汽車百年，人生亦百年。如果把汽車的百年曆程比作一個人的一生，那麼他的傳記就是汽車的發展史。而作為一個比汽車更加久遠和難以捉摸的學科，流體力學又是如何和汽車結合在一起，形成今天的汽車空氣動力學呢？今天，我們就一起走近汽車空氣動力學的百年演繹。
01
汽車的誕生
1886年，德國人卡爾·本茨將一臺單缸汽油發動機安裝在一架三輪車上，
標誌著汽車的誕生。
1904年，同是德國人的普朗特提出邊界層理論，
開啟了現代流體力學之路，
並極大的促進了空氣動力學的發展。
人們雖然很早便意識到空氣會對行駛的車輛產生阻力，不過一百多年前，人們還很難把汽車和空氣動力學這兩個學科緊密的聯絡在一起，形成完備的汽車空氣動力學理論。
因此，早期的汽車空氣動力學發展緩慢而曲折，並伴隨著市場的長久冷落，充滿著許多不確定性。
理論成型之前，大自然是最好的老師。
飛機和船舶分別以鳥和魚作為模仿的物件，然而汽車則找不到合適的參考，於是退而向航空和船舶領域借鑑。
02
極致光順的設計
19世紀末期到1920年代，汽車的內燃機技術還很落後，行駛里程短，故障多，維修困難，因此電動車在這一時期被普遍認可。而在那個年代，檢驗汽車效能最好的辦法就是刷比賽，誰又突破了極速也是人們津津樂道的話題，
人們也逐漸認識到風阻對極速的影響。
而第一臺凸顯了空氣動力學效能的車，
便是因刷出當時的極速記錄而成名的電動車La Jamais Contente，其法語名稱翻譯成中文則為“永不滿足”
——這個名字或許昭示了多年以後，我們這些在汽車空氣動力學領域的搬磚者們的生存狀態。
1889年，“永不滿足”號憑藉62匹的馬力和較低的風阻，
首次突破了100公里/小時的極速。
其車身形狀酷似一種航空器，將車身的光順設計發揮到了極致，儘管整車的風阻係數並不是太高，
只是完全暴露的底盤和矗立在風中的駕駛員，
也說明了當時的汽車空氣動力學還處於萌芽階段。
03
像魚兒一樣歡快的遊動
空中飛的非常瀟灑，水裡遊的也很歡快。1914年，奧迪生產了C14/35 Alpensieger型汽車，
其尾部像當時的船尾一樣快速收窄，以求減少尾部的分離區
——看得出來人們對車輛的空氣動力學已漸漸有了初步的概念。
不過這種設計並不湊效——由於車頭的設計過於凌亂，
導致流動在車輛前部已發生嚴重的分離，
尾部的船尾設計便無法發揮應有的效果。
但正如姍姍學步的嬰兒一般，這個階段的汽車空氣動力學以借鑑為主，但對於流動背後的機理並不是很瞭解，世界是茫然的。
04
讓人淚目的淚滴車
得益於航空工業的快速發展，空氣動力學在二十世紀初已漸具雛形，普朗特等流體力學家的工作為當時的人們所熟知。這也影響著汽車行業——
許多航空工程師轉投汽車行業時，也帶來了跨界的空氣動力學知識，
激發了許多設計靈感。
這是一個流線型車型大放異彩的年代，
猶如一個人熱情洋溢的青春。汽車工程師們在這個階段接受到各方思想的撞擊，形成新的概念，並催生了許多優秀的作品和設計者。
大名鼎鼎的Rumpler Tropfenwagen是德國人Edmund Rumpler的代表作，
其名稱翻譯成中文也和“永不滿足”號一樣奇葩——“淚滴車”。
淚滴車的車身形狀非常符合空氣動力學原理，無論從頂部往下看，還是從側面看，
淚滴車都猶如一個肥胖的機翼翼型，
其狹窄的前排僅能容下一人。1922年，淚滴車在哥廷根的空氣動力學實驗室中進行了測試，其風阻是其競品的1/3。1979年，大眾又把這臺車搬到其風洞中測試，
實測風阻低至0.28，這是1988年的帕薩特才達成的風阻指標。
不過類似於“永不滿足”號，
淚滴車的空氣動力學主要體現上車身，而忽略了地面效應和底盤的影響。
而由於淚滴車的設計太過超前，比如Rumpler在廣告中宣稱他的車在行駛中捲起的塵土和泥土要少得多，換成今天的話說，
他的車具有良好的水管理和防汙效能
——不過當時的人們並不在意。
除了新穎的造型之外，淚滴車也使用了中置的W6發動機和四輪獨立懸架等未經長期驗證的新技術，於是召回連連，Rumpler在航空業賺的錢也虧的一乾二淨。不過Rumpler無疑是汽車空氣動力學的先驅，並廣受模仿。
值得一提的是，誕生於1921年的淚滴車的產量只有區區百輛，著實令人淚目。而此時，馬車構型的福特T型車，雖然毫無空氣動力學的基因，
但憑藉其便宜的價格和可靠的質量，已經在市場上大殺四方十年有餘
。這大概也是每一個汽車空氣動力學工程師心中的隱痛。
05
汽車空氣動力學的萌芽與發展
和Rumpler具有同樣影響力的則是著名的汽空氣動力學先驅Paul Jaray。Jaray也在航空領域工作多年，參與了著名的齊柏林飛艇的設計，並在齊柏林伯爵位於德國菲德列斯哈芬的風洞中，
對不同構型的幾何體進行了詳盡的測試和分析。
Jaray透過測試發現，飛艇形狀的幾何體越靠近地面，其風阻將逐漸增大，到了一定範圍——大約是車輛的離地間隙大小時，其風阻將急劇增加，
原因是在幾何的後部上側發生了明顯的分離，流動喪失了對稱性。
而此時如果削去下半部分幾何，並將幾何儘量靠近地面，依靠地面的映象，恢復了其對稱性的流場，風阻則會降低。
不過當離地間隙增加時，風阻又會增大，
原因是前端的尖銳前緣會產生明顯的分離；將其前緣變得圓滑又會使風阻降低。當然，加上四個輪子之後，風阻又會增大至0。15。雖然這個數字比起飛機翼型的0。05來說還是大了不少，
不過相比於當時車輛的風阻通常在0.7左右還是低了很多。
Jaray清楚的認識到，
幾何後部上表面的分離是風阻增大的關鍵區域，
於是他設法延長車尾，以降低逆向壓力梯度——但過長的車尾會帶來結構問題，
於是Jaray使用了兩截組合式翼型來構成車體。
現在看來，1921年Jaray發明的車身形狀並非是完美的空氣動力學形體——在垂直翼型和水平翼型交界的位置，會產生二次流。
但Jaray的構型仍然使汽車的空氣動力學有了非常大的進步。
Jaray是第一個系統性研究車輛構型和地面之間關係的空氣動力學家，他的發現非常有影響力，其設計成為了新的風潮。大眾、梅賽德斯，歐寶，邁巴赫，甚至大洋彼岸的克萊斯勒，都使用Jaray車身製造了流線型車身，並塑造了許多長相類似的汽車。而汽車空氣動力學也進入到了一個前所未有的大發展時期。
06
流線型設計的極致
隨著德國的第一條高速公路建造完畢，Jaray的設計思想越來越滲透到更多的汽車設計者中，比如光滑的車身、一體式的輪罩、弧形的前風擋——
這些思路和傳統的馬車式車廂結構涇渭分明。
不過Jaray設計的車尾還是太長了，而當時流行的解決方案也簡單粗暴——把尾巴收短並向下快速偏轉。
於是市面上不約而同的出現了一種車型：快背式。
而人們又發現，這種看起來很“空氣動力學”的設計，實驗中也並未發現明顯的分離，但它的風阻並不算很低，這在大家心中成為了一個謎團——直到1974年第一代大眾高爾夫的出現（後續分解）。
捷克汽車公司Tatra的T87是當時少有的採用Jaray方案並獲得成功的流線型汽車，它由奧地利人Hans Ledwinka設計。它尾部依然是收短的，不過其上半車身大大前移，並使發動機後置——
這變相增大了尾部長度，使得後部氣流更不易分離；
而更為關鍵的是，其發動機艙的進風口位於尾部上側，
起到了邊界層抽吸的效果
——我們不知道Tatra T87設計的時候是否有此考慮，或許歪打正著。
Tatra87還啟發了此時另一個名叫保時捷的設計師——
他為大眾汽車設計了雄冠一時的甲殼蟲。
仔細觀察，會發現甲殼蟲上有不少Tatra87的元素。
與Jaray同時代的還有一位專注於低風阻設計的空氣動力學家Lange，
他在普朗特的指導下工作，
並提出了上下兩個翼型平行堆砌的設計思路，
上方的翼型從前風擋開始，尾部和下側翼型合併。Lange構型雖未被直接用於某一款量產車，但其設計思想影響深遠，即使現在我們仍能看到Lange car的身影——保時捷911，
這也是流線型設計風格在現今碩果僅存的遺珠。
07
懷念啊，青春
無論是Rumpler、Jaray還是Lange，流線型設計年代的工程師一直
盡力向航空工業完美的空氣動力學外形貼近。
理想的車型風阻係數為0。15，而他們則把0。30定為設計目標——眾所周知，這是一個1980年代才逐漸實現的目標。然而
極致的流線型設計導致車輛在其它方面的妥協很大，
反而很難被大眾所接受。不過，正如我們值得懷念的青春一樣，流線型的設計也在汽車空氣動力學的發展史上留下了濃墨重彩的一筆，熱烈而又奔放。最後，謹以流線型的登峰造極者——Schlörwagen車型來紀念那個值得懷念的時代。
隨著風洞和CFD技術的不斷成熟，人們對於汽車空氣動力學的認識不斷加深，汽車空氣動力學也逐漸跨過那個躁動的“流線型”設計，走向了更加穩重理性的中年時代。敬請期待汽車空氣動力學的百年演繹（下）。