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气动阻力对汽车最高车速的影响

2018-02-27 14:26:32·  
　
汽车在行驶过程中受到的气动阻力，犹如一双无形的双手，紧紧的拖拽了汽车的运动。空气阻力的存在也使得马力大的汽车，其最高车速不一定最高。本期汽车风洞技术科普系列，我们就再谈气动阻力对汽车最高车速的影响。在中国的教育观念中，我们总是可以听到这样的一个观点：不能让孩子输在起跑线上。在我们的观念中，仿佛只有赢
汽车在行驶过程中受到的气动阻力，犹如一双无形的双手，紧紧的拖拽了汽车的运动。空气阻力的存在也使得马力大的汽车，其最高车速不一定最高。本期“汽车风洞技术”科普系列，我们就再谈气动阻力对汽车最高车速的影响。
 
在中国的教育观念中，我们总是可以听到这样的一个观点：不能让孩子输在起跑线上。在我们的观念中，仿佛只有赢在起点，才能笑到终点。这个观念从我们的祖辈传给了我们的父母，即将传到了我们的手中。
在教育中，我们不去判断这样的观点是否正确，存在即是合理。但在汽车领域，赢在起点却未必笑到终点！
 
汽车在行驶过程中除了受到滚动阻力、加速阻力、爬坡阻力外还会受到气动阻力的作用。气动阻力随着车速的增加以二次方的速度增加，相应的气动阻力所消耗的功率为速度的三次方。正是由于气动阻力的存在，汽车在行驶过程中才会存在这些的变数。
一、汽车的运动行驶方程式
首先我们先介绍下汽车运动行驶方程和汽车行驶的最高车速是如何得来的。
在汽车实际的行驶当中，汽车会遇到行驶阻力，它包括：气动阻力Fx1、滚动阻力Fx2、爬坡阻力Fx3和加速阻力Fx4。这些阻力将与汽车驱动力F相平衡，即：
式中，Cd为气动阻力系数；ρ为空气密度；V∞为汽车速度；G为汽车重量；Fy为气动升力；f为滚动阻力系数；θ为道路坡度角；δ为汽车旋转质量换算系数； S为汽车正投影面积。
二、汽车行驶的最高车速Vmax
汽车最高车速指汽车用直接档（或超速挡）在良好的水平路面上所能达到的最高速度。这时不可能加速，也没有爬坡阻力，故汽车牵引力只需克服气动阻力和滚动阻力。即满足如下的关系式：
在其它因素不变的条件下，汽车具有最大牵引力时，可以获得汽车最高车速，即：
三、几个假设，一个结论
1、几个假设：
首先我们假设存在这样的两辆汽车：
它们除了车重G和阻力系数Cd外，其余的参数：最大牵引力、滚动阻力系数、投影面积、升力系数完全一致，其参数设置如下表所示：
其中汽车1比汽车2的质量轻50%，汽车2比汽车1的阻力系数小20%。
2、一个结论：
那么按照上述假设，我们计算得到的两辆汽车的最高速度分别为：
我们发现，在最大牵引力等条件相同的情况下，即使汽车1的重量要比汽车2的重量轻50%，但由于空气阻力的影响，汽车1的最高车速依然比汽车2的最高车速小8.9%。
这也就是我们题目所说的“赢在起步，输在巡航”！
人生不是百米短跑，而是一场马拉松，当你赢在了起跑线，不要得意，因为漫漫的旅程还充满着未知；
当你输在了起跑线，不要失意，因为你比别人少了许多额外的阻力；
所以不管怎样，奔跑吧！
CAERI 视点
汽车行驶中，空气就像是一双无形的手，在阻碍着汽车的运动，影响到汽车的最高车速和燃油经济性的指标。本期“汽车风洞技术”科普系列，借助于若干个假设，目的就是为了更直观的说明空气阻力对汽车行驶性能有较大的影响，减阻依然是汽车空气动力学设计过程中的主要目标。
  
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