其實在跑車誕生的最早期，跑車誇張設計大多數情況下都是為了造型服務的，在上個世紀六七十年代之前，並不會有汽車製造商把空氣動力學放在一個非常主要的位置，這其中的原因就是在這之前，空氣動力學（Aerodynamic）這門學科在此之前還並沒有被研究的十分透徹。但這種情況隨著空氣動力學的發展，率先開始在賽車領域，尤其是F1賽事中應用開來，並在之後開始逐步落地到民用跑車上。

率先用於F1賽事的空氣動力學的發展

上個世界70年代前後，是空氣動力學在F1賽事中蓬勃發展的一個時期。這其中最為引入著名的其實就是當時的Lotus車隊，也就是現在的路特斯。當然，就像在21世紀第二個十年初段，紅牛車隊憑藉著阿德里安·紐伊（Adrian Newey）這位當世的空氣動力學大師獲得三連冠一樣。當時的Lotus也是憑藉一位叫做科林·查普曼（Colin Chapman）的工程奇才使得在短短的幾年當中，不斷用新的空氣動力學設計改變F1賽車的發展和進步。

科林·查普曼（Colin Chapman）老爺子，就是最中間的這位和當時蓮花車隊的合影

在1968年登場的Lotus 49B是當時所有車隊中率先使用前後風翼的車型，其實也就我們現在所熟知的前定風翼和尾翼。隨著風翼的發展，其主要主要作用除了增加下壓力本身，前定風翼還會透過一些設計誘導氣流離開前輪，減小空氣阻力。

前為Lotus 49B

當然，Lotus對於空氣動力學的研究並不會止步於此，其集大成者就是Lotus78，首次將地面效應（Ground effect）運用到F1賽場的車型。其實在Lotus78之前，也一直有不斷的對空氣動力學的創新，包括了降低阻力的楔形車頭等等。但真正厲害的還是地面效應。所謂的地面效應其實就是在利用F1賽車的側箱部分，透過特殊的設計使得其下方如果能夠將有限的空氣隔絕於外界的高氣壓，從而形成文氏管，也就是文丘裡管效應。在為車身提供海量的下壓力的同時，不帶來額外的阻力。

Lotus 78的地面效應設計

車輛動力學和空氣動力學基本理論

其實對於任何車輛來說，其行駛過程當中的受力都滿足車輛動力學方程。

車輛在行駛過程當中，如果假設車輛是勻速行駛，那麼車輛所受到的驅動力和行駛阻力是相等的。車輛的驅動力通常來源於發動機。而行駛阻力則分為4個部分，分別是滾動阻力、空氣阻力、加速阻力和坡度阻力。在這些阻力當中，滾動阻力和空氣阻力在任何行駛狀況下均存在。

車輛運動受力示意圖

• 滾動阻力是車輪滾動式，輪胎與地面的接觸區域所產生的的組用力。滾動阻力的大小與路面型別和輪胎型別
• 空氣阻力則是汽車在行駛過程當中，受到的空氣作用力在行駛方向上的分力，其主要由壓力阻力和摩擦阻力組成。壓力阻力則又分為形狀阻力、干擾阻力、內迴圈阻力和誘導阻力四種類型。其主要的壓力阻力是形狀阻力。空氣阻力的公式如下圖所示，與空氣密度、速度的平平方、空氣阻力系數和正投影面積有關。
• 坡度阻力是汽車重力沿坡道的分力。
• 加速阻力是汽車加速過程當中，需要克服質量加速運動的慣性力。

空氣阻力則是汽車在行駛過程當中，受到的空氣作用力在行駛方向上的分力，其主要由壓力阻力和摩擦阻力組成。壓力阻力則又分為形狀阻力、干擾阻力、內迴圈阻力和誘導阻力四種類型。其主要的壓力阻力是形狀阻力。空氣阻力的公式如下圖所示，與空氣密度、速度的平平方、空氣阻力系數和正投影面積有關。

空氣動力學方程示意圖

跑車空氣動力學設計的應用

對民用跑車來說，首要目標是降低阻力。其實從車輛動力學方程中，我們可以看到車輛所受到的空氣阻力越小，其總的阻力就越小，那麼在驅動力保持一致的情況下，就可以獲得更快的加速度和極速。而車輛的極速實際上就是在發動機的最大驅動力和阻力變道最大並相等的情況下的車速。而空氣阻力本身，又與速度的平方成正比，這實際上意味著速度越高，車輛所受到阻力當中的空氣阻力的比例就越大。當與此同時，在跑車在過彎時，又需要下壓力來保證穩定性。所以，跑車的設計不光要追求低空氣阻力，同時又要保證高壓下壓力。

作為某種意義上F1空氣動力學的開山鼻祖，路特斯在其最新的民用跑車上Emira上也使用了大量的空氣動力學的設計。Emira本身大量借鑑了Evija的設計元素和思路。這其中包括了前文的地面效應當中提到的文丘裡管（Venturi tunnels）和孔隙（Porosity）

文丘裡管的設計來源於文丘裡效應（Venturi effect）。文丘裡效應是當流體流過管道的收縮部分（或節流閥）時導致的流體壓力降低。文丘裡效應以其發現者、18 世紀義大利物理學家喬瓦尼·巴蒂斯塔·文丘裡 (Giovanni Battista Venturi) 的名字命名。文丘裡管後來也應用於汽車空氣動力學的設計，透過利用收縮的氣流在汽車底部產生高速的低壓區域，以增加車輛的下壓力。在Emira的車身底部空氣動力學設計上，就使用了文丘裡管的設計思路從而在全速域加強下壓力。

文丘裡管效應示意圖

Emira的前分流器和孔隙設計則進一步優化了上部的空氣動力學設計。分流器最大限度地減少了車輛下方允許的空氣量，減少車身底部的阻力和升力，它還為上下分流器表面之間提供了壓力差，以向下推動，從而產生下壓力。孔隙的作用是保持氣流在車身更低的位置並且降低阻力，並透過孔隙的引導使氣流穿過車身並在一個較高的位置釋放出去。簡而言之，它將整輛車變成一個倒置的機翼，以產生至關重要的動態下壓力。Emira整車一共有6處貫穿的孔隙，包括前蓋兩側的迴旋鏢造型的隱藏風口、前唇部位兩側的導流口和車身側面巨大的進氣口。孔隙率的提升同樣可以加強空氣流過車身時的穿透性，從而降低風阻係數。

Emira的孔隙設計

除此之外，還有後擴散器的設計，擴散器的前段的作用實際上是減速氣流。由於擴散器瞬間擴大了流管，且此時的流體依然為不可壓流，因此更多的氣流將從底盤或四周被吸入擴散器中，造成底盤的流速增大，壓強降低，這一壓強差可以被用於產生下壓力。

Emira的後擴散器設計

對於汽車空氣動力學的設計來說，除了流體力學的概念本身，也依賴於CFD模擬軟體的幫助。透過3D模型在模擬軟體中的模擬，可以實現對於曲率表面、截面梯度、路徑等等最佳化，並最後透過風洞試驗驗證。像Emira這樣的民用跑車在開發過程中通常會經歷至少數千小時的空氣動力學模擬模擬。

整個空氣動力學設計隨著流體力學學科的發展，已經開始大量從頂尖的賽車領域下放應用於民用車型上。而Emira作為路特斯品牌的最後一款燃油車也兼任了將整個品牌空氣動力學傳統繼承下來的使命。應用了先進的空氣動力學設計的產品本身，除了產品表面性能提升，也能夠帶給使用者更好的主觀駕駛體驗。跑車在誕生之初的需求就是為了滿足更具有挑戰性的駕駛場景，這也是空氣動力學之外，Emira這樣的車型所能夠帶給我們的更大的期待。

Lotus Emira GT4車型