如果不考虑美观,汽车设计成什么形状风阻最小?

风阻系数(drag coefficient)是通过风洞实验和下滑实验所确定的一个数学参数,用它可以计算出汽车在行驶时的空气阻力。风阻系数的大小取决于汽车的外形。风阻系数愈大,则空气阻力愈大。已知雨滴的风阻系数最小,在0.05左右。

下图是不同形状的风阻系数:

如果不考虑美观,汽车设计成什么形状风阻最小?

最好的空气动力学形状是雨滴形状,但这不适合汽车的形状。 所以你必须把它切成两半,形成如下的形状:

如果不考虑美观,汽车设计成什么形状风阻最小?

汽车造型的发展史,也是汽车风阻系数逐渐变小的过程:

如果不考虑美观,汽车设计成什么形状风阻最小?

检索了市面汽车的Cd值,由高到低依次是:

  • Audi A6: 2011-present (Cd 0.26)
  • BMW i8: 2014 (Cd 0.26)
  • Mazda3 Sedan: 2012-present (Cd 0.26)
  • Mercedes-Benz B-Class: 2012-present (Cd 0.26)
  • Nissan GT-R 2011–present (Cd 0.26)
  • Peugeot 508 2011–present (Cd 0.25)
  • Hyundai Sonata Hybrid 2013-present (Cd 0.25)
  • Toyota Prius 2010-present (Cd 0.25)
  • Mercedes-Benz S-Class 2014–present (Cd 0.24)
  • Tesla Model S: 2012-present (Cd 0.24)
  • Mercedes-Benz CLA: 2013–present (Cd 0.22)
  • Volkswagen XL1: 2013-present (Cd 0.19)

看一下排名第二的 奔驰Mercedes-Benz CLA:

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CLA无论是与梅赛德斯-奔驰其它车型相比,实现了超低风阻系数。具有良好的气动特征,为该车型在日常驾驶环境下实现低油耗做出了重要贡献。

排名第一的 大众Volkswagen XL1:

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大众XL1是一款新开发的新型超节能车。百公里油耗仅为0.92升。这款新车将搭载插入式混合动力系统。XL1采用完美的空气动力学(Cd 0.189)和低重心技术(1153 mm high)设计。

以上是市面上量产的汽车,如果不考虑美观的话,可以参考当前电动汽车的造型设计:

比如来自荷兰埃因霍芬理工大学的Stella太阳能汽车,是世界太阳能汽车大赛的常胜将军,曾经在2013年,2015年和2017年三次夺得冠军。世界太阳能车挑战赛(Bridgestone World Solar Challenge) Cruiser 级别的竞赛,这是一项穿越澳大利亚内陆地带,全程3000公里的比赛。

可以看出,太阳能汽车为了放置更大面积的太阳能板,拼命的增加车体表面积。同样似的其侧面看起来像雨滴状,如下图:

如果不考虑美观,汽车设计成什么形状风阻最小?

这也极大的降低了风阻。在晴天时,一块满电的电池能够让汽车行驶约1100公里;阴天时,则可以行驶1000公里。

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其它太阳能汽车造型:

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#关于笔者

笔者:荷兰埃因霍芬理工大学工业设计系博士在读

公众号:“工业设计李存”

知乎专栏:“工业设计”

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