（平衡狀態），氣體分子是呈自由運動的，運動方向不一，彼此間時不時會出現碰撞，但一旦受到外力作用（地球自轉），空氣分子就會向某一個方向運動，這正是流動的空氣，就是氣流生成的原因。但空氣分子即使向同一方向運動，仍然會受到各種各樣外部力量的影響，空氣流動會產生壓力與流速兩個特性，對上述兩個特性的研究，正是氣動力學的基礎之一。

那么，氣流流速和壓力會怎樣變化呢？我們不妨開一下腦洞，設想一個中間寬兩頭窄的圓形容器，讓空氣流過這個容器，流速與壓力將怎么變化呢？一位叫伯努利的科學家在經過計算后，得出一條結論：在直徑越小的區域，流速加快，壓力減低；在直徑越大的區域，流速減慢，壓力增加。這條結論，就是空氣動力學中著名的伯努利定律。也就是說，當空氣經過越狹窄的地區，壓力減少，流速加快，而通過較寬敞的地區時，壓力會增加，流速會減慢。

當然，伯努利自己并不能很好地理解這個特性，后來，由一位叫尤拉的數學家將這個定律轉化為精確的數學公式，人們才第一次可以精確計算氣流特性，這條方程，稱為尤拉方程（尤拉方程啟發了后來的氣體梯度及氣流粘性研究）。

何為空升力與下壓力

接下來要說到的是另外兩個名詞：流場和流線。什么叫流線？如果我們把氣流的流動用一條直線表示，這條我們虛構出來，但確實存在的“線”，就是流線。而流場，則是指流體存在的某個區域。

當氣流遇到固體，例如汽車車體時，流線會發生變化，同時，附近的流場也會有變化。根據伯努利定律，在凸起的物體上方，在流場縮小的情況下，壓力減低流速加快，因此會在物體上方出現一個低壓區，由于大氣壓作用，這個固體會被下方較大的氣壓抬起，這就是升力的產生機制。

實際上，汽車本身的設計就是一個升力體，對于賽車而言，可以通過各種手段把升力減低，甚至產生負升力，也就是下壓力。但對于普通家用車而言，氣流對它們產生的，絕大多數是升力，而幾乎無法產生下壓力。而且，車身越高的汽車（車體橫截面縱軸高度越大），產生的升力也就越大，這是一個無法回避的問題

那升力有什么壞處？首先，它會讓車子的操控性減低，速度越高，對車子的操控性影響就越大，駕駛者會覺得車子發飄，難以控制，這些都是缺點。而要消除這種缺點，我們只能通過兩個方法解決：第一種，也是最簡單的，加大車子自重，用重量去抵消升力影響。第二，通過對車身的重新設計，對氣動力學進行優化，讓車子的升力減小。

尾翼不能隨便裝

看到這里你可能會說：哪用得著那么麻煩，直接裝尾翼就可以了??！人家賽車都是有尾翼的??！實際上，在民用車上裝尾翼毫無必要。首先，尾翼確實能產生大量下壓力，但這是建立在巨大風阻的前提下的。尾翼實際上就是一塊強行讓空氣減速的板，一方面，空氣減速了確實能產生下壓力，但另一方面，又會產生巨大的空氣阻力，這些空氣阻力會讓車子加速困難，油耗居高不下。