车辆所受的空气阻力以及相应的空气动力系数可通过风洞实验和外场实验进行测定。缩小尺寸的车辆模型风洞实验一般用于车型空气阻力的测量。因为小尺寸模型很难反映实车的结构细节，不能准确测定表面阻力、干扰阻力和内部气流阻力等分量，测出的空气阻力系数往往低于全尺寸风洞实（汽）车实验的数据。在没有全尺寸风洞的情况下，可以利用汽车在道路上滑行实验测定的总阻力和转鼓试验中测定的机械阻力，来计算空气阻力。火车的外场实验包括缩尺模型实验和实车实验两种，均能得到有用的结果。但工作量大，数据重复性差，往往不够经济和安全。
空气阻力如何计算
呵呵，空力性？还是具体到空气动力学？
“空力”是F1赛事中经常出现的名词，空力性能的优劣与否，直接影响着f1赛车的驾驶的稳定。简单的讲，空力也就是物体置于气流中所承受的力。F1赛车技术分析中经常出现的词是空气动力学，因为可以这么说，掌握了空气就掌握了F1，我们有可能提到空力套件，空力设计的词语，其实主要的意思就是说明空气，气流对赛车的影响，就是空气动力的表现。我们大可以理解成讨论空气动力学的问题。
空气动力学看起来是一个很让人伤脑筋的名字：空气也能产生动力？其实，这里说的空气动力并不是要把空气变成赛车的动力，而是让空气在赛车高速行驶过程中的高速流动而产生的气压变成对赛车有利的力量。 F1是很快的....它的速度足以克服赛车本身以及车手的体重而使赛车飞起来！
那么为什么我们从没有在比赛中看到过赛车“飞翔”呢？这就是F1赛车上的空气动力学套件（简称：空力套件）在起作用。如今的F1赛车上，我们最最常见的空力套件就数：前定风翼、尾翼、侧扰流板和第三小翼了。前定风翼、尾翼、和第三小翼通常是为了调节赛车下压力而设置的。用通俗一点的话来讲，下压力就是利用流经赛车的空气把赛车压向地面，从而不至于让赛车飞起来；同时还保证了赛车有足够的抓地力，顺畅过弯。而侧扰流板则是为了保证赛车在高速行进时车身的横向稳定性，不至于在速度越来越快以后赛车车体发生难以操控的横向晃动。
Aerodynamics：空气动力学
空气动力学其实属于工程动力学的一个部分，其目的是研究当汽车行驶时通过车体的气流对赛车会产生何种影响。
Aerodynamics balance：空气动力学平衡率
它指的是赛车前部下压力表现和赛车总体下压力表现之和。当这个比率偏大的时候，代表赛车的前部下压力过度，赛车会在转弯时产生转向过度的倾向；而当这个比率偏小的时候，赛车在转弯的时候就转而产生转向不足的倾向。
Aerodynamics efficiency：空气动力学效率
这是在赛车设计时令设计师最最头痛的一个问题，它指的是赛车的总体下压力和赛车牵引力作用的比率。设计师必须想方设法寻找一个空气动力方案来使赛车在达到最大下压力的同时尽量减小这些空气动力学部件产生的阻力，这样不但在赛车过弯性能和赛车直道加速能力上取得了平衡，而且更大限度的保护了轮胎。可以说这是目前在F1赛车设计课程中和引擎车架齐名的重要课题。
空气动力学：
在赛场比赛中胜利的关键通常取决与过弯的速度，而提升车辆过弯速度的不二法门是增加车辆的抓地力（Grip force）
增加抓地力的最完美的情况是加大下压力（Down Force）却不会增加阻力（Drag Force），所以拼命加大尾翼的面积是没用的，因为这样就会增大阻力。当时的工程师发现：如果能阻止（或是加速）空气流入车身底部，就可以造成车辆底部与地面之间成为“接近真空”的状况，这样车辆就可以如同吸盘般牢牢吸附在赛道上，简单的说也就是空力套件离地面的距离越小，它所产生的作用就越大。
1***8年的LOTUS车队与1***9年的Ferrari车队就率先应用了这个理论，这类车辆最大的特点就是：车辆两侧部分加装了与地面接触的裙脚（Skirt），赛车前方装设了引导空气流向两侧的套件。在短短一年之内所有车队争相模仿，这样的设计也证明了真的能大幅度提升过弯速度！
然而之后FIA却以安全因素禁止了裙脚的使用，至此Ground Effect Era才算是轰轰烈烈的正式寿终正寝。不过它的灵感却仍然以其他设计存在与现今的F1赛车上！
下一个主角：Rear Diffuser
在Ground Effect Era结束之后，F1工程师门有发现了另一个可以提供大量下压力的空力设计：Rear Diffuser。
当车身下方的空气流过diffuser时，因为通过的截面积增大而使流速变慢，此时会造成压力增大的情形。这种现象可以加快车身下方的空气造成“暂时真空”的效果。其实这也就是另一种变相形式的Ground Effect。在Rear Diffuser发展的全盛时期时他甚至负责承担F1赛车70%以上的下压力.一直到94年塞纳的事故之后，FIA紧急改变政策，强制缩短Diffuser的长度之后,它的重要性也稍微有所降低，不过仍承担了40%左右的下压力！FIA的新规定也让赛车设计师不得不继续朝车身其他部分动脑筋！
在设计当今一级方程式赛车的过程中，扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战：如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。这正是赛车必须克服的问题。
在赛车空气动力设计的过程中，风洞扮演着重要的角色。进行风洞实验时，通常先制作一半体积的模型，而风洞就像一个巨大的吹风机，将空气吹向静止的模型。
空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。较直的跑道需要较低的下压力设定值，如此可减少阻力，并且有助于赛车提高极速。较曲折的车道需要较高的下压力设定值，如此可令赛车的极速降低。
F1空气动力学的图解：
气流解析：
详解空气动力（文字）：
id="id2">amg空气动力学组件有哪些
空气阻力Fw是空气对前进中的汽车形成的一种反向作用力，它的计算公式是：Fw=1/16·A·Cw·v2(kg)
其中：v为行车速度，单位：m／s；A为汽车横截面面积，单位：m2：Cw为风阻系数。
空气阻力跟速度成平方正比关系，也就是说：速度增加1倍，汽车受到的阻力会增加3倍。因此高速行车对空气阻力的影响非常明显，车速高，发动机就要将相当一部分的动力，或者说燃油能量用于克服空气阻力。换句话讲，空气阻力小不仅能节约燃油，在发动机功率相同的条件下，还能达到更高的车速。空气阻力的大小除了取决于车的速度外，还跟汽车的截面积A和风阻系数Cw有关。
风阻系数Cw是一个无单位的数值。它描述的是车身的形状。根据车的外形不同，Cw值一般在0．3(好)—0．6(差)之间。光滑的车身造型(最理想为水滴型)使气流流过车身后的速度变化小，不会形成旋涡，Cw值就低；相反，如果车身外形有棱有角又有缝，Cw值就高。一般赛车将车轮设计在车身之外，自成一体。理论上每一辆车的Cw可以在模型制作阶段测得，但准确的Cw值都必须在出了成品之后，通过做风洞实验来获得。
通过改善汽车的空气动力学性能，比如变化尾翼、底盘罩、前部进风口和轮毂帽，都能降低风阻系数。而降低车身高度，等于减小了截面积，或使车身更多地盖住轮子，也有利于降低空气阻力。
==
空气阻力.
空气阻力是与物体运动的速率成正比的,即：f=kv
k是空气摩擦系数,和空气密度有关,在我们能找到的丢东西的地方,一般可以认为是一个常数.
当物体从空中开始下落的时候,v很小,f很小,mg>f,所以物体逐渐加速.随着速度的增加,f增加,最终会达到mg=f的平衡点.此时,物体就开始了匀速下落.并且我们知道下落的速率便是v=mg/k在一般意义上我们说的重量,指的便是mg.
深度解读| 也许这就是最完美的驾驶者之车——GMA T.50
车翼，前保险杠。
将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力，进而在弯道时产生更快的加速度。由于一般普通房车没有下压力，因此甚至无法产生1G（一个重力单位）转弯力。一级方程式赛车能产生4个G的转弯力。
在时速230公里时的状况下，F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的底部行走。
注意事项：
在设计当今一级方程式赛车的过程中，扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战：如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。这正是汽车必须克服的问题。
在汽车空气动力设计的过程中，风洞扮演着重要的角色。进行风洞实验时，通常先制作一半体积的模型，而风洞就像一个巨大的吹风机，将空气吹向静止的模型。
空气动力学:空气动力学原理
这就是价值236万英镑的由Gordon?Murray?设计的GMA?T.50。对的，就是那个设计了***的迈凯伦F1的Gordon?Murray，而他打造这辆T.50的目的就是想让它成为一辆更完美的F1。基于F1的历史高度以及236万英镑的价格，我们自然会认为这又会是一辆终级跑车，特别是当我们知道它的发动机转速能够达到12100rpm的时候。
但实际上这是一辆行事风格完全不一样的“终级跑车”，甚至?“终极跑车”这个名号都有争议。
首先是它的动力，663马力的最大功率，?466牛米的最大扭矩，这样的动力数据，也就比现在入门级的超跑好一点，特别是扭矩，也就比Boxster?GTS高了一点。
其次是它的外观，没有大尺寸的进气口、前唇和大尾翼，车身上也没有各种洞。整个车头和侧面非常的简洁和朴素，完全没有主流超跑的那种吸睛程度，只有车尾的大风扇才能让你多看两眼。而且它的尺寸以现在超跑的标准来说，真的是挺小的，车长甚至比Boxster还短，只有4350mm，宽度略宽，但也只有1850mm，所以如果你把它停在其他的超跑或者终级跑车旁边，尤其是布加迪Chiron的旁边，T50看起来就会像是一个等比例模型。
那这算是哪门子的更完美呢？原来Gordon?Murray希望的是T.50能成为一辆更完美的公路驾驶者之车，而不是那种只关注下压力、0-100加速和极速的性能猛兽。你从他对于F1不满意的点就能感受到他的意思，“车顶的进气通道宽了50mm，车尾设计过于平直，大灯就像个装着萤火虫的玻璃罐，空调几乎没什么效果，刹车一直会吱吱叫，如果用的不注意离合器每5000英里就得修，油箱每5年就得换，放行李的时候简直就是煎熬，这些都卡在我的脑子里。”而这些都不是关于性能方面的问题。
所以或者你可以这样理解，T.50就是一辆F1变得更完美了。相信你也看出它们俩有多像了，车身尺寸相差无几，车身轮廓也非常接近，侧窗也都是两段式的，座舱都***用了驾驶座位于中间的三座布局，都是自吸的V12发动机，6速手动变速箱，没有助力的方向盘，以及位于发动机两个侧翼的行李舱。
所以T.50与F1还是同一个理念——一辆适合日常使用的拥有极致驾驶体验的超级跑车，只是Gordon?Murray对F1还有很多不满意的地方，他想通过打造另外一辆车——也就是这辆T.50，来实现他心中那辆完美的F1。这也是为什么他在听到迈凯伦在打造一辆三座车型的时候，他打算停止这个项目，因为他知道迈凯伦有能力做到这些，不过在看到Speedtail之后，他意识到这辆车跟T.50以及F1除了三座之外没有任何共同点，所以他又重新回到了这个项目上，继续打造这辆更完美的F1——T.50。
首先他解决掉了很多F1上他不满意的地方。T.50的单体壳经过重新设计，现在地板变成了一整块的平面，让你可以更容易的爬到驾驶座里。空调终于有用了，而且乘客也有了自己的出风口。
侧翼行李舱的舱盖与引擎盖结合在一起，***用了鸥翼门的设计，可以让你更容易的把行李从上面放进去的同时，还能欣赏下那台V12发动机。可以说这辆车最招摇的时刻，就是你下车拿行李的时候，4个门同时打开，还是很引人瞩目的。
T.50的储物空间也更多了，乘客脚歇的上方和座椅的下面、还有驾驶座头枕后面都设计了储物格，一共能够提供30L的储物空间，再加上两个能够轻松放下登机箱的行李舱，拥有近300L的行李和储物空间，应付长途旅行完全没有问题。而且T.50也装上了ABS、牵引力控制和车身稳定系统（都支持全关），让你在雨天高速行车的时候终于能放松下来了。
T.50也增加了很多现代化的功能。在转速表的两边分别有两块屏幕，左边显示车辆信息，右边显示多媒体信息，不过为了不分散驾驶者的注意力以及方便快速读取信息，***用了黑白屏。车机系统还能通过Android?Auto?/?Apple?CarPlay与手机相连，使用手机上的***和导航功能。此外，T.50还在风扇外壳的轴心处安装了摄像头，这样在倒车时能够获得更好的车后视野。
除了这些功能性的改进外，T.50在日常使用方面最显而易见的改进必须得说是这个内饰，终于不会像F1一样简陋的像一辆塞车了。
“我希望所有的东西都是基于工程美学的，这是有一个明确的分界线的在工程美学和珠光宝气之间，所以你看不到任何花哨的东西在这里。但所有东西都是特别定制的。在F1里98%都是定制的，但还是有一些开关和出风口是从别的车上搬过来的，其中有一些开关是我很讨厌的，非常讨厌的，触感有点太软绵了。所以这次我找到了一家制作航空零件的公司，当然花费也是不菲的，但现在触感真的非常好，我一直告诉设计师‘想象一下高端相机的感觉’。”
所以虽然为了轻量化，T.50的内饰依旧很简单，但所有的东西都像是件工程艺术。镂空的离合和刹车踏板都是用整块的铝合金铣出来，油门踏板和换挡机构更是由钛合金精加工而成。所有旋钮和按键都***用铝合金材质经由航空级别的要求制作，拥有非常精密、紧致的触感。车内所有的一切都经过精心的制作和打磨而成，虽然没用任何奢华材料，但那种精致度还是很符合它236万英镑的气质的。
至于这个完全不同于现代超跑的简洁外观，Gordon?Murray给出的解释是“我希望通过一个简洁的外观设计能够让它的美感更为持久，至少确保在30年内T.50的设计不会显得过时了。同时全新的空气动力学设计也允许我可以不用那些现代超跑流行的大尾翼、通风口、进气口什么的。”
此外根据Gordon?Murray的说法，T.50的设计都是基于工程优先的原则。即使是大灯里那个在我们看来是装饰的金色格栅，其实也是大灯的散热器，只是大部分的车都把它隐藏起来。“我觉得它看起来挺酷的，所以我就让他们把它设计成可见的。”
倒是你们会认为是出于空气动力学而取消的后视镜，其实更多是出于美学考虑。因为Gordon?Murray在设计的时候尽可能把座舱前移（驾驶位比F1前移了250mm），“这导致我不得不把后视镜放在前轮拱上，虽然我不是很想要摄像头，但是自F1开始，法规规定的后视镜尺寸大了一倍，那样子看起来实在太荒唐了。”所以最后Gordon?Murray不得不***用了摄像头的方案，正好减少了空气阻力和风噪。
现在从车顶的冲压进气口一直延伸到风扇的背脊如Gordon?Murray所愿变窄了。后轮拱的造型也***用了更多的曲线，营造出了Gordon想要的肌肉感，同样这也是个功能性设计，更好的将气流引向主动式尾翼。
关于这个车顶的冲压进气口还有一个有意思的功能，它也属于一个叫做Direct?Path?Induction?Sound系统的一部分，这个系统在F1上就有了，T.50则进一步做了调整。这套系统能够很好地将引擎的声音引导进车厢，而这个冲压进气口就是起到扩音器的作用。此外，这套系统是由油门大小控制而不是转速，这意味着传进来的声响完全是由驾驶者控制的。
改写游戏规则的空气动力学
这个大风扇是整辆车最显著的视觉特征，同时也是这辆车的空气动力学的关键所在。
其实在F1上Gordon就有运用这项技术，他在后扩散器里安装了两台140mm的风扇。“当时，我对这项技术还不是太确定，所以我并没有着重去应用，我想它们大概能增加个5%左右的下压力，在当时还不是太多。”
不过现在，经过Gordon?Murray团队的创新，他们开发出了这套全新的空气动力学系统，改写了公路车型空气动力学设计的游戏规则。
这台400mm的风扇由轻量化的48V电机驱动，最高转速能够达到7000rpm，结合它的涵道系统能够主动管理车身上下的气流，从而提升传统的地面效应效果，而且得益于新的设计和车底涵道，T.50不用像Murray的BT46B?Fan赛车一样需要侧裙来产生地面效应。
这套系统还能对边界层进行控制，保证车身上下的气流进行最有效的相互作用，再加上位于风扇两边的主动式尾翼，从而能在全速域平衡车辆对空气阻力和下压力的需求。
T.50有6种空气动力学模式，两种是自动控制的，另四种是由驾驶员控制的，分别能够增加50%的下压力，以及减少10米从241km/h减速到0的刹车距离等。
这其中最有意思的是流线型模式，在这个模式下，尾翼角度会调成-10度，然后关闭车底阀门降低下压力，同时车尾上面的空气被风扇吸入并高速排出，能够模拟出长尾的效果，总共能够减少12.5%的空气阻力，而且还能提供15kg的推力。
改写游戏规则的极致轻量化
T.50另一个改写游戏规则的地方就是轻量化，要知道这是辆搭载了一台V12发动机，有空调、有音响、有多媒体系统的，能够让你长途旅行的超跑，但是它只有986kg，比F1轻了150kg，相比其他同类型超跑更是轻了三分之一的重量，就算是源自于F1赛车的阿斯顿马丁Valkyrie比它还重100kg，而那辆车很有可能会更不舒服，车内也会更简陋。而这正是源于Gordon对轻量化的极致追求。
“只要你开始减重，其他的一切都会变好的。”?Gordon解释道，“一辆重车永远提供不了一辆轻车的那种动态特性，即使是同样的功率质量比。也许它能通过复杂的主动式悬挂和电控系统，达到相似的动态性能，但是轻车的那种灵活性和响应速度是重车如何都达不到。”
所以轻量化的宗旨贯穿T.50车身上的每一个细节。LED大灯灯组包括散热器和冷却风扇每个仅为2.1kg；10扬声器的700W?Arcam音响比F1上的Kenwood轻了一半，只有4.3kg。那三块像工艺品一般的镂空踏板，比F1轻了300g，钛合金的换挡机构轻了800g；那块镶在悬臂最前端的钛合金底盘号铭牌只有1mm厚，重量只有7.8g，精确到0.1g，你就知道这个人对于轻量化有多疯狂了。
不过有一个地方还是逃过了轻量化的准则，就是这个珐琅工艺的美人鱼车标，这可不是一个轻量化的工艺。“我觉得最重要的是要用合适的方法应用合适的技术。我不想用一块碳纤维小牌子或者是贴纸，我希望它是更立体的。”?Gordon解释。关于这个美人鱼车标，它其实来源于Gordon?Murray的家族徽章，Murray家族从12世纪就开始使用这个徽章，所以这个车标很可能是世界上最老的汽车logo。
但要说对轻量化贡献最大的还是这个碳纤维车身，整个底盘和车身几乎都是由顶级的碳纤维打造的，车身覆盖件也***用了相同的碳纤维材料，整体总重不到150kg。和F1一样，T.50也***用了基于碳纤维单体壳的车身结构，但得益于更先进的材料和30年的技术进步，在减轻重量的同时，T.50的车身刚性和抗扭强度也变得更强，保证了更好的操控性、灵活性和乘坐舒适性。
极轻的车身重量也意味着T.50可以使用锻造的铝合金双叉臂悬挂，也不需要任何会增加重量的电控或者液压的悬挂部件。转向系统还是无助力的，能够带来最纯粹的驾驶手感。不过在时速低于16km/h会接入转向助力系统，让你在停车时不用再像F1一样费尽全力了。再加上与F1相似的小尺寸车身，以及120mm的离地间隙，T.50能够让你很轻松的在狭窄的老路和市中心驾驶。
同样得益于极轻的车身重量，T.50可以使用更小更窄的轮胎，同时也减小了簧下质量。和F1不同的是，T.50并没有***用定制轮胎，Murray选择了这套前235?/?35?R?19和后295?/?30?R?20的Michelin?Pilot?Sport?4S量产轮胎，方便车主更换，而且价格也能便宜很多。轮毂为锻造铝合金轮毂，而且还***用了与F1赛车一样的中央锁止螺栓，进一步减轻簧下质量。T.50使用了最新一代的Brembo前6和后4活塞的风冷铝合金整体式卡钳，配合前370mm和后340mm的碳陶瓷刹车盘，拥有极强的制动性能，而且重量也更轻。
改写游戏规则的V12发动机
关于这台发动机，你可能会想如果减少个几缸再加上个涡轮，是不是还能更轻而且动力还会更强？是的，很有可能，但这不是重点，重点是你先找到一个最佳的解决方案，然后再努力让它变得更轻。对于Gordon来说这个最佳的解决方案就是这台3.9升V12自然吸气发动机。
相比功率和扭矩，Gordon更关心的是发动机开起来的感觉。“它必须得是自然吸气，而且我想要它的转速能够比我另外两辆车更高、更快，F1能在1秒内将转速从怠速升到10000rpm，我希望T.50超过它，而且我也想要它的转速能够超过LCC?Rocket（11500rpm）。”基于这样的要求，Cosworth开发出了这台堪称工程杰作的GMA?V12发动机，先说下它的成就：目前世界上转速最高、响应最快、功率密度最高以及最轻的自然吸气V12发动机。
这台GMA?V12发动机的红线转速达到12100rpm，从怠速到红线转速只需要0.3秒，测试时更是能在1秒钟内将转速提升到破纪录的28400rpm。发动机在11500rpm时能够输出663马力的最大功率，这使得它的功率密度达到了166马力/升。在9000rpm时能够输出467牛米的最大扭矩，更让Gordon高兴的是发动机在转速2500rpm的时候就能输出71%的扭矩。“在60年代你只能选择转速或者扭矩，你不能两个同时拥有，但现在可以了。”
看到这，你可能会想这和同样是Cosworth打造的Valkyrie的V12发动机是不是差不多的？Gordon表示：“除了理论基础一样以外，没有任何其他地方是一样的，这完全是下一代的产物。”
这台GMA?V12发动机总重只有178kg，为了轻量化，发动机缸体***用了高强度的铝合金打造，连杆、阀门和离合器外壳更是使用了钛合金。和F1一样，这台发动机也取消了飞轮，当然这主要是为了高转速，但也确实是减重了。
为了更极致的驾驶体验，Gordon希望能将发动机重心降得更低，最后经过Cosworth的努力，T.50的曲柄高度降到了85mm，比F1降低了40mm。?除此之外，发动机还***用了半结构化设计，使得发动机可以安装在车身极低的位置，进一步降低重心高度。
为了能更适合日常和长途驾驶，T.50还开发了一个“GT”模式，最大功率降到了600马力，最高转速也限制在9500rpm，但依旧比市面上绝大多数的超跑和终级跑车都高。
T.50没有像其他超跑一样***用双离合变速箱，而是***用了H型6速手动变速箱，从这点你也能看出Gordon更关心的是驾驶体验，而不是能跑多快了。这个变速箱由著名赛车供应商Xtrac公司打造，重量仅为80.5kg。变速箱的前五个挡位***用了密齿比设计，带来更好的加速表现，第六挡则***用了一个更偏小的齿比，用于巡航。换挡机构经过特别的调校，Crossgate角度只有9度（同类型车一般都在15度），拥有非常丝滑、干脆的换挡感受。
和其他超跑一样，T.50也能对轮圈、颜色、内饰等进行个性化定制。特别是座椅会根据每个客户的身形、喜好进行匹配，相应的也会对方向盘和踏板进行调整，已达到最佳的驾驶姿势。?T.50将只生产100台，超过半数都在看到这辆车的草图的时候就被定掉了。“我告诉客户，这辆车能带来与F1相似的体验，但在每一个方面都会更好，而且价格只是它的两折而已。”Gordon表示。
那要这么看确实很划算。
感言：近些年，顶级超跑以及终级跑车已经变得越来越极端了，所有人都陷入了性能竞赛，Senna、Speedtail、AMG?One、Valkyrie、Jesko等等性能都极其夸张，但它们更适合待在赛道上，而不是在路上。性能竞赛让所有人为了极致的性能，而选择牺牲车辆的日常实用性。?但还好这世界上还有人在坚持，即使是拥有极致性能的超跑，既然你给它挂了车牌，那它就应该是能日常开的，而不是偶尔用来下个赛道或者泡个妞，然后绝大多数时间停在***用来欣赏的。
这个人就是Gordon?Murray，这辆T.50就是他打造的又一辆适合日常使用又拥有极致驾驶体验的超级跑车，一辆更完美的F1。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。
什么是空气动力学？
所有通过大气层的飞行器，都要利用风洞实验和理论计算来确定它们的空气动力外形和空气动力特性。实验工作者努力发展从亚跨声速到高超声速范围的风洞实验设备，并利用新的观测、显示、信息处理手段，揭示空气的流动现象，为飞行器设计师提供更多、更精确的气动力数据。理论工作者根据空气动力学的原理和各种理论，努力把实验揭示出的空气流动形态概括成数学模型，依靠数学分析的方法，研究空气流动现象中各种物理量之间的关系和变化，及其对飞行器性能的影响，把握规律，趋利避害，创造出飞行器新的设计思想、设计概念和设计方法。计算工作者则在已建立的数学模型指引下，利用当代最先进的电子计算机，致力于发展新的算法和软件，模拟更复杂的飞行器外形。正是亚声速、跨声速和超声速空气动力学的发展，才使得后掠翼、小展弦比细长翼和三角翼气动布局在飞机设计中成功地应用，促使了第一代超声速战斗机和旅客机的诞生。1954年问世的F102蜂腰形超声速战斗机就是其中第一代战斗机的代表。
随着电子计算机的迅速发展，利用空气动力学经典的欧拉方程和考虑到介质的黏性建立起来的纳维斯托克斯方程，可以进行飞行器比较复杂流动的计算。现在已经进入对整个机身的空气动力特性进行整体计算的阶段。在近代力学奠基人普朗特、卡门等著名学者的带动下，空气动力学的理论和实验基础日臻完善，于是诞生了对航空工程发展起到先导作用的许多新的设计思想，如非线性升力技术、边条翼布局，将机翼与机身作为一个整体设计的翼身融合技术，以及飞机与推进系统的一体化设计概念等，加上在气动布局上精细的设计计算和风洞实验分析，使得具有高升力特性和良好操纵性、稳定性的第三代战斗机应运而生。著名的美国F－15、F-16和苏联的苏－27、米-29，就是其中的代表。
1991年海湾战争中多国部队运用的“空、地一体战”体系的核心是空中优势，说明发展飞机技术对未来战争的胜败至关重要。经过近20年来在超声速巡航、过失速机动、隐身外形(即***用技术措施有效地减小雷达的反射和红外辐射，使飞机不易被敌方发现)的气动布局等综合研究的基础上，美国又率先推出21世纪的战斗机F-22。
同时，国际民航事业一直在持续并高速发展着。从20世纪50年代喷气客机问世以来，全世界民航客运年平均增长12％左右，约为同期经济增长的2倍。目前正在进行的民用飞机的层流控制技术和细长体布局研究，将为新一代亚声速干线飞机、第二代超声速旅客机提供可选用外形。
智斗阻力
如果在地面用火箭发射人造卫星，考虑到空气阻力及其它因素，火箭的末速度一定要大于7.9千米／秒才行。之所以说难于一步登天，就是说要达到这个速度可不容易!人类为了达到宇宙速度，经历了一段漫长的道路。张弓射箭，自古便有，但箭速一般只能达到107米／秒。一次大战期间，德国制造的“巴黎大炮”，创造了10倍弓箭速度，即1070米／秒的炮弹出口速度记录。二次大战中，德国的V-2导弹虽然达到1525米／秒的速度，但这一速度仅仅是宇宙速度的20％。有人也许会因此而想到现代飞机。飞得最快的飞机，速度可达到每小时3500多千米，大约只有第一宇宙速度的1／8。而且，飞机的发动机燃料燃烧必须要从大气中获得氧气。能支持飞机飞行的大气层高度只能到30多千米，因为再高，空气会更加稀薄。30千米高空，大气密度只有海平面的1.5％，而到100千米高空，则只有海平面的百万分之一了。要想靠飞机飞出地球，只好望空兴叹了。
火箭理论的先驱、俄国著名科学家齐奥尔科夫斯基，最先把火箭理论和宇宙航行的思想建立在科学的基础上。在不考虑空气动力和地球引力的前提下，他推导出了著名的齐氏公式，根据这个公式，要提高火箭最后达到的推进速度，有两个途径：一是提高发动机燃气的喷出速度，二是火箭携带的推进剂耗尽之后，火箭本身的结构质量要特别的轻。前者同推进剂的效率和发动机的性能有关，后者则要受到结构材料和工艺技术水平的限制。但无论如何，迄今为止，一枚单级火箭最大限度只能加速到4千米～7千米／秒，达不到宇宙速度。这是因为火箭达到停火点速度之前，一直靠发动机工作来加速，发动机所产生的能量，既要使火箭加速，又要消耗一部分能量用于火箭背着的那部分推进剂。
齐奥尔科夫斯基非常巧妙地利用多级火箭的办法来解决这个问题，多级火箭像赛跑“接力”一样一级一级加速。目前的运载火箭一般是***，起飞时，先将第一级发动机点火，其推力使火箭产生一个加速度，徐徐升空。到了一定高度，第一级火箭燃料烧完后自动脱落，紧接着第二级立即起动，火箭继续加速。依此类推，每一级火箭都不断地提高速度和高度，使得末级火箭的飞行速度达到宇宙速度和预定高度，将卫星或飞船送入太空轨道。
当然，经过多级火箭加速得到的火箭推进速度还不是火箭实际飞行的速度，因为还没有考虑到运载火箭在飞行中由于地球引力和空气阻力所造成的速度损失。事实上，运载火箭在飞行中一部分推力与沿推力反方向的地球引力分量互相抵消，对加速没有什么贡献，这就是所谓速度的重力损失。另一方面，运载火箭上升段要穿越稠密的大气层，才能把卫星送入二三百千米以上的高空轨道。在空气密度比较稠密的近地空间，随着速度的加大，所受到的空气阻力也急剧增加。但飞行高度越高，由于空气变得越稀薄，空气对火箭造成的阻力也会迅速下降。所以，火箭设计师根据空气动力学原理，让运载火箭慢慢地垂直爬升，以较低的速度穿越稠密大气的下层，以较快的速度飞出大气的上层，让大约占总速度2／3的速度在大气层以外的高空由火箭加速产生。一般而言，***火箭的第一级都在60千米以上高空关闭发动机后脱落，让第二级火箭在极稀薄的大气层飞行。第***飞行高度更接近于真空带，目的是把空气阻力引起的速度损失减少到最低程度。
爱你真不易
火箭从发射到发动机关闭这一段飞行全靠火箭发动机提供动力来加速，这一段叫做火箭飞行的上升段。论速度，火箭从待发状态的零速起飞，越飞越快，飞越了亚声速、跨声速、超声速到高超声速。不同的速度和环境，空气动力学问题不尽相同。对于空气，要说爱你真不易――这些问题如不逐一解决，火箭就不可能冲到九霄云外。
卫星或其他航天器，部安装在运载火箭的头部。火箭穿越稠密大气层时，由于迎面气流的猛烈冲击和剧烈摩擦，不仅阻力增大而且使火箭头部温度急剧升高。为了减小阻力，保护卫星设备，就要为火箭的头部包上一个流线型、耐高温、抗烧蚀的外罩，叫做整流罩。在大约120千米的高空，空气已非常稀薄，整流罩的作用已经完成，又得把它抛掉，以便减轻火箭的质量。为了有利于 加速，火箭必须及时扔掉已经工作完毕的火箭级，减轻负重。火箭从发射到上升这个阶段，比较突出的难题是分离的气动设计，如整流罩的分离、火箭头体的分离、各级火箭燃料燃尽后的级间分离等。继续飞行级火箭和脱落抛弃的火箭在一定的飞行姿态角度下受到发动机推力、惯性力、外界气动力、分离力和重力等因素的作用而产生复杂的运动，级与级之间的重心又会发生变化。这部需要理论计算和实验分析相结合，预先模拟显示各级火箭所受的力和力矩、发动机噪声、发动机喷流和绕过火箭的空气流的相互作用、火箭级与级之间的相互干扰、火箭的稳定性、每级火箭在发动机熄火点的速度与剩余质量。空间飞行的特点是速度高、路途远，哪怕出现一点点的疏忽和纰漏，都将会造成失之毫厘、谬以千里的后果。
多级火箭一般是由头部、柱段、裙部、倒裙部和稳定翼等气动部件构成复杂的组合体。各段的外形和尺寸必须经过最佳的气动设计，保证火箭有足够大的升力和稳定性。运载火箭形式多样，级数各别。为增加推力，它可***用并联式发动机，像我国长征二号E运载火箭，就沿主发动机四周等间隔捆绑了4个助推器。火箭在上升段飞行速度变化很大，从亚、跨声速到超声速、高超声速，越飞得高空气越稀薄。在不同的飞行速度范围，空气与火箭相互作用情况也不尽相同，如在跨声速、低超声速时，可能出现压力脉动和结构振荡(即所谓跨声速抖振)，压力脉动会形成气动噪声环境，直接影响火箭结构疲劳寿命和舱内仪器的正常工作。这部是火箭设计师必须认真对待的问题。
火箭设计师要认真对待的另外一个问题是地面风作用于火箭上的风载荷对火箭飞行的影响。火箭在发射前竖立在发射架上，承受着地面风场中风的作用，而风向、风速又总是在变化的。由于组成火箭的柱段、裙段粗细不一，段间常有拐点，外形也不是旋转对称的，如局部安装天线、电缆管和稳定翼等，加上火箭比较细长，在风载荷作用下，火箭可能发生变形和风激振动。运载火箭气动力学问题很多，技术比较复杂，难度也比较大。不把运载火箭的各种空气动力学问题从理论上和实验上研究清楚，火箭就上不了天。像法国的“阿里亚娜”火箭，光是实验研究，就选了10多种火箭外形，在12座风洞中进行，历时4年之久。
载人航天飞行器的设计更离不开空气动力学这个先行官。
人们常见到的载人航天飞行器有两种不同的外形，那就是航天飞机与飞船。它们都是飞行轨道具有穿越大气层的上升段、在大气层外飞行的轨道飞行段以及再入大气层的再人、返回段的飞行器。
航天飞机的外形像飞机，由机身、机翼、尾翼和一些控制舵面，如副翼、襟翼、水平舵、垂直舵和控制姿态的发动机组构成。飞船是无翼的大钝头旋成体，虽然也有局部的不对称凸起物，但总的气动外形比较简单。在飞离地球的上升段，飞船被整流罩包裹住，人们看不到它的外貌。
航天飞机返回地面时，依靠翼的舵面及姿态控制发动机产生的空气动力，操纵飞行轨道返回。而飞船返回时，返回舱大钝头要转向迎风面，依靠大气阻力减速，利用姿态控制发动机控制飞行姿态与飞行轨迹。在接近10千米高度，飞行速度已低于声速，从飞船上释放一组降落伞，进一步减速，以达到安全降落地面的目的。由此可以看出，飞行力学、空气动力学、空气热动力学等决定了航天器的飞行规律与飞行轨迹。
(下)
空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
空气动力学的发展简史
最早对空气动力学的研究，可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎方法得出：在空气中运动的物体所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。
1755年，数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程，即欧拉方程。这些微分形式的动力学方程在特定条件下可以积分，得出很有实用价值的结果。19世纪上半叶，法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，后称为纳维-斯托克斯方程。
到19世纪末，经典流体力学的基础已经形成。20世纪以来，随着航空事业的迅速发展，空气动力学便从流体力学中发展出来并形成力学的一个新的分支。
航空要解决的首要问题是如何获得飞行器所需要的举力、减小飞行器的阻力和提高它的飞行速度。这就要从理论和实践上研究飞行器与空气相对运动时作用力的产生及其规律。1894年，英国的兰彻斯特首先提出无限翼展机翼或翼型产生举力的环量理论，和有限翼展机翼产生举力的涡旋理论等。但兰彻斯特的想法在当时并未得到广泛重视
约在1901～1910年间，库塔和儒科夫斯基分别独立地提出了翼型的环量和举力理论，并给出举力理论的数学形式，建立了二维机翼理论。1904年，德国的普朗特发表了著名的低速流动的边界层理论。该理论指出在不同的流动区域中控制方程可有不同的简化形式。
边界层理论极大地推进了空气动力学的发展。普朗特还把有限翼展的三维机翼理论系统化，给出它的数学结果，从而创立了有限翼展机翼的举力线理论。但它不能适用于失速、后掠和小展弦比的情况。1946年美国的琼期提出了小展弦比机翼理论，利用这一理论和边界层理论，可以足够精确地求出机冀上的压力分布和表面摩擦阻力。
近代航空和喷气技术的迅速发展使飞行速度迅猛提高。在高速运动的情况下，必须把流体力学和热力学这两门学科结合起来，才能正确认识和解决高速空气动力学中的问题。1887～1896年间，奥地利科学家马赫在研究弹丸运动扰动的传播时指出：在小于或大于声速的不同流动中，弹丸引起的扰动传播特征是根本不同的。
在高速流动中，流动速度与当地声速之比是一个重要的无量纲参数。1929年，德国空气动力学家阿克莱特首先把这个无量纲参数与马赫的名字联系起来，十年后，马赫数这个特征参数在气体动力学中广泛引用。
小扰动在超声速流中传播会叠加起来形成有***的突跃──激波。在许多实际超声速流动中也存在着激波。气流通过激波流场，参量发生突跃，熵增加而总能量保持不变。
英国科学家兰金在1870年、法国科学家许贡纽在1887年分别独立地建立了气流通过激波所应满足的关系式，为超声速流场的数学处理提供了正确的边界条件。对于薄冀小扰动问题，阿克莱特在1925年提出了二维线化机冀理论，以后又相应地出现了三维机翼的线化理论。这些超声速流的线化理论圆满地解决了流动中小扰动的影响问题。
在飞行速度或流动速度接近声速时，飞行器的气动性能发生急剧变化，阻力突增，升力骤降。飞行器的操纵性和稳定性极度恶化，这就是航空史上著名的声障。大推力发动机的出现冲过了声障，但并没有很好地解决复杂的跨声速流动问题。直至20世纪60年代以后，由于跨声速巡航飞行、机动飞行，以及发展高效率喷气发动机的要求，跨声速流动的研究更加受到重视，并有很大的发展。
远程导弹和人造卫星的研制推动了高超声速空气动力学的发展。在50年代到60年代初，确立了高超声速无粘流理论和气动力的工程计算方法。60年代初，高超声速流动数值计算也有了迅速的发展。通过研究这些现象和规律，发展了高温气体动力学、高速边界层理论和非平衡流动理论等。
由于在高温条件下全引起飞行器表面材料的烧蚀和质量的引射，需要研究高温气体的多相流。空气动力学的发展出现了与多种学科相结合的特点。
空气动力学发展的另一个重要方面是实验研究，包括风洞等各种实验设备的发展和实验理论、实验方法、测试技术的发展。世界上第一个风洞是英国的韦纳姆在1871年建成的。到今天适用于各种模拟条件、目的、用途和各种测量方式的风洞已有数十种之多，风洞实验的内容极为广泛。
20世纪70年代以来，激光技术、电子技术和电子计算机的迅速发展，极大地提高了空气动力学的实验水平和计算水平，促进了对高度非线性问题和复杂结构的流动的研究。
除了上述由航空航天事业的发展推进空气动力学的发展之外，60年代以来，由于交通、运输、建筑、气象、环境保护和能源利用等多方面的发展，出现了工业空气动力学等分支学科。
空气动力学的研究内
通常所说的空气动力学研究内容是飞机，导弹等飞行器在名种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律，飞行器所受的举力和阻力等空气动力及其变化规律，气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。从这个意义上讲，空气动力学可有两种分类法：
首先，根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度，空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。通常大致以400千米／小时这一速度作为划分的界线。在低速空气动力学中，气体介质可视为不可压缩的，对应的流动称为不可压缩流动。大于这个速度的流动，须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。
其次，根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性，空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。
除了上述分类以外，空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。例如稀薄气体动力学、高温气体动力学等。
在低速空气动力学中，介质密度变化很小，可视为常数，使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、举力线理论、举力面理论和低速边界层理论等；对于亚声速流动，无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程，研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法，普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和速度图法，在粘性流动方面有可压缩边界层理论；对于超声速流动，无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。
在超声速流动中，基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动、锥型流，等等。主要的理论处理方法有超声速小扰动理论、特征线法和高速边界层理论等。跨声速无粘流动可分外流和内流两大部分，流动变化复杂，流动的控制方程为非线性混合型偏微分方程，从理论上求解困难较大。
高超声速流动的主要特点是高马赫数和大能量，在高超声速流动中，真实气体效应和激波与边界层相互干扰问题变得比较重要。高超声速流动分无粘流动和高超声速粘性流两大方面。
工业空气动力学主要研究在大气边界层中，风同各种结构物和人类活动间的相互作用，以及大气边界层内风的特性、风对建筑物的作用、风引起的质量迁移、风对运输车辆的作用和风能利用，以及低层大气的流动特性和各种颗粒物在大气中的扩散规律，特别是端流扩散的规律，等等。
空气动力学的研究方法
空气动力学的研究，分理论和实验两个方面。理论和实验研究两者彼此密切结合，相辅相成。理论研究所依据的一般原理有：运动学方面，遵循质量守恒定律；动力学方面，遵循牛顿第二定律；能量转换和传递方面，遵循能量守恒定律；热力学方面，遵循热力学第一和第二定律；介质属性方面，遵循相应的气体状态方程和粘性、导热性的变化规律，等等。
实验研究则是借助实验设备或装置，观察和记录各种流动现象，测量气流同物体的相互作用，发现新的物理特点并从中找出规律性的结果。由于近代高速电子计算机的迅速发展，数值计算在研究复杂流动和受力计算方面起着重要作用，高速电子计算机在实验研究中的作用也日益增大。因此，理论研究、实验研究、数值计算三方面的紧密结合是近代空气动力学研究的主要特征。
空气动力学研究的过程一般是：通过实验和观察，对流动现象和机理进行分析，提出合理的力学模型，根据上述几个方面的物理定律，提出描述流动的基本方程和定解条件；然后根据实验结果，再进一步检验理论分析或数值结果的正确性和适用范围，并提出进一步深入进行实验或理论研究的问题。如此不断反复、广泛而深入地揭示空气动力学问题的本质。
20世纪70年代以来，空气动力学发展较为活跃的领域是湍流、边界层过渡、激波与边界层相互干扰、跨声速流动、涡旋和分离流动、多相流、数值计算和实验测试技术等等。此外，工业空气动力学、环境空气动力学，以及考虑有物理化学变化的气体动力学也有很大的发展
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