如果不考慮美觀,汽車設計成什麼形狀風阻最小?

風阻係數(drag coefficient)是通過風洞實驗和下滑實驗所確定的一個數學參數,用它可以計算出汽車在行駛時的空氣阻力。風阻係數的大小取決於汽車的外形。風阻係數愈大,則空氣阻力愈大。已知雨滴的風阻係數最小,在0.05左右。

下圖是不同形狀的風阻係數:

如果不考慮美觀,汽車設計成什麼形狀風阻最小?

最好的空氣動力學形狀是雨滴形狀,但這不適合汽車的形狀。 所以你必須把它切成兩半,形成如下的形狀:

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汽車造型的發展史,也是汽車風阻係數逐漸變小的過程:

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檢索了市面汽車的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 奔馳Mercedes-Benz CLA:

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CLA無論是與梅賽德斯-奔馳其它車型相比,實現了超低風阻係數。具有良好的氣動特徵,為該車型在日常駕駛環境下實現低油耗做出了重要貢獻。

排名第一的 大眾Volkswagen XL1:

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大眾XL1是一款新開發的新型超節能車。百公里油耗僅為0.92升。這款新車將搭載插入式混合動力系統。XL1採用完美的空氣動力學(Cd 0.189)和低重心技術(1,153 mm high)設計。

以上是市面上量產的汽車,如果不考慮美觀的話,可以參考當前電動汽車的造型設計:

比如來自荷蘭埃因霍芬理工大學的Stella太陽能汽車,是世界太陽能汽車大賽的常勝將軍,曾經在2013年,2015年和2017年三次奪得冠軍。世界太陽能車挑戰賽(Bridgestone World Solar Challenge) Cruiser 級別的競賽,這是一項穿越澳大利亞內陸地帶,全程3000公里的比賽。

可以看出,太陽能汽車為了放置更大面積的太陽能板,拼命的增加車體表面積。同樣似的其側面看起來像雨滴狀,如下圖:

如果不考慮美觀,汽車設計成什麼形狀風阻最小?

這也極大的降低了風阻。在晴天時,一塊滿電的電池能夠讓汽車行駛約1100公里;陰天時,則可以行駛1000公里。

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其它太陽能汽車造型:

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#關於筆者

筆者:荷蘭埃因霍芬理工大學工業設計系博士在讀

知乎專欄:“工業設計”

設計與研究/工業設計/荷蘭留學 原創文章發佈


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