空气动力学在汽车设计中的应用文档格式.docx
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加长轴距，减少前后悬的长度；
行李箱向车尾部后移或向车顶部上移；
从三厢式向单厢式进展；
改变车门开启方式。
为了减少发动机所占空间，需要对底盘和整车总体布置进行充分地研究，以便利用有效空间和增加使用空间的可变性，通常前挡风玻璃总是尽量往前移，形成子弹头形状。
轴距加长是在车身总长不变的前提下，能够减少前后悬的突出部分，使后排座位的人上下车更加方便，增加乘坐舒服性。
行李箱设计尽量向后移或向上移是为了增大乘坐空间，充分利用车顶部的空间。
车身布置尽量紧凑合理，浑然一体，使得汽车在满足舒服陛的前提下更加轻便化、流线型化。
许多日系小型车将这类设计概念发挥到了极致，比如以大空间著称的日产TIIDA。
高速、安全、低耗是现代汽车进展的主题。
为了适应那个潮流，汽车造型应在严格的风洞试验的基础上做好形状设计，制造楔形车身或流线型楔形车身。
以后汽车降低油耗的途径将是多方面的，采纳新能源是一项重要措施。
能源的改变使汽车造型、内饰、色彩均与众不同。
例如电动汽车，采纳蓄电池和电动系统为动力，其动力舱部分空间就要比内燃机小得多，大大增加了造型设计的灵活性。
由此可见，以后车身的整体形状由于汽车动力能源的不同，将显现丰富多彩的艺术造型。
研究空气或其他气体的运动规律，空气或其他气体与飞行器或其他物体发生相对运动时的相互作用和相伴发生的物理化学变化的学科。
流体力学的一个分支。
它是在流体力学基础上随航空航天技术的进展而形成的一门学科。
研究内容
依照空气与物体的相对速度是否小于约100米／秒（相应马赫数约0.3），
可分为低速空气动力学和高速空气动力学。
前者要紧研究不可压缩流淌，后者研究可压缩流淌。
依照是否忽略粘性，可分为理想空气动力学和粘性空气动力学。
作用于飞行器的升力、力矩问题，可要紧通过理想空气动力学求解。
按流场边界不同，气流有外流和内流之分。
外流指一样飞行器绕流和钝体绕流，内流要紧指管道、进气道、发动机内的流淌。
专门研究钝体绕流的称钝体空气动力学；
专门研究内流的称内流空气动力学。
自20世纪60年代以后，空气动力学逐步向非航空航天的一样工业与经济领域扩展和渗透，形成了工业空气动力学。
此外还有一些边缘性分支学科，如稀薄气体动力学、高温气体动力学和宇宙气体动力学等（见气体动力学）。
流体力学的三大方程组是由质量守恒，动量守恒和能量守恒定理推导出来的，他们分别叫连续方程、动量方程和能量方程。
另外加上气体状态方程和本构方程，形成了流体力学的核心内容。
（具体叫法依照译本有出入）它们成立的前提是做了连续性假设、牛顿流体假设和完全气体假设。
其中只做了上述三个假设的方程组最为精确，适用范畴最广，被成为Navier-Stocks方程（组），然而在当时条件下，人们无法对N-S方程（组）进行有效地求解，为了满足工程实践需要，人们又做了无粘假设，忽略掉了由动量定理推导出的那个方程的粘性项，这一举措对连续方程毫无阻碍，但能量方程中由粘性耗散引起的能量变化因此消逝了。
现在，N-S方程退化成了Euler方程（组），然而大大简化了CFD的运算难度，现在对Euler方程（组）的求解已专门成熟，差不多能满足工程的最高精度的需要，NS方程一样只是做为理论研究或是某些专门的情形下才需要做。
随着具体的实际情形，先辈们又对EULER做了诸如不可压啊，无旋啊（使速度有势），小扰动啊等等假设，进一步把EULER方程组简化成针对具体情形的方程组或方程，比如Laplace方程，速势方程，小扰动速势方程等。
①钝体空气动力学。
研究钝形物体的绕流问题。
钝体常具有钝头、钝尾或带棱角的形状，如桥梁、塔架、采油平台、大型冷却塔、高层建筑、火车、汽车等。
当风吹过这些物体或物体在空气中运动时便产生钝体绕流现象。
流线型飞机在大迎角飞行时，也属钝体绕流范畴。
钝体绕流通常伴有复杂的分离和旋涡运动，有时还会产生流致振动（即物体或结构被流淌激发的振动）。
这是由于分离涡从物面周期性发放时，物体受到周期变化的流体动力作用而发生的受迫振动，甚至导致共振或变形发散，使结构破坏。
1940年美国塔科马悬索桥在自然风作用下发生强烈振动而断裂确实是一例。
为此，在建筑设计中必须考虑结构的固有频率，还要进行风洞实验。
常采取的措施有减小跨度，增加刚度，改善外形等，或设置动力阻尼器。
②内流空气动力学。
要紧研究各种管道（如喷管、扩压管等）内部空气或其他气体的流淌规律及其与边界的相互作用；
有时还包括管道内叶轮机（如压气机、涡轮等）中的流淌问题。
管道中的流淌一样可按一维流淌处理。
中国学者吴仲华于20世纪50年代初创立了叶轮机械三元流淌理论。
内流空气动力学的研究方法与一样空气动力学并无明显的不同。
③工业空气动力学。
要紧研究大气边界层（受地面摩擦阻力阻碍的大气层区域）内风与人类活动、社会和自然环境相互作用的规律。
专门多情形下，也称为风工程。
要紧内容包括：
大气边界层内的风特性，如速度分布、湍流分布等；
风对建筑物或构筑物的作用，以及对果园、树林等的风害及其防治；
建筑物或群体所诱致的局部风环境；
风引起的质量迁移，如气态污染物的排放、扩散和弥散规律；
交通车辆（如汽车、火车）的气动特性及减阻措施等；
风能利用；
风对社会、经济的其他阻碍等。
要紧通过现场实测和实验室模拟进行研究。
为此建筑了专用的大气边界层风洞和密度分层的水槽等设备。
研究方法
要紧有理论和实验两个方面。
①理论研究遵循的一样原理是流淌的差不多定律，如质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律、热力学定律以及介质的物理属性和状态方程等。
但在不同速度范畴、流淌特点，上述差不多定律的表现形式（即操纵方程）、求解的理论和方法有专门大差异。
在低速不可压缩流范畴，求解的差不多理论有理想无粘流的差不多解法、升力线和升力面理论、保角转绘理论、低速边界层理论等。
在亚声速流淌范畴，理想无旋流方程属非线性椭圆型偏微分方程，要紧求解方法有小扰动线化理论、亚声速相似律（如普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式等）、速度面法等。
在超声速流淌范畴，方程属非线性双曲型偏微分方程，要紧理论处理方法有小扰动线化理论、相似律、特点线法等。
在跨声速流淌范畴，流淌比较复杂，方程属非线性混合型偏微分方程，求解难度专门大，要紧用数值求解方法，有时也可用相似律等。
在精湛声速流淌范畴，流淌中显现专门多物理化学变化如烧蚀、传热传质等，而且必须考虑气体真实效应和激波-
边界层干扰（物面邻近的激波同边界层之间的相互阻碍）。
②实验研究是以相似理论为指导，在实验设备（要紧是风洞）中模拟真实飞行而求解流淌问题。
运算机的应用和进展，使空气动力学有了深刻而庞大的进展。
在理论研究方面，通过数值运算直截了当求解差不多方程，逐步形成了运算空气动力学。
在实验方面，提高了实验的自动化、高效率和高精度水平。
理论研究、实验研究、数值运算3方面的紧密结合
，已成为现代空气动力学的要紧特点。
空气动力学作为一门基础学科，对航空航天技术的进展起着重要作用，对一样工业如建筑、交通、能源、环境爱护等技术的进展也起着日益显著的作用。
“造型硬点”理论P3Zoc
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一、起因：
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用绘画展现人的胖瘦，他的骨骼、筋腱确实是不可变的“硬点”，加肉减肉也要合理，比如肚脐眼的最深点到后腰的距离是差不多不变的……Z?
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同理，汽车造型设计也有着许多有形或无形的约束，不是能够任意发挥的，除了表现功能配置和美学、文化元素外，结构、工艺以及力学——专门是流体力学理论也是重要的约束条件。
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二、“造型硬点”理论的差不多构成：
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1.多“S”线学说；
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2.要紧断面学说，加强X轴、Y轴中心面及要紧特点区域的段面剖面边界；
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3.分缝线：
区分可开闭和固定的，分别给出与相关于整车的位置及宽度比例；
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4.弧线、S线：
分类约定极限R值、链接过渡关系；
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5.渲染：
光源位置、角度与光影明暗、强弱差异对比；
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6.灯具外表面的凸起；
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7.边缘落差的显现形式；
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8.玻璃的透光度与背景可见物；
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9.迎风面：
忌与Y轴垂直的迎风凹面；
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10.主体色彩与背景、地面衬托；
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11.一些部件的设定位置；
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12.长、宽、高、接近角、离去角、最小离地间隙等参数；
设计汽车造型的空气动力学
汽车空气动力学
空气动力学在科学的范畴里是一门艰深的度量科学，一辆汽车在行使时，会对相对静止的空气造成不可幸免的冲击，空气会因此向四周流淌，而蹿入车底的气流便会被临时困于车底的各个机械部件之中，空气会被行使中的汽车拉动，因此当一辆汽车飞驰而过之后，地上的纸张和树叶会被卷起。
此外，车底的气流会对车头和引擎舱内产生一股浮升力，削弱车轮对地面的下压力，阻碍汽车的操控表现。
另外，汽车的燃料在燃烧推动机械运转时差不多消耗了一大部分动力，而当汽车高速行使时，一部分动力也会被用做克服空气的阻力。
因此，空气动力学关于汽车设计的意义不仅仅在于改善汽车的操控性，同时也是降低油耗的一个窍门。
应付浮升力的方法
应付浮升力的方法，其一能够在车底使用扰流板。
只是，今天差不多专门少有量产型汽车使用这项装置了，其要紧缘故是因为研发和制造的费用实在太过高昂。
在近期的量产车中只有FERRARI360M、LOTUSESPRIT、NISSANSKYLINEGT-R还使用如此的装置。
另一个主流的做法是在车头下方加装一个牢固而比车头略长的阻流器。
它能够将气流引导至引擎盖上，或者穿越水箱格栅和流过车身。
至于车尾部分，其课题要紧是如何令气流顺畅的流过车身，车尾的气流也要尽量保持整齐。
假如在汽车行驶时，流过车体的气流能够紧贴在车体轮廓之上，我们称之为ATTECHED或者LAMINAR（即所谓的流线型）。
而水滴的形状确实是现今我们所知的最为流线的形状了。
只是并非汽车非要设计成水滴的形状才能达到最好的LAMINAR，事实上传统的汽车形状也能够达到专门好的LAMIAR的成效。
常用的方法确实是将后挡风玻璃的倾斜角操纵在25度之内。
FERRARI360M和丰田的SUPRA确实是有此特点的双门轿跑车。
事实上认真观看这类轿跑车的侧面，就不难发觉从车头至车尾的线条会朝着车顶向上呈弧形，而车底则十分的平坦，事实上那个形状类似机翼截面的形状。
当气流流过那个机翼形状的物体时，从车体上方流过的气体一定较从车体下方流过的快，如此一来便会产生一股浮升力。
随着速度的升高，下压力的缺失会逐步加大。
尽管车体上下方的压力差有可能只有一点点，然而由于车体上下的面积较大，微小的压力差便会造成明显的抓着力分别。
一样而言，车尾更容易受到浮升力的阻碍，而车头部分也会因此造成操控稳固性的问题。
传统的房车、旅行车和掀背车这类后挡风玻璃较垂直的汽车，浮升力对它们的阻碍会较为轻微，因为气流通过垂直的后窗后就差不多散落，形成所谓的乱流成效，浮升力因此下降，然而这些乱流也正是气流拉力的来源。
有些研究指出像GOLF之类的两厢式掀背车，如车顶和尾窗的夹角在30度之内，它所造成的气流拉力会较超过30度的设计更低。
因此有些人就会想因此的认为只要将后窗的和车顶的夹角操纵在28至32度之间，就能同时兼顾浮升力和空气拉力的问题。
事实上问题并没有那么简单，在那个角度范畴里气流既不能紧贴在车体上也不足以造成乱流，如此一来将专门难估量空气的流淌情形。
因为汽车在行驶时并非在一个水平面上行驶，随着悬挂系统的上下运动，事实上汽车的离地距离是一个变量，而气流在流过车体上下所造成的压力差也会随时改变，同时在车辆过弯时车尾左右的气流淌态也会对车尾的气流情形造成阻碍。
当尾窗与车顶的夹角介于28至32度时，车尾将介于稳固和不稳固的边缘，这事实上专门危险的。
举个例子，AUDITT在推出时曾经发生高速翻车的问题，当时的事故调查报告指出AUDITT的后轴在高速时浮升力过高，造成后轮抓着力太弱。
而TT在设计时以风格作为首要前提，在空气动力学上有所牺牲。
后窗与车尾的弧度就介于以上那个尴尬的角度之间。
车厂在设计掀背车时宁愿将车尾设计的平直一点，一来能够增加车内的空间，二来也克服了空气动力学上的不足。
尾翼的差不多设计尾翼和扰流器的产生正是要解决气流和浮升力的问题。
我们见到过的尾翼可谓五花八门、千奇百怪。
只是它们却有着相同的特点：
表面狭窄、水平面离开车身安装（假如尾翼紧贴在车身安装，假如它不仅仅起到装饰作用，便只有扰流器般的作用，这两者是不同的。
）尾翼的要紧作用是增加下压力，因此尾翼的外形必须像倒置的机翼才行，如此的设计会使流经尾翼下端的气流的速度较流经尾翼上端的来得高，从而产生下压力。
还有一种产生下压力的方法是将尾翼前端微微向下倾斜，尽管这种设计会比水平式的尾翼产生更大的空气拉力，然而在调剂下压力大小的方面却较有弹性。
WING和SPOILER的分别尾翼和车尾扰流器的分别是后者与车尾连为一体，或者干脆确实是车身整体设计的一部分。
车尾扰流器事实上也能够用来制造下压力，然而常见的功能扔是减少浮升力和气流拉力。
掀背车的尾扰流器集结了大量的空气于扰流器的前方，目的是分隔车尾的气流，从而降低浮升力。
后扰流器也能够令气流更顺畅的流经车尾，幸免气流长时刻的徘徊或紧贴在车尾上，如此一来便能够减少空气拉力，同时也能够减低导致浮升力的车底气压。
因此，有专门多车书喜爱统称车尾上的凸出物为尾翼是专门不专业的行为，比如一般版的911那个能够自动升降的东西该被称为扰流器，而GT2上的那个才是货真价实的尾翼。
一样来说，欧洲的车厂比较注重汽车的美学设计，同时也专门在意SPORTSSEDAN和RACINGEDITION之间的分别。
因此，欧洲的车厂比较忌用尾翼，而日本的车厂则将尾翼作为卖点推给顾客，从这种分别中也能够轻易的体会出不同国家造车哲学的不同。
闲逛都市街头，你会发觉越来越多新的轿车，在其尾部行李箱盖外端都装有一块像是倒装的飞机机翼，使原本就拥有华丽迷人外观的轿车又平添许多妩媚和动气。
许多人都以为这新颖漂亮的汽车尾翼是厂家为了好看才给轿车安装的装饰件。
事实上它的要紧作用是能够有效地减少轿车在高速行驶时的空气阻力和节约燃料。
在我国的一些地点常常将“汽车尾翼”称为“汽车导流板”，事实上这种叫法是错误的。
“汽车导流板”在轿车内确有其物，只只是是指轿车前部保险杠下方的抛物型风罩，而“汽车尾翼”则是安装在轿车后箱盖上的。
国外一些人依照它的形状形象地称它为“雪橇板”，国内也有人称它为“鸭尾”。
比较科学的叫法应为“汽车扰流器”或“汽车扰流翼”。
依照气体动力学原理分析，我们明白汽车在行驶过程中会遇到空气阻力，这种阻力可分为纵向、侧向和垂直上升3个方面的作用力，同时车速与空气阻力平方成正比，因此车速越快，空气阻力就越大。
一样情形，当车速超过60公里时，空气阻力对汽车的阻碍表现得就专门明显了。
为了有效地减少并克服汽车高速行驶时空气阻力的阻碍，人们设计使用了汽车尾翼，其作用确实是使空气对汽车产生第四种作用力，即对地面的附着力，它能抵消一部分升力，操纵汽车内浮，减小风阻阻碍，使汽车能紧贴着道路行驶，从而提高行驶的稳固性。
目前大多数汽车尾翼差不多上用玻璃纤维或碳素纤维制成的，既轻巧又坚强，同时它的形状尺寸是通过设计师精确运算而确定的，不宜过大也不宜过小，不然反而会增加轿车的行车阻力或起不到应有的作用。
近几年，随着我国高速公路、高架路和高等级道路的建设及投人使用，车速有了较大的提高，汽车尾翼的作用显得越来越重要。
以排气量为1.8升的轿车为例，假如装上尾翼，空气阻力系数降低20%，在一样道路上行驶，耗油量减少或许不明显。
假如在高速公路上以120公里的时速行驶，则能省油14%，现在汽车尾翼的作用就专门明显了。
尾翼和扰流器的简史
早在上世纪30年代，各大车厂差不多开始致力于降低气流拉力，而关于浮升力的研究，各车厂大致要到60年代才开始关注。
FERRAR的赛车手RICHIEGINTHER于1961年发明了能产生下压力的车尾扰流器，他也因此闻名于世。
随后的FERRARI战车也都使用此项设计。
而第一部使用前扰流器（俗称气霸）的汽车应该是大名鼎鼎的FORDGT40。
这部车在超越时速300KM/H时所产生的浮升力令其成为一部全然无法驾驭的汽车，据说在加装了前气霸之后，GT40在达到极速时前轮的下压力由原先的310磅激增至604磅！
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至于第一部使用尾翼的汽车我没有准确的资料，只是据说时道奇于60年代末生产的CHARGERDAYTONAPLYMOUTHSUPERBIRD。
在欧洲车厂方面，保时捷能够算首家兼顾扰流器的功能和美学设计的车厂。
1975的911TUBRO的一体式的气霸和鲸鱼尾式的扰流器大副降低了浮升力的产生，其效用高达90％。
因此在70年代末，气霸和扰流器更成为保时捷的标志。
当时有专门多以高性能作为卖点的车厂也跟随保时捷的步伐以气霸和扰流器作为卖点。
（说到那个地点，我到想起了一些题外话。
事实上车厂都要通过一个进展时期才能走向成熟，事实上日本车与欧洲车的差距就表达在日本车事实上在走欧洲车曾经走过的一条道路，这条路每个车厂都必须经历。
假如以后中国真正的拥有自己的汽车工业的话，那么中国的车厂也必须走这条道路。
一样我认为欧洲车厂的空气动力学水平要较日本车厂来的高一点，就拿对空气动力学要求专门高的F1赛事来说，所有空气动力学高手差不多上欧洲人，而这些欧洲人也无一例外的供职于欧洲车厂，英美车队在空气动力学方面的研究在它这几年来几乎没有进步，从这一点上面就能够看出欧洲车厂于日本车厂之间的差距。
只是，这些差距是由时刻造成的，我想技术上的差距相对比较容易补偿。
而文化背景的不同才容易造成真正的差异，而这种差异假如产生不良性的进展，日本车厂就真正的危险了。
）现在气霸和扰流器差不多专门专门的一般了，几乎时速能够达到百余公里的汽车都使用这些东西。
事实上假如你的车速并不高，这些东西并不起作用。
当车速介于60到80之间时，气流的拉力全然高只是车轮的运动阻力，假如要感受尾翼和扰流器在浮升力和下压力方面的明显作用，时速必须高于160KM。
其中的缘故是因为气流的动力往往是车速的二次方，一部汽车从130KM/H加速至260KM/H，浮升力和空气拉力将会有四倍的增加。
同时，所有汽车所有的气霸，在降低气流拉力方面都具有一定的作用。
一样来说能够减少5～10％的整体气流拉力。
另一方面，气霸也有助于冷却引擎，亦方便了雾灯的安装。
只是仍旧有为数许多的车厂认为尾翼和扰流器是为了美观而设的。
只是总体来说，这些空气动力部件都具有一定的实际作用，以上代凌志SC系列来说，加装原厂车尾扰流器之后，汽车的Cd数值（气流拉力）由原先的0.32降至0.31。
然而FORDADVANCEDDESIGNSTUDIO的设计师GRANTGARRISON曾经说过：
假如尾翼和扰流器不是那么受欢迎，我们是可不能加在车身上的，然而我们能够用其它方法来把车辆设计得具有同样的空气动力学成效。
持相同观点的还有大名鼎鼎的FERRARI，众所周知FERRARI为了迁就车身设计的美感是专门忌讳在车身上使用尾翼的，而即使以快跑作为最高目的的ENZOFERRARI也使用的是可升降的尾扰流板，其缘故是FERRARI的主席认为一部静止的FERRARI不需要流器
对Cd值的一点说明
最后值得一提的倒是普遍存在的对Cd值的一些误解。
在许多车厂的产品介绍书中，常常会提及新车的风阻系数降低至多少多少Cd，而Cd所指的并不简单是指我们一样所说的空气阻力，而是流气拉力系数（DRAGCOEFFICIENT），一样而言气流在车尾造成的拉力，数值越低，表示车尾气流处理的越流畅，该部分的浮升力亦会越小，相对而言，车辆行走时的阻力会低一点，后轮的下压力也会好一点。
说到那个地点我们就应该明白，加装尾翼并不一定会增加Cd值！
假如加装尾翼和尾扰流器后，车辆尾部气流通过的流畅度增高，那么这辆车的Cd值反而应该降低。
汽车设计的空气动力学问题并不止于车尾，事实上车头的长度和宽度也会阻碍一部汽车的总拉力数值。
比如前纵置引擎的中心点要比前轴的中心点更前，车头就容易造得专门长，而假如加阔前轮距来横置摆放引擎，车头部分就会随着加阔，以上两种情形都会阻碍到整体的气流拉力（CdA）。
尽管有可能一辆车的Cd造得专门低，然而同样难以补偿车头部分增加的长度和宽度所带来的整体气流拉力数值的上升,举个例子来说，一部汽车的风阻系数由原先的Cd0.40下降至Cd0.38，然而车头的宽度却增加了75MM，这时它的CdA数值约会上升5％，如此一来等于完全抵消了Cd下降的成效。
（比如新款的ACCORD，尽管风阻系数达到了惊人的Cd0.25,但是因为车体全面比上一代要加大许多,所有在高速时的稳固性表现,我个人估量可不能有大幅的攀升，假如这方面的表现的确有所改进，也第一应该归功于轴距的加长和悬挂设定的改进，空气动力学的成就反而是次要的。
因为民用车的空气动力学表现必须兼顾降低风噪和燃油经济性，所有在设计时必定会对汽车的下压力作出一定的牺牲。
）因此，在大伙儿谈论Cd时，不应该认为Cd代表了一部汽车的整体空气动力表现，更不能轻易的认为随便加装一只尾翼或者巨型扰流器就必定能够获得更好的空气动力学表现！
事实上充其量它只只是改善了空气动力学中某个部分的表现而已。
一级方程式赛车是一种高速汽车，但在机械概念上却较接近喷射机，而非家庭房车。
它们庞大的双翼不但具用商业广告牌的作用，同时还能够产生至关重要的「下压力」。
这种空气动力会使流
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