空气阻力系数

空气阻力

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概述

空气阻力指空气对运动物体的阻碍力，是运动物体受到空气的弹力而产生的。

空气阻力是汽车在空气介质中行驶，汽车相对于空气运动时空气作用力在行驶方

向形成的分力，空气阻力与汽车速度的平方成正比，车速越快阻力越大。如果空气阻

力占汽车行驶阻力的比率很大，则会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性

能。

在一级方程式赛车界中有这么一句话：“谁控制好空气，谁就能赢得比赛！”。追

求最佳的空气动力是现代一级方程式赛车中最重要的部分之一。在时速达300km以

上的赛车世界中，空气在很大程度上决定了赛车的速度。空气动力中，要考虑的要素

简而言之有两点。1：减少空气阻力（drag）；2：增加把赛车下压的下压力（downf

orce）。空气阻力越小赛车的速度越能越快，下压力越大赛车在弯道时的速度就越快。

空气动力学简单说就是如何取决在某些时候这两个完全相反的力的最佳平衡。实际操

作时要与环境因素造成的气流量的压强挂钩。否则你将区别不出什么是空气动力和

空气阻力。

汽车、船舶、铁路机车等在运行时，由于前面的空气被压缩，两侧表面与空气的

摩擦，以及尾部后面的空间成为部分真空，这些作用所引起的阻力。在逆风运行时，

还要把风力附加在内。在现实生活中，自由落体也受空气阻力的影响，其速度，接触

面积，空气密度等都会影响空气阻力的大小。英文为airresistance

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空气阻力构成

摩擦阻力：指空气粘度在车身表面产生的切向力在行驶方向的分力；该力仅占空

气阻力总额的9％，在航空和航天中其作为重点考虑对象，在地面一般车辆中可予以

忽略。

压力阻力：指汽车外表面大气作用的法向压力在行驶方向的分力；根据阻力源的

不同，压力阻力又分为：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力及诱导阻力。

1.形状阻力：由车身形状的不同而产生的空气阻力（主要由作用在汽车前、后两

面的压力差所至），其占空气阻力总额的58％；

2.干扰阻力：车身中局部突起部分（如：反光镜、车门把手等）产生的空气阻力，

其占空气阻力总额的14％；

3.内循环阻力：发动机进、排气系统、冷却系、车身通风系统等所需要和产生的

空气流流经车体内部所产生的阻力，其占空气阻力总额的12％；

4.诱导阻力：空气升力在水平方向的投影（主要由作用在车身上、下两面的压力

差所至），其占空气阻力总额的7％；

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计算公式

根据空气阻力的公式：F=(1/2)CρSV^2计算。

式中：C为空气阻力系数；ρ为空气密度；S物体迎风面积；V为物体与空气的

相对运动速度。由上式可知，正常情况下空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积

成正比，与速度平方成正比。在空气中如果速度达到2M（马赫）附近，由于空气

的摩擦，开始出现气动加热现象。

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空气阻力系数(Cd)

汽车的空气阻力系数是一种车型的重要参数。对新车型设计和车型改装来说，为

减少空气阻力系数，以获得良好的汽车动力性和燃料经济性，是汽车设计者的一项重

要工作。

汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向、侧向和垂直

等三个方向的空气动力量，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻

力的80%以上。空气阻力系数值是由风洞测试得出来的。

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减少空气阻力的方法

汽车加装尾翼：它的主要作用是可以有效地减少轿车在高速行驶时的空气阻力和

节省燃料。汽车在行驶过程中阻力可分为纵向、侧向和垂直上升3个方面的作用

尾翼

力。根据测试，当一辆车以80公里／小时前进时，有60％的耗油是用来克服纵向风

阻的。为了有效地减少并克服汽车高速行驶时空气阻力的影响，人们设计使用了汽车

尾翼，其作用就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，控制汽车上浮，减小风阻影响，使汽车能紧贴着道路行驶，从而提高行驶

的稳定性。汽车尾翼形状尺寸是经过设计师精确计算而确定的，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。

新型涂料：美国芝加哥市一家化学公司研制成一种可减少空气阻力的新型涂料。

这种涂料涂在物体表面，会在被涂复物表面上形成致密的涂膜，在显微镜下观看，涂

膜的排列象流线形的鱼鳞状。把这种涂料涂刷在飞机、汽车、火车或其他交通工具上，

可以减少行驶时的空气阻力，降低燃料消耗。研究表明，非常光滑的表面在气流和水

流中并不是最佳选择。像鲨鱼那样有细微颗粒的皮肤实际上更有利于在水中滑行。同

样，这样的皮肤应该比光滑的皮肤更符合空气动力学原理。研究人员希望将来在汽车、

轮船和飞机上涂上这样“粗糙”的表层，减少阻力，节省燃料。

新型喷射系统：

法国雷诺在第76届日内瓦车展(76thInternationalGenevaMotorShow)上发表了

概念车“Altic”。该车配备了可减少空气阻力的“SyntheticJet”系统。该技术的专利由

法国雷诺拥有，能够调整高速行驶时从车顶脱离后在车辆后方形成乱流的气流。该系

统在车顶后端设计有宽2mm的缝隙，从车顶流入缝隙的空气遇到嵌装在缝隙内的振

动膜时就会被间歇性喷射出去。这样便可防止气流脱离车顶、减小在车辆后方产生的

乱流，从而达到减小空阻力的目的。在车速达到130km/h时，喷射系统耗电10W可

减少15％的空气阻力。

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空气阻力的利用

降落伞：利用空气阻力使人或物从空中安全降落到地面的工具。它广泛应用于航

空航天人员救生，空降兵作战和训练，跳伞运动，空投物资，回收飞行器和设备等。

降落伞按用途分为人用伞和物用伞。人用伞有救生伞、伞兵伞、运动伞和备用伞。物

用伞有投物伞、回收伞等。用以缩短飞机着陆滑跑距离的阻力伞，就其工作原理来说，

也属于降落伞。

据《史记》记载，舜利用两个斗笠，从着火的仓廪上跳下，安全落地，说明当时

已有人懂得利用空气阻力减小物体从空中降落速度的道理。12世纪，中国已有人用

两把带柄的伞从高塔“跳伞”成功的记载。14世纪，中国第二次世界大战中广泛用于空

降作战，60年代用于航天员救生和航天器回收。

降落伞一般由引导伞、伞衣、伞绳、背带系统、伞包、开伞设备等组成。引导伞

用于拉直伞衣、伞绳，使伞衣张开；伞衣用于产生空气阻力；伞绳连接伞衣和背带系

统；背带系统用于承受开伞冲击力；伞包用来包装引导伞、伞衣、伞绳；开伞设备用

于封锁和打开伞包。现代降落伞除少数部件用金属部件制成外，大多用强度大、重量

轻的化学纤维织物制成。伞衣形状有方形、圆形、导向面形和翼形等。物用伞的伞衣

面积，一般为几平方米到90平方米，重型投物伞多用几个伞组合而成。人用伞的伞

衣面积通常为40～90平方米，下降速度一般不大于7米/秒，开伞冲击力较小，下降

稳定，操纵灵活，大都装自动开伞器。70年代研制成翼型降落伞，伞衣为气囊结构，

面积约20平方米，伞衣张开后气囊充满空气，展开呈机翼形状，能产生一定升力，

操纵轻便灵活，可获得10米/秒左右的水平运动速度。随着航空航天事业的不断发展，

降落伞的使用范围将日益广泛，其性能将朝着更加安全可靠、轻便灵活的方向发展。

减速伞：减速伞也叫阻力伞，是用来减小飞机着陆时滑跑速度的伞状工具。通常

由主伞、引导伞和伞袋等组成，装在飞机尾部的伞舱内。飞机着陆滑跑中，由飞行员

操纵打开伞舱门，引导伞首先张开，将伞袋拉出，打开主伞，伞衣被拉出张开后可增

大空气阻力，向后拖拽飞机，使之减速，缩短滑跑距离。

貌似这个在初等问题中都是忽视的。

有关系的很多，比如物体形状（楼上胡扯，空气阻力和重量没有任何关系！），空气温度，

湿度，气压（这三个决定了空气密度），物体相对参照物的自身速度，以及风速。

系统的说，空气阻力分为三个：摩擦力，气压力，波动阻力。

摩擦力很好理解，和空气稠密程度，物体相对空气的速度有关。

气压力是指在物体超音速飞行时前端是大气压力，而后端由于空气来不及补充到物体离开的

空白区所以形成气压为零，前后气压差就是气压力。

波动阻力还是在超音速条件下，空气的自然移动速度最快就是音速，所以超音速带来的问题

就是要划破物体飞行前部的稠密空气层，使空气能超音速移动，所以要浪费很多能量，受到

巨大阻力，最后一个阻力远大于前两个。

哦说了这么多。

物体自身的原因主要是形状和表面光滑程度，所谓流线型，所谓鲨鱼皮泳装都是这个目的。

另注：赛车尾翼的目的是为了增大轮胎抓地力，实际效果是增大了空气阻力，别

混为一谈。

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