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車(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)與車(chē)身造型
空氣動(dòng)力學(xué)（Aerodynamics）是研究物體在與周?chē)諝庾飨鄬\動(dòng)時(shí)兩者之間相互作用力的關(guān)系及運動(dòng)規律的科學(xué)，它屬于流體力學(xué)的一個(gè)重要分支。長(cháng)期以來(lái)，空氣動(dòng)力學(xué)成果的應用多側重于航空及氣象領(lǐng)域，特別是在航空領(lǐng)域內這門(mén)科學(xué)取得了巨大的進(jìn)展，給汽車(chē)或路面車(chē)輛的空氣動(dòng)力學(xué)（Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鑒。然而進(jìn)一步的深入研究表明，汽車(chē)或車(chē)輛的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題從理論到實(shí)際兩方面都與航空等問(wèn)題有本質(zhì)的區別，汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)已逐步發(fā)展成為了空氣動(dòng)力學(xué)的一個(gè)獨立分支，在方程式賽車(chē)領(lǐng)域更是得到了極大的應用。下面就談?wù)勝愜?chē)中空氣動(dòng)力學(xué)的應用。
圖1：行車(chē)阻力隨車(chē)速的變化情況
其實(shí)氣動(dòng)力對賽車(chē)的影響，不只是行車(chē)阻力，還有對發(fā)動(dòng)機的進(jìn)、排氣，車(chē)輛行駛的穩定性，過(guò)彎速度，以及剎車(chē)距離，甚至輪胎溫度控制等等。
1．空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念和基本方程
空氣動(dòng)力學(xué)，屬流體力學(xué)的范疇，是研究以空氣作介質(zhì)的流場(chǎng)中，物體所受的力與流動(dòng)特點(diǎn)的科學(xué)。賽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)屬低速空氣動(dòng)力學(xué)。高速流和低速流在空氣壓縮性上有很大差別，通常用M數（也稱(chēng)為馬赫）來(lái)劃分。若定義流速V與大氣中聲音的傳播速度a之比為M數，則M=V/a。大氣中小擾動(dòng)的傳播速度是和聲音的傳播速度相同的，M=1后，會(huì )出現激波，氣動(dòng)特性發(fā)生很大變化。
一般M>>１為高超音速范圍，主要是彈道導彈等的飛行；M>１為超音速，M在1.2-0.8左右為跨音速；M<0.8為亞音速范圍，高速飛機的飛行跨越這三個(gè)范圍。M<0.3是低速范圍，汽車(chē)、滑翔傘，以及多種球類(lèi)運動(dòng)都屬于這個(gè)范圍。
空氣的質(zhì)量和粘性：當我們研究空氣動(dòng)力學(xué)時(shí)，必須要考慮空氣的質(zhì)量。按照牛頓第二定律F=ma，有了質(zhì)量m，只要再有加速度a，就會(huì )產(chǎn)生力F?？諝獾馁|(zhì)量密度r≈1.22千克/米3，即1立方米空氣質(zhì)量約1.22千克，約為水的1/800。同時(shí)空氣還有粘性，它的粘性系數m為1.8*10-5牛秒/米2，約為水的1/55。
圖2：流場(chǎng)中，小擾動(dòng)源的波形圖
流場(chǎng)和流線(xiàn)：通常將充滿(mǎn)運動(dòng)流體（液或氣體）的一定空間稱(chēng)為流場(chǎng)，并且用有向線(xiàn)條來(lái)形象地表示流場(chǎng)中流體的流動(dòng)趨向，這些線(xiàn)條稱(chēng)為流線(xiàn)。
過(guò)流線(xiàn)任一點(diǎn)的切線(xiàn)方向，即代表流場(chǎng)中該點(diǎn)的流動(dòng)方向。流場(chǎng)中線(xiàn)條越密的區域，表示流速越大。各點(diǎn)流速不隨時(shí)間變化的流場(chǎng)稱(chēng)穩定流場(chǎng)。為了簡(jiǎn)化實(shí)際問(wèn)題，若假設流體無(wú)粘性，又不可壓縮就稱(chēng)為理想流體。
層流和紊流：當流體流經(jīng)物體表面，流線(xiàn)很平順時(shí)，各層之間層次分明，互不影響，我們稱(chēng)這種流動(dòng)為層流。
若因流體的粘性或物體表面粗糙，流線(xiàn)會(huì )逐漸出現小的擾動(dòng)，盡管平均流速仍未受影響，但看起來(lái)流線(xiàn)在跳動(dòng)，層次不分明。這種流動(dòng)稱(chēng)為紊流。
流經(jīng)物體表面的流動(dòng)，往往開(kāi)始是層流，到達某點(diǎn)后才變?yōu)槲闪?，轉變的地方，稱(chēng)轉淚點(diǎn)。轉變的因素是流體質(zhì)量密度r，粘性系數m，流速V，流經(jīng)的距離L以及物體表面的粗糙度等。我們用雷諾數Re=rVL/m達到某一數值作為判別的條件。一般層流中阻力較小。
圖3：附面層、分離點(diǎn)、層流、尾跡
分離點(diǎn)
附面層
駐點(diǎn)
尾跡
層流
層流
附面層、分離、層流、尾跡：以平面流場(chǎng)示意圖3為例，當流體以均勻流速V，流過(guò)物體表面時(shí)，由于自身粘性的影響，接觸物體后，首先是貼近物體表面的一層流體的速度會(huì )受阻滯。
隨著(zhù)流經(jīng)物體距離L的增加，受阻流體的范圍也增大。到達Lx時(shí)，δx范圍內各層的流速都會(huì )依次下降，略呈拋物線(xiàn)分布。我們將速度接近V層作為邊界，稱(chēng)速度受到阻滯，厚度隨流經(jīng)的距離在變化的這層流體為附面層。從附面層內流速的分布看，近物體表面小，外面大。速度的這種差易，就構成了轉動(dòng)的趨勢。當流線(xiàn)與物體分離后，就發(fā)生旋轉而形成三角。受阻的流體與渦組成的區域，分離點(diǎn)的位置往往也有小的前后移動(dòng)。渦的形成和脫體，會(huì )斷續發(fā)生，所以在尾跡中渦流區內，流動(dòng)物性往往很不穩定。
連續方程：現在來(lái)討論忽略粘性影響的穩定流場(chǎng)情況。我們將一組流線(xiàn)圖圍成的管道稱(chēng)為流管。以垂直流管的切面A1，A2截取一段流管。A1切面流管面積為Δ A1，A2切面流管面積為Δ A2。在A(yíng)1A2間，沒(méi)有流體注入或溢出，所以在dt時(shí)間內，從Δ A1流入的流體質(zhì)量（流量）與Δ A2流出的流量相等。
即 r1*V1 *Δ A1*dt＝r2*V2 *Δ A2*dt
式中，r：密度，V：流速，Δ A：流管切面積，dt：時(shí)段
或 r1*V1 *Δ A1＝r2*V2* Δ A2
這方程表示流動(dòng)沒(méi)有中斷，稱(chēng)連續方程。
在研究低速空氣動(dòng)力學(xué)時(shí)，認為空氣是不可壓縮的。即r1＝r2＝常量，屬理想流體，連續方程變?yōu)椋?/DIV> 圓周上不同θ位置各點(diǎn)，速度、靜壓變化如圖中（c）,（b）所示。理想氣體沒(méi)有粘性，所以沒(méi)有摩擦，沒(méi)有能量損失，只有動(dòng)、靜壓的轉換。流經(jīng)物體后，速度可以完全恢復，所以柱體上不產(chǎn)生阻力，也不產(chǎn)生升力。（物體上所受的力在氣流速度方向的分力稱(chēng)阻力，垂直速度的稱(chēng)升力。）
賽車(chē)的前后豎面，是產(chǎn)生氣動(dòng)力的重要組件，現來(lái)介紹它的氣動(dòng)力特性。現在來(lái)解釋升力產(chǎn)生的一種理論：無(wú)旋的理想氣流流過(guò)翼型時(shí)，如果是小迎角，無(wú)分離。流線(xiàn)的示意圖如圖6。
實(shí)際風(fēng)洞試驗中觀(guān)察結果與圖6右邊的圖形一致，并可測得翼型上下表面的壓力分布情況。如圖7所示。很多著(zhù)名氣動(dòng)研究機構，都研制了不同特性的翼型，并且用各自規定的代號，來(lái)區別不同翼型。例如NACA（NASA的前身）的NACA0006和NACA23012就是最大相對厚度t/C分別為6%和12%的對稱(chēng)和不對稱(chēng)翼型。不同翼型的Cy,Cx等系數隨迎角α的變化曲線(xiàn)，在手冊中可以查到。它們大致的趨勢如圖8所示： 總之理論與實(shí)驗方法各有所長(cháng)，可以相輔相成，以獲取最佳經(jīng)濟效益。例如新型號研制初期，尚無(wú)模型和實(shí)物，比較方便的當然是理論方法。而最后性能的確認和改進(jìn)，又必須依靠行駛試驗來(lái)定案。
一般說(shuō)來(lái)，車(chē)身上表面壓力分布趨勢大致如圖10所示。空氣動(dòng)力對車(chē)輛阻力的影響：前面曾經(jīng)提到，阻力由不同類(lèi)型組成，現在分別加以討論。首先是誘導阻力，它是因有限翼展下洗流引起的，減小的辦法是在產(chǎn)生負升力的前、后水平翼兩端加垂直端板，使水平翼變成接近無(wú)限翼展情況。但前翼端板對方向穩定不利，因此不可太大。其次是形阻，減小的辦法是保持流線(xiàn)形，縮小氣流分離區域。目前在后掠翼翼尖部分，裝一種防失速的渦流發(fā)生器，如圖11所示。
V1 *Δ A1＝V2 *Δ A2
說(shuō)明管道切面越小處，流速越快。
伯努利方程：我們仍然假定是無(wú)粘性、不可壓縮的穩定流場(chǎng)。
dt時(shí)間內經(jīng)Δ A1切面的流量dm1為：
dm1＝ r1*V1 *Δ A1*dt
經(jīng)Δ A2切面的流量dm2為：
dm2＝r2*V2* Δ A2*dt
按不可壓條件， r1＝r2＝r
連續條件下： dm1＝dm2＝dm＝r *V1 *Δ A1*dt＝r*V2 *Δ A2*dt
在Δ A1切面dt時(shí)間內流入的總機械能是動(dòng)能與位能之和：
dE1＝（1/2）*dm *V12+ dm*g*h1
h:切面位置高度，g:重力加速度
在Δ A2切面同一時(shí)間流出的總機械能為：
dE2＝（1/2）*dm V22+ dm*g*h2
dt時(shí)間內，流管A1至A2間機械能的增量為：
dE＝dE1－dE2＝[（1/2）*（V12－V22）+g*（h1－h(huán)2）]*dm
與此同時(shí)，流管兩端外力P對流體作功的增量dW為：
dW＝（P1* V1* Δ A1－P2* V2 *Δ A2）*dt 引入dm式
dW＝（1/r）*（P1－P2）*dm
按能量守恒原理： dW＋dE＝０
所以，［（1/r）*（P1－P2）＋（1/2）*（V12－V22）+g*（h1－h(huán)2）］*dm＝０
即 （1/2）*r *V12＋r*g*h1＋P1＝（1/2）*r *V22＋r*g*h２＋P２
這就是伯努利方程。
就賽車(chē)看，基本上是在等高度上，即h1=h2
方程變?yōu)椋?nbsp; （1/2）*r *V12＋P1＝（1/2）*r* V22＋P２
式中第一項稱(chēng)動(dòng)壓，第二項稱(chēng)靜壓，兩項合起來(lái)稱(chēng)總壓。這式說(shuō)明理想流場(chǎng)中，速度高的地方壓力小，速度小的地方壓力較大。
2. 流場(chǎng)中物體所受的空氣動(dòng)力
理想流體流經(jīng)圓柱體的情況：假設圓柱體是無(wú)限長(cháng)的，即縱向長(cháng)度LZ ＝∞，因此氣流橫向流過(guò)時(shí)在Z方向的分速度VZ＝0，所以各切面流動(dòng)情況相同，可用任意切面為代表，變成平面（二維）流動(dòng)問(wèn)題。如圖4所示。
θ＝0°的點(diǎn)A，稱(chēng)駐點(diǎn)。駐點(diǎn)氣流速度VA＝0，按伯努利方程，氣流中總壓在駐點(diǎn)全部轉變?yōu)殪o壓PA。
PA＝P∞+（1/2）ρV∞²θ＝180°處，VF＝0，所以PF＝ P∞+（1/2）ρV∞²
P∞：流場(chǎng)中未受物體影響處靜壓，V∞：未受物體影響處流速。
圖4：非粘性流流過(guò)無(wú)限長(cháng)圓柱情況
翼型的壓力分布、升力和阻力：
圖5：翼型
賽車(chē)的前后豎面，是產(chǎn)生氣動(dòng)力的重要組件，現來(lái)介紹它的氣動(dòng)力特性。
翼面的長(cháng)度叫豎度L，橫切面形狀稱(chēng)翼型。如圖5所示。做成這種形狀，主要是為了產(chǎn)生升力。在賽車(chē)上，是反過(guò)來(lái)裝的，主要是產(chǎn)生負升力。翼型對著(zhù)氣流的一端稱(chēng)前緣，另一端稱(chēng)后緣，前后緣連線(xiàn)稱(chēng)翼弦，其長(cháng)度稱(chēng)弦長(cháng)C。翼型各點(diǎn)高度中點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)中弧線(xiàn)，中弧線(xiàn)與弦線(xiàn)間的距離稱(chēng)中弧線(xiàn)高度，用來(lái)表示翼型的彎度，t是最大厚度，t/C稱(chēng)相對厚度。弦線(xiàn)與速度矢量的夾角α，稱(chēng)迎角。以上這些翼型的幾何參數，都會(huì )影響翼型的氣動(dòng)力性能。
當機翼展長(cháng)L極大時(shí)，叫無(wú)限翼展機翼。這時(shí)流過(guò)機翼的氣流不會(huì )產(chǎn)生展向分速度，所以各切面的流動(dòng)相同，變成平面（二維）流動(dòng)情況。氣流流過(guò)翼型就是這種情況。
圖6：升力產(chǎn)生理論的示意圖
圖7：a）翼型上下表面壓力分布；b）摩擦剪力分布；c）翼型微面積上力的幾何關(guān)系
實(shí)際風(fēng)洞試驗中觀(guān)察結果與圖6右邊的圖形一致，并可測得翼型上下表面的壓力分布情況。如圖7所示。
此外實(shí)際空氣有粘性，還會(huì )產(chǎn)生剪力如圖7(b)。計算時(shí)，沿翼型表面積分圖7(c)，即可求得翼型的升力和阻力。
DFY ＝－(p*dA)*sinθ + (τ*dA)*cosθ
DFx ＝ (p*dA)*cosθ + (τ*dA)*sinθ
翼型升力Y，阻力X：
Y ＝ ſd*FY ＝ － ſp*sinθ*dA + ſτ*cosθ*dA
X ＝ ſd*Fx ＝ ſp*cosθ*dA + ſτ*sinθ*dA
通常按阻力產(chǎn)生的原因，上式右端前一項叫壓差阻力（或形狀阻力），后一項叫摩擦阻力。
實(shí)際翼面展長(cháng)L是有限的，翼尖部分因上下壓力差，氣流會(huì )由下表面反向上表面，并在翼尖后緣脫離翼面形成尾渦，旋轉的氣流使整個(gè)翼面后緣，產(chǎn)生向下的速度，稱(chēng)為下瀉速度。
從切面看，由原來(lái)流速與下瀉速度合成的速度矢量，方向發(fā)生角ε的改變，新的升力Y在原來(lái)速度V0的方向上，產(chǎn)生了分力Xi。
因ε很小，所以Y0＝Ycosε≈Y，Xi＝Ysinε
Xi稱(chēng)誘導阻力，它是隨升力伴生的，是獲得升力無(wú)法避免的代價(jià)。此外就整車(chē)而言，組件間還會(huì )相互干擾，還會(huì )產(chǎn)生阻力，稱(chēng)為干擾阻力，這樣總阻力將由下列幾部分組成：
總阻力＝壓差阻力（形狀阻力）+ 摩擦阻力 + 誘導阻力 + 干擾阻力
賽車(chē)水平翼面端部，往往裝上垂直的端板，除了增加方向穩定性外（尾翼），還能降低尾渦強度，減小誘阻，使平尾效力增高。
升力、阻力系數Cy、Cx隨迎角α的變化：
在翼型表面某點(diǎn)A作用的氣動(dòng)力中，按伯努利方程的概念得：
P＝PA－PB＝(1/2)*ρ*V∞2－ (1/2)*ρ*VA2
＝(1－VA2/ V∞2)*(1/2)*ρ*V∞2
＝ Cp*(1/2)*ρ*V∞2
式中Cp＝（1－ VA2/ V∞2），稱(chēng)氣動(dòng)力系數，是個(gè)無(wú)因次量。
類(lèi)似的有升力系數Cy，阻力系數Cx，側力系數Cz，以及力矩系數Cmo等。
當求翼面上的氣動(dòng)力P時(shí)，用如下的公式：
P＝Cp*（1/2）*ρ*V2*S Cp是相對參考面積S取的。
類(lèi)似的求翼面上升力Y時(shí)，
Y＝Cy*（1/2）*ρ*V2*S 對應Cy的S取翼面平面積。
求全車(chē)阻力X時(shí)，
X ＝ Cx*（1/2）*ρ*V2*S 對應Cx的S取車(chē)輛最大的迎風(fēng)切面積。
圖8：升力、阻力系數隨迎角的變化情況
一般Cy~α曲線(xiàn)在α<10º左右時(shí)，Cy隨α直線(xiàn)增加，接近Cymax時(shí)，氣流出現分離，Cy增加減慢。隨著(zhù)分離區域的擴大，達Cymax后會(huì )突然下降，稱(chēng)為失速。這時(shí)的Cx也隨α由緩慢變?yōu)榧眲≡龃?。對稱(chēng)翼型的零升力迎角α０＝０º，有彎度（中弧線(xiàn)上凸的）翼型，α０<０º，為負值。相對厚度較大的翼型，Cymax和失速迎角也較大，Cx也略大。
為了提高Cymax，要盡力延緩上表現氣流分離，并增大翼型彎度。較有效的辦法就是翼面后緣安裝開(kāi)縫襟翼。經(jīng)精心設計的開(kāi)縫，使下翼面壓力較高的氣流吹向壓力較低的上翼面，增大氣流流速，使分離延緩，Cymax增大。
現在很多賽車(chē)的水平翼面，都采用類(lèi)似原理的幾個(gè)翼面組合。
3．研究方法與試驗設備
研究方法：雖然專(zhuān)門(mén)研究賽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)歷史不長(cháng)，但空氣動(dòng)力學(xué)隨著(zhù)飛機的誕生開(kāi)始，已經(jīng)是一門(mén)發(fā)展多年的學(xué)科。研究這門(mén)學(xué)科，大體分為理論方法和實(shí)驗方法。
理論方法主要是通過(guò)計算求解有關(guān)的流體力學(xué)方程，又分為精確解和近似解。前者也叫解析法，由于實(shí)際問(wèn)題很復雜，解析法求解很困難，所以應用上有很大局限性。目前工程上多采用近似方法。隨著(zhù)電腦的發(fā)展，因其快速和不易出錯，所以得到廣泛應用，且其精確性可根據需要，用細化網(wǎng)格的辦法提高，成本也容易控制。缺點(diǎn)是計算模型與實(shí)際情況之間往往存在較大差異，所以又不得不采用實(shí)驗方法。
實(shí)驗方法又分為風(fēng)洞試驗和真車(chē)行駛試驗。風(fēng)洞試驗是做出賽車(chē)模型，安裝在風(fēng)洞的人工流場(chǎng)中，用儀器測量作用在模型上的力和力矩，以及用噴煙或氣流染色或貼絲線(xiàn)等辦法來(lái)觀(guān)察模型附近流線(xiàn)的變化。這種方法，也不盡完善，因為要模擬輪胎轉動(dòng)，地面運動(dòng)以及發(fā)動(dòng)機進(jìn)、排氣的影響等都很復雜。而最突出的是模型試驗與實(shí)際情況之間的“相似”問(wèn)題。所謂“相似”不只是幾何尺寸要成比例，各種力之間也應保持同樣比例。這有時(shí)很難做到。例如作用于物體表面的力如粘性力，是隨物體表面積也就是長(cháng)度的二次方變化的，而質(zhì)量力是隨物體體積即長(cháng)度的三次方變化的。即使流場(chǎng)的相應參數都做到試驗與實(shí)際完全相同，但當模型縮小后，上述兩種力之間的比例，就不能保持完全相同。最簡(jiǎn)單的方法就是將模型尺寸做得接近實(shí)物，來(lái)提高“相似程度”。這時(shí)候的風(fēng)洞也要加大（甚至能容納真車(chē)），推動(dòng)風(fēng)洞中氣流運動(dòng)的能源功率更會(huì )強大。因此又只好用真車(chē)做行駛試驗來(lái)測量分析各種數據和現象，進(jìn)行性能改善。
圖9：a）閉循環(huán)式風(fēng)洞示意圖；b）開(kāi)口式風(fēng)洞示意圖
a
b
試驗設備：最基本的試驗設備是風(fēng)洞及其附屬測試儀器。風(fēng)洞試驗的優(yōu)點(diǎn)，是容易控制環(huán)境條件，測試儀器有通用性。風(fēng)洞試驗的重要環(huán)節是保持粘性相似。我們以雷諾系數Re=ρVL/μ代表慣性力與粘性力之間的比例。在大氣環(huán)境中做風(fēng)洞試驗，ρ，μ是與行車(chē)環(huán)境相同的，所以提高風(fēng)速V，增加模型尺寸L，都可提高相似性。賽車(chē)試驗用的風(fēng)洞是低速風(fēng)洞，最大風(fēng)速200萬(wàn)里/小時(shí)左右，型式有開(kāi)口式和閉循環(huán)式。如圖9所示。
后者部分氣流動(dòng)能得到重復利用，較省功率，但造價(jià)昂貴。試件用撐桿、支柱或轉臺裝置在試驗段內。試驗段切面形狀多為長(cháng)方形，尺寸可達3*2平方米，可以是敞開(kāi)、封閉或半封閉的。前者在試驗段洞壁上開(kāi)縫，便于內外空氣交換和調節模型大小對氣流的堵塞。模型最大橫切面積建議不超過(guò)試驗段切面積的7%，以降低洞壁的影響。為了模擬行車(chē)情況，地面應能隨氣流向后運動(dòng)。并有吸氣縫穴，以減小附面層厚度。
實(shí)際行車(chē)時(shí)，大氣是靜止的。風(fēng)洞中的氣流是旋轉風(fēng)扇推動(dòng)的，為了提高氣流質(zhì)量，試驗段前有整流格，阻止旋轉，消除渦流。收縮段和穩定段使氣流加速，保持流場(chǎng)均勻穩定。擴散段使氣流速度降低，減少洞壁的摩擦損失，節省風(fēng)扇馬達的功率。
為了測量流速，多使用皮托管。圓頭的封閉圓管，駐點(diǎn)位置開(kāi)總壓孔。離端部適當位置，開(kāi)靜壓孔。分別用管路將測得的總壓和靜壓，引入膜盒的內外腔。壓差引起的變形，通過(guò)傳動(dòng)裝置，即可將流速顯示在儀表上。
這種裝置，對流場(chǎng)的干擾小。本身沒(méi)有旋轉機械的慣性滯后，是通用的測速儀表。為了測壓力分布，可在模型表面的測試點(diǎn)上開(kāi)孔，測得靜壓。分析流動(dòng)情況，可在模型表面貼絲線(xiàn)或噴煙染色照相的辦法獲得直觀(guān)效果。
測力的辦法可用六分力天秤，它可直接測得x、y、z方向的分力和繞x、y、z軸的力矩分量。這種天秤可以是直接支持地面，或直接支持支柱的機械式，或置于撐桿內的應變式。后者便于應用到活動(dòng)地面的模型上，但對氣流有小的局部影響。
4．空氣動(dòng)力對賽車(chē)性能的影響
空氣動(dòng)力對發(fā)動(dòng)機性能的影響：車(chē)輛的水平直線(xiàn)最大速度，取決于發(fā)動(dòng)機提供的可用功率（隨檔位不同）和行駛的需用功率。
當發(fā)動(dòng)機的可用功率與行駛的需用功率相等時(shí)，這時(shí)得到可能的最大速度Vmax（某個(gè)檔位的）。
另外車(chē)身兩側有附面層，層內氣流速度下降，應有排除附面層的設計，并裝置導流片避開(kāi)車(chē)輪尾跡。進(jìn)氣道內部轉彎處，應有導流片，減小發(fā)生渦流帶來(lái)能量損失。排氣管出口位置應選在低壓區域，降低排氣反壓力。同時(shí)排氣管還具有吹除功能，可使附近氣流加速，保持好的流線(xiàn)。散熱器進(jìn)、排氣口布置，也大體遵循這些原則。
A
一般說(shuō)來(lái)，車(chē)身上表面壓力分布趨勢大致如圖10所示。
圖10：車(chē)身上表面壓力圖
A點(diǎn)以前，壓力沿車(chē)身長(cháng)度方向是遞減的，即吸力越來(lái)越大。A點(diǎn)以后是遞增的，分離多發(fā)生在A(yíng)點(diǎn)以后，因此排氣口放在這一區域，可以起到吹除作用，延緩氣流分離。
圖11：機翼表面的一種渦流發(fā)生器
這種渦流發(fā)生器可使層流附面層提前轉換成紊流附面層以增加氣流能量?？裳泳彿蛛x，不妨在賽車(chē)上試用。第三是摩阻，減小的辦法除做到表面光滑以外，就是盡量布局緊湊，減小表面積。最后是干擾阻力，這對露輪類(lèi)（印地、一級方程式等）賽車(chē)尤其突出。解決辦法是在干擾部件間裝置導流片（也稱(chēng)整流片）。此外導流片的作用，還可引導氣流冷卻剎車(chē)片，或引導暖氣流加溫輪胎等。
再來(lái)分析空氣動(dòng)力對剎車(chē)距離的影響：剎車(chē)距離取決于輪胎與地面間摩擦阻力Xw和氣動(dòng)阻力Xa。氣動(dòng)阻力Xa可用阻力傘或阻力板產(chǎn)生，但受到技術(shù)規則的限制，并非所有賽車(chē)都允許使用?，F在僅來(lái)分析Xw部分。車(chē)輪與地面的摩擦力Xw與正壓力P和車(chē)輪車(chē)道間摩擦系數μ有關(guān)。Μ的大小，與剎車(chē)時(shí)，車(chē)輪打滑程度有關(guān)。若以車(chē)輪全鎖死的打滑率為100%，則無(wú)剎車(chē)時(shí)為0%，即此時(shí)車(chē)輪接地點(diǎn)速度與車(chē)速相同，該點(diǎn)車(chē)輪與地無(wú)相對運動(dòng)。最大μmax大致在打滑率15%左右。
在無(wú)ABS（Anti-lock Braking System）類(lèi)賽車(chē)，能達到的μ值，取決于車(chē)手的技術(shù)?，F只討論正壓力P。P中包含三部分：重力W、氣動(dòng)力Y（負升力）以及慣性力mah/l。
Xw = μP
前輪摩擦力：Xwf ＝ μ*(Wf + Yf +mah/l)
后輪摩擦力：Xwr ＝μ*(Wr + Yr -mah/l)
式中m：車(chē)的質(zhì)量，a：剎車(chē)加速度，h：重心離地高度，l：前后輪距，Wf，Wr重心位置決定的。
慣性力則使前輪剎車(chē)效率增加，后輪效率下降。這對車(chē)輛穩定性不好。但負升力的大小和分配，可根據要求，在一定程度上，由前后水平翼面的設計來(lái)控制，有利提高剎車(chē)效率。不過(guò)負升力與速度平方成比，高速時(shí)效果才明顯。
Y=0曲線(xiàn)是無(wú)負升力翼面車(chē)輛；Y>0裝有負升力翼面車(chē)輛。
負升力實(shí)際改善了高速時(shí)輪胎的抓地性能，所以也改善高速時(shí)的加速性。
空氣動(dòng)力對穩定性的影響：穩定性是指處于平衡狀態(tài)的系統（車(chē)輛和作用在上面的力就是一個(gè)系統），由于外來(lái)干擾（有限度的）而使平衡破壞時(shí)，在干擾除去后，靠系統自身力量，回復原來(lái)狀態(tài)的能力。它是與操縱性相對的，后者是指改變原來(lái)平衡狀態(tài)的能力。過(guò)高的穩定性，會(huì )使操縱性變壞。
對賽車(chē)，方向穩定性與轉向系統、懸掛系統的構造、輪胎性能、重心位置等都有關(guān)系?，F在只就氣動(dòng)力影響部分加以分拆。
假設賽車(chē)在行駛中，受到干擾而使車(chē)輛發(fā)生β角的偏航。這時(shí)側滑阻力在垂直車(chē)軸線(xiàn)的分力分別為：
左右前輪阻力合力
Ff ＝μ*(Wf + Yf)
左右后輪阻力合力
Fr ＝μ*(Wr + Yr)
μ：輪胎地面側滑時(shí)摩擦系數，Wf、Wr：重量在前、后輪上的分力，Yf、Yr：前、后輪處負升力
前阻力Ff對重心的力矩是非穩定的
Mf ＝μ*(Wf + Yf)*lf
后阻力Fr對重心的力矩是穩定的
Mr ＝μ*(Wr + Yr)* lr
lf、lr：是重心到前、后輪軸的距離。
此外左右垂直尾翼在β角下會(huì )產(chǎn)生的側力Z，Z力同樣會(huì )產(chǎn)生穩定力矩Mz≈Z·lr?？梢?jiàn)后平尾及垂直尾面的氣動(dòng)力都是增加方向穩定的，當然也是在高速下，效果才明顯。
最后來(lái)討論氣動(dòng)力對過(guò)彎速度的影響：假設賽道沒(méi)有傾斜。車(chē)輛過(guò)曲率半徑為r的彎道時(shí)，離心力Fc:
Fc ＝mv2/r ＝mrω2
式中r：彎道曲率半徑，v：車(chē)輛過(guò)彎速度，ω：過(guò)彎角速度，m：車(chē)輛質(zhì)量
與此同時(shí)，地面與輪胎間的側向摩擦阻力Fg為：
Fg ＝μ (mg+Y)
g: 重力加速度，mg＝W：車(chē)輛重力
Fg是四個(gè)輪胎阻力的合力，假設作用在重心上。車(chē)輛不致側向滑出的條件是（忽略垂尾產(chǎn)生的力矩）：
Fc*h≤Fg*b/2
即 mrω2*h≤μ (mg+Y)*b/2
式中h是重心高度，b是輪距。
從以上兩個(gè)條件看，除了重心高度h要低，輪距b要大外，就應盡量增大負升力Y，才能提高過(guò)彎速度V和減小轉彎半徑r。
不管是從剎車(chē)、穩定性以及過(guò)彎速度看，后平尾的負升力Y都扮演著(zhù)重要的有利角色。為了提高它的效率，常在兩端加垂直翼面，使平尾效率接近無(wú)限翼度，增加負升力，減小誘阻。
同時(shí)若使用開(kāi)縫襟翼，還能在有限翼展長(cháng)內，獲得更好的負升力效果。有些賽車(chē)，沒(méi)有規定底部必須為平面時(shí)，也可利用車(chē)身底部曲面來(lái)產(chǎn)生負升力。
甚至將車(chē)身側壁向下伸出，阻斷產(chǎn)生渦流的強度。但這些流動(dòng)都非常復雜，理論很難解決，往往是在試車(chē)中，不斷完善的。更細微的改進(jìn)，有很多地方，還要接合每站賽道的特點(diǎn)，
