在地球大氣層內運動的物體全部都受到流體力學的影響，因此流體力學對交通工具的設計具有非常重大的指導意義。隨著內燃機功率的不斷增大，汽車的行駛速度越來越快，到20世紀30年代，車輛的行駛速度記錄已經突破km/h大關。在如此的速度之中，空氣對車輛行駛能力的影響已經非常大。
所以，當代汽車設計必須要包含的一項就是空氣動力學，這是流體力學的一個分支，主要研究空氣中的運動物體與空氣之間的關係。當今汽車的最高行駛速度普遍不超過350km/h，這個速度剛達到噴氣式飛機的起飛速度。所以汽車涉及的空氣動力學屬於中低速範疇，且汽車行駛時相對於空氣無俯仰、無偏航、無滾轉，相對於航空界的氣動研究簡單許多。
即便是比較初級的空氣動力學也是一項複雜的系統學科，鄙人才疏學淺只略知一二，所以在此只想淺顯的聊聊汽車氣動設計的最基本元素，以此讓眾網友了解一些汽車光鮮外形背後的科學原理。
一、空氣阻力的產生與消除辦法
1、與阻力相關的氣動知識：
在談空氣阻力之前，先講解一些與阻力相關的氣動基礎，了解這些知識之後有助於理解後面要講的內容。
流體粘性
日常生活中我們經常會直觀的感受到流體的粘性，例如從蜂蜜罐子中舀蜂蜜，很稠的蜂蜜會粘在勺子上，而且攪動蜂蜜的時候會感覺很費勁。把勺子從蜜罐中拔出來後會看到外層的蜂蜜開始滑落，而內層的蜂蜜還是粘在勺子的表面。這個現象引出了下面的氣動概念，即使是空氣也是有粘性的，只是不像蜂蜜這樣明顯。
層流
如同勺子上的蜂蜜，外面的蜂蜜會快速滑落，越靠近勺子的蜂蜜滑落速度越慢，這就是層流。在空氣動力學中層流是指分層流動的空氣，空氣之間平滑移動。層流是一種非常理想的流動狀態，氣動設計中總是追求能在氣動表面形成層流。
湍流
相對於層流，空氣開始出現相互擾動，層間出現空氣的對流，這種流動叫做湍流。湍流是一種不佳流動，它的出現往往伴隨阻力增加和壓差失效，如果飛機機翼表面出現湍流會使機翼失效，無法起到提供升力、穩定機身、控制方向等作用。
附面層
空氣在流經物體表面時緊貼表面的一部分空氣會受到物體的阻滯作用，就像粘在勺子上的那層蜜，這部分流動受影響的空氣叫做附面層。
研究發現，當空氣流經平面時產生的附面層開始是以層流的形式流動，當流動達到一定距離之後，層流開始變得不穩定，隨後產生湍流(如上圖所示)。這是附面層的不穩定性，為了消除這種現象，流線體的表面很少出現大面積的平面。
氣流分離
氣流在流經物體的時候有一種特性是沿著物體表面流動，這種特性也與流體粘性有關。但空氣分子自身也有慣性，讓它突然劇烈改變方向是很難的。如果在流體中的物體表面不是緩和的連續表面，那麼在表面的斷點就會出現氣流分離現象。
圖中是機翼的分離現象，機翼與來流空氣呈一定的迎角，氣體無法繞過機翼前後緣形成平滑流動，於是分離區產生。分離區實際上可理解為嚴重的湍流，分離區會使機翼失效、阻力增大。
2、壓力阻力
研究表明，汽車在行駛時隨著速度的增加空氣阻力成為發動機主要需克服的行駛阻力。從上面的圖表可以看出，當車速低於90km/h的時候車輛行駛的主要阻力是機械阻力，包括發動機內部的摩擦、輪胎與地面的摩擦等。而當車速超過90km/h的時候，空氣阻力成為車輛需要克服的首要阻力。實際上機械阻力可以看作是一個常量，它的大小不隨車速變化而變化，而空氣阻力是變量，其與車速成正比，車速越快空氣阻力越大。
在汽車上產生的主要空氣阻力是壓力阻力，包括迎面阻力和壓差阻力。迎面阻力很好理解，就是空氣迎頭撞上車頭而產生的阻力，這個阻力可以通過把車頭設計成流線型來降低。壓差阻力是空氣流至車尾，車身的走勢從逐漸擴大變成逐漸收縮，層流的空氣在這裡開始變成湍流，到車尾垂直平面的部分最為嚴重，產生了空氣分離區，這個分離區裡往往是負壓，這個負壓和車頭的正壓產生的壓差形成了與行駛方向相反的力即壓差阻力。
壓差阻力是比較難消除的阻力，理想的流線體都有一個長長的尾巴，使空氣能繼續沿表面流動而不分離。但是汽車顯然不能這樣設計，否則車長會是現在的兩倍，而且為了實現最佳外形的這部分車體沒有任何實際用途，就是一段空尾巴。最終工程師還是為了保證功能捨棄了最佳氣動外形。
為了減小壓力阻力，現在的汽車外形設計的很流線，車頭非常圓潤。為了減少分離，車背都會設計的坡度很緩，讓氣流儘量沿平緩的車背流動減少分離。
因為車身外形無法改變，所以工程師利用從擴散器吹出的氣流來清洗車尾，將車尾的分離區吹散。這種原理很類似於飛機的前緣縫翼和展向吹起技術。
此外，車輛底盤也是風阻的重災區。車輛外殼開起來非常的平滑乾淨，但是翻過車底恐怕會令你大失所望。各種裸露的管線和梁盒直接導致了底盤下氣流的紊亂。
為了消除底盤的風阻，目前很多廠商都會將車輛底盤用塑料護板包裹，平整的塑料護板能夠有效降低底盤的風阻。不過只有少數廠商會在車主看不見的底盤上下功夫，好的例子是，十萬左右的緊湊家用車都有底盤護板。壞的例子是，絕大部分的車輛底盤都沒有封閉，甚至是某些20、30萬的「中高級」車。造成這種現象的原因是很多消費者根本不懂底盤護板的作用。
3、機艙阻力
車輛外形流線不代表阻力低，特別是車頭。因為很多空氣並不是沿車頭外廓流動的，不少空氣都通過進氣格柵吹進了發動機艙直接吹拂發動機和散熱器。這倆東西方方正正空氣阻力自然不小。這部分阻力約佔汽車風阻的12%。
為了解決這部分阻力有些廠家開始使用電子控制的可開閉格柵。電子系統會根據車速和發動機是否需要空氣冷卻來開閉進氣格柵，當格柵關閉時氣流不再經過發動機艙，這部分阻力消除。
4、誘導阻力
誘導阻力在飛機上是主要阻力之一，在汽車上表現得不是很明顯。但是高速行駛的車輛也會產生一定的誘導阻力，約佔車輛行駛阻力的7%。
以飛機為例，誘導阻力是由機翼上下表面壓差導致的，下表面的空氣壓力高會繞過機翼翼尖向上表面逸散，於是形成由下向上翻卷的漩渦，這些漩渦會帶走能量。
汽車行駛時底盤下空氣的流速與車體表面空氣的流速不同，也會產生壓力差，所以汽車上也存在誘導阻力。
為了消除誘導阻力，需要隔絕存在壓差的兩部分空氣。飛機的解決方法是安裝翼稍小翼，該小翼能平衡上下翼面間的壓力差，減小翼尖渦降低誘導阻力。
同樣的道理，在汽車上你也會看到很多伸出來的邊沿，這些突出的邊沿和翼稍小翼的作用相似，都是隔絕存在壓差表面間的空氣流動。
在F1的尾翼上可以看到更加明顯的類似設計，其尾翼類似於機翼，上下表面的壓力差很大。所以通過封閉側面的方式消除誘導阻力。
二、產生更多的下壓力保證高速行駛的抓地力
下壓力關係到車輛高速行駛的穩定性，因為車輛本身的造型是上表面凸起，下表面平整，屬於典型的升力造型，在空氣中運動會產生升力，這對於需要四條輪胎抓地才能行駛的汽車很不利。所以就需要額外設計一些部件來產生下壓力，克服車身產生的升力，讓四條輪胎能緊貼地面。下壓力的極端代表是F1賽車，據說F1產生的下壓力足以讓它在天花板上行駛。
1、升力是如何產生的
空氣動力學的基礎定理之一是伯努利定理，這條定理描述了流體流速與其靜壓之間的關係。簡單來說就是流速快的流體其靜壓會變小。在一條收縮管道中流動的流體，在收縮段的流速會增加，同時管壁上的壓力也會減小。
根據這條定理，機翼被設計成上凸下平的形狀，空氣流過凸起的上翼面如同流過收縮的管道，空氣流速會增加，壓力減小。而下翼面的流速不變，壓力大。據此壓力差，機翼上產生了升力。
2、通過倒置機翼來產生下壓力
與機翼產生升力相反，汽車需要的是向下的下壓力，所以車輛要研究的是如何增加底盤下空氣的流速。或者通過安裝反置的機翼來將氣動升力變成氣動壓力。
所以很多車上的前翼和尾翼都是倒置的機翼，這些翼面在快速切割空氣的時候可以產生向下的壓力。也就是車輛行駛需要的下壓力。
3、提高底盤下空氣流速，讓整個車體產生下壓力
除了靠翼型產生下壓力外，還可以通過增加底盤下空氣流速使整個車體變成一個翼面來產生下壓力。一般改裝的小型前沿只有中間的部分能夠切割空氣，其他部分都只有下部有空氣流過，而這些部分的作用就是增加底盤空氣流速。當空氣被小沿切割成上下兩部分時，上部的空氣直接撞到保險槓向側向流去，流速降低，而下部空氣直接進入底盤和地面之間毫無阻擋，流速不變。這樣流速差就產生了壓力差。
F1為了增加底盤下的空氣流量特意在車艙兩側設計了下凸的空氣通道，這裡兩個通道如同兩個大翼，變窄的部分使通道中的空氣加速。
另一個被F1車迷津津樂道的下壓力神器是「擴散器」，這個東西的作用被說的神乎其神。其實擴散器只是整個底盤空氣增速設計的一部分。
我們可以將擴散器看成是收縮管道的末端，如上圖。底盤的部分則是收縮管道最窄的部分，所以F1賽車所有的下壓力都產生在底盤的平面部分。
再看這張擴散器的壓力分布圖，藍色的部分壓力最低，紅色的部分壓力最高。可見底盤平板的部分空氣流動最快，壓力最低、而擴散器的部分壓力開始增加。正式靠藍色部分的低壓，F1賽車才會被外界的大氣壓死死的壓在賽道上。
擴散器的另一個作用我們前面已經講到了，就是吹出車尾的分離區。從上面這張圖片上可以明顯的看到從擴散器吹出的空氣走向。這些空氣一直向上還掃過尾翼的下部，從前面的描述可知，尾翼下部空氣流速也是要高於上部，擴散器噴出的空氣也能幫助理順尾翼下部的空氣，減少尾翼後部的分離。
三、風洞實驗幫助完善車身氣動設計
車輛外形由外形設計師完成草圖後，其他工作都交給了車身設計師，他們在保證外形得到再現的前提下還要考慮容納各種設備、保證乘坐空間、結構梁的布制等等。空氣動力設計也是要考慮的範疇。為了獲得氣動數據、查看車身的流場需要通過風洞實驗來進行。
風洞簡單來說就是一個電風扇接了一個大管子，通過氣體流動來模擬車輛行進時的氣動狀態。一般風洞由驅動段、過濾段、收縮段、試驗段等組成。
汽車由於體積比較小、行駛速度低，時常將實車放入風洞中進行測試。而飛機這樣的大件只能通過按照一致的雷諾數進行模型縮比試驗。汽車在定型之前都需要製作油泥模型，新車的風洞實驗都使用油泥模型進行，也會採用縮比模型。風洞實驗中常通過煙霧發生器來觀察車身表面的流場狀態。
一些精確的風洞實驗中還要考慮車輪轉動對周圍流場的影響，所以還有在滾動臺架上進行的風洞實驗，完全模擬車輪轉動時附近的流場變化。
四、計算流體力學實現模擬氣動實驗
計算流體力學軟體從上世紀就開始在航空領域中應用，經過幾十年的發展，目前計算流體力學已經非常成熟。當今的主流機型的外形大都是計算流體力學軟體上跑出的結果。
今天，汽車設計也引入了流體力學軟體，在開發階段可以節省不少的成本和時間，而且在計算機上修改車身造型更加容易。
計算流體力學的難點是建造合理的被測對象網格模型，該虛擬模型即要求外形精確，又要求結構冗餘度小。畢竟流體力學計算量非常大，有時一個模擬結果用工作站計算也好跑好幾天才能得到結果，冗餘的模型跑起來更加費時。