汽车应用力学中的气动阻力系数

1.气动阻力系数的定义

气动阻力系数C_D亦称空气阻力系数或风阻系数，它的物理意义是单位气流动压力在每m²迎风面积上所产生的空气阻力。其表达式为

式中 F_X——气动阻力（N）；

A——汽车的迎风面积（m²）；

q——动压力（Pa）。

气动阻力系数C_D是一个无量纲数，它的数值通常通过风洞试验测得。在理论上，气动阻力系数只与汽车的外形形状有关，与形状的大小无关。气动阻力系数C_D是评价汽车气动阻力特性的主要指标，要减小空气阻力以达到既速度快又低油耗的目的，就必须减小气动阻力系数。

2.气动阻力系数的历史变化

图5-21给出了1920年以来轿车气动阻力系数的变化情况。从图中看出，在这八十年的历程中，轿车的气动阻力系数几乎呈逐年下降趋势。气动阻力系数的减小反映了汽车车身造型的进步，它是汽车空气动力学研究不断取得成果的体现。

其间，20世纪60～70年代，气动阻力系数略有回升，其原因主要是因为在这段时间里，以美国为代表的轿车更多地注重追求豪华和乘坐舒适性，导致车身外形扩大，外部装饰件过多，以牺牲部分气动阻力为代价。

20世纪70年代世界发生石油危机。轿车主要生产国普遍重视开发节能低油耗轿车，尤其是日本轿车以其外形紧凑、重视燃油经济性而逐渐占领国际市场，促使气动阻力系数得以重显下降走势。

图5-21 气动阻力系数的历史变化(www.xing528.com)

20世纪70～80年代，绝大部分轿车的气动阻力系数在0.4～0.5之间。

20世界90年代以来，根据国际市场销售的106种常见品牌轿车的气动阻力系数统计，其范围在0.27～0.41之间，平均值为0.332。

但是，气动阻力系数的降低不是无止境的，对于实用的乘用车而言，其气动阻力系数难以低于0.20。因为乘用车毕竟是交通工具，它必须设置发动机室、乘员室、行李箱、后视镜、车轮等，同时车身的长、宽还要受到交通条件的限制，因此即使车身流线形做得尽可能好，也得存在一定的气动阻力系数值；如果光是一个理想的流线形体是没有实用意义的。

气动阻力系数已经越来越受到汽车厂家的重视，国外许多汽车厂家都拥有自己的风洞测试场地，为其推出每一款新车做风阻测试。2009年9月，我国第一个“汽车风洞”在上海同济大学正式落成启用。从此，我国自主品牌轿车就用不着花那样高昂的外汇到国外去做“风洞”试验了。

3.各类型汽车的气动阻力系数

不同车型的气动阻力系数范围大致如下：

创纪录车和研究性车型：C_D=0.15～0.20

赛车和运动型跑车：C_D=0.20～0.30

轿车：C_D=0.28～0.42

轻型客车和公共汽车：C_D=0.40～0.80

载货汽车：C_D=0.55～1.1

二轮车：C_D=0.32～1.2