爱华网关键词：尾翼；伯努力方程；空气动力学
随着经济的发展，中国的公路上有了越来越多的各式汽车，细心的人们会发现很多汽车的尾部都装有一个动感十足的装置，那就是汽车的尾翼。
1 尾翼的空气动力学原理
尾翼较专业的学名叫扰流板，最初的汽车尾翼是出现在F1赛车上，而且在它的前后都有这种装置。尾翼并不是简单的起装饰作用，而是使汽车在高速驰骋时增加它的抓地力和稳定性，特别是使汽车在弯道不易于翻倒，并且可以节省燃油。那么它是如何起这种作用的呢?这就需要我们先来了解一下飞机机翼升力机制的空气动力学原理。飞机在飞行过程中会受到重力、空气阻力、推力和升力，而机翼的作用就是产生升力，即用来平衡重力而不致使飞机掉下。机翼的侧视图及在高速状态下的气流分布，可见机翼的侧向截面是顶部弯曲而底部相对较平的形状。当机翼在空气中穿过时将气流分隔开来，部分空气从机翼上方流过，另一部分则从其下方流过。
空气的流动在日常生活中是看不见的，但低速气流的流动却与水流有较大的相似性。日常的生活经验告诉我们，当水流以一个相对稳定的流量流过河床时，在河面较宽的地方流速慢，在河面较窄的地方流速快。流过机翼的气流与河床中的流水类似，由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸而下表面比较平，流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较快；而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽地方的流水，流速较上表面的气流慢。根据伯努力方程所得的流体力学基本原理，在流体的流动中，压强跟流速有关，流速v大的地方压强p小，流速v小的地方压强p大。同理，空气流动慢的区域大气压强较大，而流动快的区域大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高。换一句话说，就是大气施加于机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大，二者的压力差便形成了飞机的升力，且流速越大，这个升力也越大，这也正是为什么飞机起飞需要一个较大的速度的原因，因为这是需要升力大于飞机本身的重力。
汽车侧面视图也类似于机翼，如图2所示，它的侧面截图上下也是不对称的，也是底部较平、顶部弯曲。那么它在高速运动时，车的前部也会把气流分隔开来，一部分从车体的上方流过，另一部分从下方流过，这样也使它处在和机翼一样的情形中，导致车体上、下表面的气流速度不一样，即上方的流速大于下方的流速，从而导致向上的压力大于向下的压力。二者的压力差也会形成一个升力，使汽车在高速运动时受力情况就象一个机翼，受到向上的一个升力，而且根据伯努力方程可得车速越大升力也会越大，这样就会减小汽车的抓地力(即汽车对地面的压力)。在极端情况下，如速度极大的情况下完全有可能使升力大于车体重力，那就会出现车体离地，造成发动机空转的情况，浪费燃油，有时甚至会出现危险，特别是在拐弯处。如果出现这种情况，就会出现汽车做离心运动的情形，造成车辆翻车的事故。
因此，为了避免这种情况的出现，人们想到了为什么不能把一个“反机翼”安装在汽车上(如图3所示)，从而形成一个与机翼升力相反的下压力F。这里的所谓反机翼指的是在汽车上安装一个倒置的机翼，它的特征是顶部较平，而底部弯曲，使它在高速的气流中上方的气流速度小于下方的气流速度，进而使上方的气压大于下方的气压，形成—个向下的压力，从而可以抵消车体本身运动所产生的升力，这就是尾翼（扰流板)的空气动力学原理。
2 当前汽车尾翼的种类
现在的很多汽车都安装有这种尾翼(扰流板)，它兼有装饰功能和动力学功能，它不仅可以使汽车的稳定性更好，还可以使汽车外形变得灵动、时尚、更具运动性。我总结了一下现实中的几种尾翼的类型。
（1）赛车上的尾翼。比如F1赛车中(如图4)，由于它的车速高，个体在高速的气流中所表现出的“机翼”化现象特别明显，因此非常有必要安装用来抵消这种现象的装置——扰流板。它不仅安装在尾部，车前端也有这种扰流板，一般分为单层和双层两种，而材质有铝合金、玻璃纤维、碳纤维等多种，其工作方式也有手动可调和自动调节之分。不过无论其结构、材质有何区别，其根本目的都是通过增加下压力来改善车辆在动态状况下的稳定性。我们观注F1赛事时会发现，F1赛车的前后都安装有扰流板，它们为车体提供了近60％的下压力，从而保证了高速下赛车的轮胎具有足够的抓地力来保持车身的稳定性。
（2）一般汽车的尾翼。如图5中，一般的运动版小汽车都装有一个尾翼，一是为了体现它的运动特性；二是因为运动型的汽车用户可能趋向于玩车技，会做一些急转弯、飘移等特技动作，这时候尾翼就会起到稳定车身的作用，增加安全性。也有些汽车的尾翼是与车尾贴在一起的，而不是与车尾分离的，这种尾翼就不能产生本文之前所提到的升力，但它也能提供一定的下压力，其原理与尾翼是不同的，严格的讲不能称其为尾翼。现在很多汽车尾翼的有效性还是值得怀疑的，更多的是一种外形的装饰。
（3）一些掀背或两厢车后出现的鸭尾状扰流器。如图6，现在的一些旅行车、MPV、多功能车都是采用掀背式，大都数都会有一个鸭尾状的尾翼，其既可以将车顶上的气流顺畅地导至车后，同时还利用了该气流能将后车窗的灰尘清除掉，避免了因灰尘附着而影响司机的后视野。
3 关于汽车尾翼的意义
当前，世界各国汽车制造厂商相继致力于研究开发汽车风阻的新技术，一个更趋合理、完美、科学的尾翼时代已经来临。过去我国在轿车使用中比较忽视尾翼的安装，这是由于当时车速不高，尾翼减阻、省油作用不十分明显。但是近几年，随着我国大批高速公路和许多大中城市高架路、高等级道路的建设及投入使用，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1．8L的一般轿车为例，如果装上尾翼，空气阻力系数将降低20％，在一般道路上行驶，耗油量减少或许不明显。如果在高速公路上，以120km／h的速度行驶，则能省油14％，此时汽车尾翼的作用就很明显了。一个根据车身的宽度，经过精确计算制作而成的尾翼，不但能使车辆在高速行驶时能更加稳定和安全可靠，而且能减少汽车在行驶中的空气阻力和提高车速、节省油耗。这对于当前油价高涨、能源短缺的现实情况来讲，对节能、环保来讲都具有一定的积极意义。
