流線設(shè)計(jì)對汽車外觀設(shè)計(jì)的影響

鄭賢喆

濟(jì)寧市第一中學(xué) 山東省濟(jì)寧市 272000

現(xiàn)代意義上的汽車最早是在1885年由德國工程師卡爾提出，隨后一百多年的時(shí)間里，汽車在動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)方式以及外形等方面都有了很大的變化，汽車外形的改變也是人們最能直觀感受的改變內(nèi)容[1，2]。從最開始的馬車形狀的車廂車型發(fā)展到現(xiàn)在階段的流線設(shè)計(jì)類型，汽車的性能也有了大幅度的改變。汽車的外形對汽車的性能起到了非常重要的作用，現(xiàn)階段，在確定汽車外形的時(shí)候主要需要考慮人機(jī)工程、機(jī)械工程以及空氣動(dòng)力三個(gè)方面的因素[3]。人際工程旨在設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中能夠讓駕駛者有一個(gè)舒適和穩(wěn)定的操作環(huán)境，機(jī)械工程旨在為汽車設(shè)計(jì)一個(gè)具有動(dòng)力性和操作穩(wěn)定性較好的汽車，而空氣動(dòng)力則是為汽車的運(yùn)行穩(wěn)定性和空氣行駛時(shí)的阻力提出了較高的要求[4]。

1 影響汽車外形的因素

在早年汽車外形設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械工程和人機(jī)工程學(xué)因?yàn)閷ζ囌ｑ{駛起到了決定性的作用，因此是設(shè)計(jì)者最先考慮的兩項(xiàng)內(nèi)容[5]。

滿足機(jī)械工程學(xué)是汽車功能繁多且耐用的前提，也是汽車正常使用必須要考慮的因素。汽車外形在機(jī)械工程方面需要進(jìn)行全方面的考慮，如安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝變速器等硬件上的要求。現(xiàn)代社會(huì)對汽車的需求加大，汽車往往采用大批量生產(chǎn)的形式，為了減少生產(chǎn)成本，車身鈑金件沖壓加工的簡易化，同時(shí)兼顧到維修簡便性，即使發(fā)生撞車事故后，車身要易于修復(fù)。

除了上述所說的機(jī)械工程學(xué)因素之外，人機(jī)工程學(xué)在汽車外觀設(shè)計(jì)中也起到了重要的作用。汽車作為一種交通工具，在使用時(shí)是依靠人來實(shí)時(shí)地進(jìn)行操作，因此在操作的過程中要保證駕駛的安全性和舒適性，主要包括兩個(gè)方面：一是在設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算好乘員車內(nèi)的空間，以實(shí)現(xiàn)駕駛安全方便、乘坐舒適的目的；二是要考慮上下車時(shí)的方便性以及車身行駛過程中的減震性能。這兩個(gè)方面都屬于人機(jī)工程學(xué)里的內(nèi)容，以上兩個(gè)要素確定了汽車的基本框架，從汽車內(nèi)部的角度來指導(dǎo)車身的設(shè)計(jì)。

汽車外部形狀很大程度上要受到外部條件空氣動(dòng)力學(xué)因素的制約，尤其是近幾年發(fā)動(dòng)機(jī)功率越來越大，道路條件也越來越好，汽車的行駛速度顯著提高。行駛中的汽車會(huì)受到空氣阻力的影響，并且阻力的大小和汽車行駛速度的平方是正相關(guān)。在速度一定的情況下，減少空氣阻力的大小能夠大大節(jié)省燃料，所以要對汽車的外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以減小空氣阻力。汽車行駛過程中受的空氣阻力可以分為迎風(fēng)阻力和形狀阻力兩種，前者是由汽車的橫截面積決定，后者是由汽車的外形決定的。和汽車外觀相關(guān)的問題除了空氣阻力，還有升力和橫風(fēng)等車身穩(wěn)定問題。

上述所講的三要素只是在汽車設(shè)計(jì)制造過程中重點(diǎn)考慮的因素，在實(shí)際的生產(chǎn)制造中還要考慮更多的因素，例如商品學(xué)因素。站在制造商的角度來看，汽車美觀的外形能夠吸引消費(fèi)者購買汽車，提高銷售量，但是如果僅僅考慮汽車的外形美觀而不考慮性能和安全無異于飲鴆止渴，長此以往必將被市場淘汰，必須要考慮前面提到的各個(gè)要素以及其他方面。每個(gè)國家和地區(qū)甚至同一國家的不同制造商因文化審美的差異都具有其特色的設(shè)計(jì)，這對汽車的外形設(shè)計(jì)也會(huì)產(chǎn)生潛移默化的影響。

綜合考慮各個(gè)要素是非常必要的，但是要將上面的三個(gè)要素完美地應(yīng)用在同一輛車上卻不簡單。例如在只考慮汽車的駕駛性能時(shí)，按照機(jī)械工程要素的要求應(yīng)該把座位設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)上方，但是這對于駕駛員來說駕駛的時(shí)候是極其不方便的；如果從舒適的角度出發(fā)，將汽車內(nèi)部設(shè)計(jì)得寬敞，必然會(huì)增加空氣阻力消耗更多的燃料，并且行駛速度不會(huì)很高；但是如果將汽車的外形設(shè)計(jì)成皮艇那樣的流水線外形，空氣阻力大大減小的同時(shí)使得發(fā)動(dòng)機(jī)等結(jié)構(gòu)無處安放。雖然自從汽車問世以來在設(shè)計(jì)方面就存在很多難題，但是設(shè)計(jì)師們始終在朝著更加理想的方向不斷前進(jìn)。

2 流線設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

流線型設(shè)計(jì)的靈感來源于生物界中鳥和魚在高速滑行和游走時(shí)身體的狀態(tài)，流線型設(shè)計(jì)在工業(yè)設(shè)計(jì)中起到了非常重要的作用，經(jīng)過工程師細(xì)心的研究開發(fā)之后，流線型設(shè)計(jì)被運(yùn)用到汽車外形設(shè)計(jì)上，相較于之前的箱體汽車，流線型汽車更加美觀，更重要的是在減少汽車行駛阻力，提高汽車運(yùn)行平穩(wěn)性上面有著非常重要的作用。

流線型汽車在功能和美學(xué)性能上都有其獨(dú)一無二的優(yōu)勢，以下主要從這兩個(gè)方面展開描述。

2.1 功能優(yōu)勢

汽車在行駛的過程中會(huì)受到外界阻力的影響，汽車行駛的速度越快，所受到的空氣阻力也就越大。空氣阻力以汽車重心為中心，空氣動(dòng)量沿縱向、側(cè)向以及垂直方向擴(kuò)散，汽車所受到的最大阻力來源于縱向受到的阻力，實(shí)驗(yàn)表明，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的動(dòng)力在克服空氣阻力上起到需耗費(fèi)80%左右，因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)合理的汽車外形，減少汽車受到的阻力，提高汽車行駛速度和駕駛效率，對提高汽車經(jīng)濟(jì)性十分重要。

利用伯努利原理對汽車行駛時(shí)所受到的氣體阻力情況進(jìn)行分析，汽車車體表面氣流的壓強(qiáng)與表明氣流的留宿具有很大的關(guān)系，車體在行駛的過程中，正前方的的空氣氣流最小，越強(qiáng)大，汽車尾部的汽車氣流最大，流線型的汽車車體能夠加大汽車前面的氣流，減少汽車前方壓強(qiáng)，實(shí)際上就是減少汽車兩端的壓差和氣流差，從而起到減少汽車行駛阻力的作用。然而，流線型的設(shè)計(jì)來源于生物，而流線型汽車設(shè)計(jì)卻是仿照飛機(jī)機(jī)翼來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在高速行駛時(shí)，流線型的車體會(huì)產(chǎn)生往上升的力量，這就對汽車行駛過程中的穩(wěn)定性提出了要求。未來的汽車外觀設(shè)計(jì)中還需考慮這方面的因素。

2.2 美學(xué)優(yōu)勢

一開始的汽車多以箱體型汽車為主，后來設(shè)計(jì)師又開發(fā)出了甲殼蟲型汽車、船型汽車、魚型汽車以及楔形汽車等多種形式，這是一個(gè)汽車外形不斷進(jìn)化的過程。發(fā)展至今，汽車外形之間的轉(zhuǎn)移不必須要依據(jù)傳統(tǒng)的挺拔棱角來進(jìn)行連接，而是可以利用各種光滑的曲面來實(shí)現(xiàn)連接，使得汽車外形更加容易被接受。

流線型的汽車降低了汽車原本擁有的機(jī)器的味道，產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加美觀大方，整車更加自然協(xié)調(diào)，汽車本身更加的華麗，更加具有美感。此外，流線型的汽車還可以根據(jù)不同顧客的要求對汽車外形進(jìn)行改進(jìn)，添加一些更加具有意義的元素，展現(xiàn)不同品牌和不同企業(yè)對汽車的理解，滿足消費(fèi)者的需求。

3 結(jié)語

流線型設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，汽車車體流線型的設(shè)計(jì)減少了汽車在行駛中所受到的阻力，提高了汽車的性能，時(shí)尚美觀的設(shè)外形設(shè)計(jì)也更符合現(xiàn)代人們的審美，綜合來看，汽車流線型的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的最優(yōu)選擇。當(dāng)然，流線型的車身也有其存在的問題，以后還會(huì)有更多的進(jìn)步和發(fā)展。