車輛車輛工程概論.docx

1.空氣動(dòng)力學(xué)的概述空氣動(dòng)力學(xué)是流體力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究物體在同氣體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下的受力特性、氣體流動(dòng)規(guī)律和伴隨發(fā)生的物理化學(xué)變化。它是在流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，隨著航空工業(yè)和噴氣推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而成長(zhǎng)起來(lái)的一個(gè)學(xué)科?？諝鈩?dòng)力學(xué)特性直接影響汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性等。為改進(jìn)汽車性能，汽車工業(yè)界投人大量人力、物力和財(cái)力研究汽車內(nèi)外的空氣流動(dòng)及其相關(guān)的各種現(xiàn)象。風(fēng)洞試驗(yàn)是汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的傳統(tǒng)而又有效的方法，但風(fēng)洞建設(shè)投資大，試驗(yàn)周期長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展而蓬勃興起的數(shù)值仿真方法為汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究開(kāi)辟了新的途徑。近年來(lái)，汽車空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真發(fā)展迅速，數(shù)值仿真在汽車流場(chǎng)研究中的重要性不斷增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。下面從不同方面闡述汽車空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展情況。2空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展國(guó)外的汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究可以追朔到本世紀(jì)的20-30年代，但直到7O年代以覷，還沒(méi)有比較完整系統(tǒng)的研究。此學(xué)科在近3O年中得到了較大發(fā)展。7O年代以來(lái)，國(guó)外陸續(xù)發(fā)表了汽車空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究成果、研究報(bào)告和專著，研究手段普遍采用航空試驗(yàn)用的風(fēng)洞對(duì)汽車空氣動(dòng)力特性進(jìn)行研究，研究的重點(diǎn)主要是空氣動(dòng)力的特性以及它們對(duì)汽車性能的影響。國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚，盡管也開(kāi)過(guò)專題性的學(xué)術(shù)會(huì)議，但總體上說(shuō)還處于起步階段。從有關(guān)學(xué)術(shù)刊物上看到，有關(guān)汽車空氣動(dòng)力學(xué)方面的論文很少，也還沒(méi)有見(jiàn)到國(guó)內(nèi)學(xué)者編著有關(guān)汽車動(dòng)力學(xué)方面的學(xué)術(shù)著作或教科書。也就是說(shuō)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有有效地進(jìn)行汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究。但是，鑒于這項(xiàng)課題研究的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略，都迫切地需要將這個(gè)課題的研究提到議事日程上來(lái)。就國(guó)內(nèi)目前的情況看，無(wú)論從人力還是設(shè)備上都完全具備研究的條件與實(shí)力，關(guān)鍵是要引起國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此項(xiàng)研究的重視以及有關(guān)部門的組織與必要的投資，從而有遠(yuǎn)見(jiàn)地對(duì)汽車空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行先期研究，以適應(yīng)今后十年乃至更長(zhǎng)期國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，為國(guó)家創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。3動(dòng)力學(xué)空氣的研究1.基礎(chǔ)理論 研究空氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)是質(zhì)量守衡、動(dòng)量守衡和能量守衡定律，可由Euler、NS等數(shù)學(xué)方程組來(lái)描述。然而有關(guān)不可壓流體特性、流體阻力理論以及汽車?yán)@流特性等基礎(chǔ)理論研究還有待深化。2.風(fēng)洞試驗(yàn) 洞設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在動(dòng)力裝置功率最小和成本最低的情況下，提供各種速度范圍內(nèi)模型試驗(yàn)所必需的氣動(dòng)力環(huán)境，即希望在一個(gè)簡(jiǎn)單的風(fēng)洞中能大范圍地改變各種相似參數(shù)。然而經(jīng)驗(yàn)表明，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上這都是不現(xiàn)實(shí)的。從而就出現(xiàn)了各種各樣的風(fēng)洞。風(fēng)洞主要由洞體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和測(cè)量控制系統(tǒng)組成，各部分的形式因風(fēng)洞類型而異。洞體有一個(gè)能對(duì)模型進(jìn)行必要測(cè)量和觀察的試驗(yàn)段。試驗(yàn)段上游有提高勻直度、降低湍流度的穩(wěn)定段和使氣流加速到所需流速的收縮段或噴管。試驗(yàn)段下游有降低流速、減少能量損失的擴(kuò)壓段和將氣流引向風(fēng)洞外的排氣段或?qū)Щ氐斤L(fēng)洞入口的回流段。為了降低風(fēng)洞內(nèi)外的噪聲，往往在穩(wěn)定段和排氣口等處裝有消聲器。4空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)汽車造型的影響空氣動(dòng)力特性直接影響車輛的動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及貨車的噪聲和車身美觀。隨著車速的提高，在汽車造型中越來(lái)越重視空氣動(dòng)力學(xué)這方面的影響。下面將從轎車前部、尾部、底部以及車輪淺談對(duì)汽車造型的影響。1.車頭造型對(duì)氣動(dòng)阻力影響因素主要有：車頭邊角、車頭形狀、車頭高度、發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗造型等。2.車身尾部造型對(duì)氣動(dòng)阻力的影響主要因素有：后風(fēng)窗的斜度與三維曲率、尾部造型式樣、車尾高度、尾部橫向收縮。3.車身底部對(duì)對(duì)氣動(dòng)阻力的影響主要因素有：車身底部離地高度、縱傾角、曲率、擾流器4.車輪對(duì)氣動(dòng)力的影響（被輪腔覆蓋車輪的影響）5改善汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的措施1.車頭造型的設(shè)計(jì) 車頭造型中影響汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的因素很多，如車頭邊角、車頭形狀、車頭高度、發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗造型、前凸起唇及前保險(xiǎn)杠的形狀與位置、進(jìn)氣口大小和格柵形狀等。車頭邊角主要是指車頭上緣邊角和橫向兩側(cè)邊角。對(duì)于非流線型車頭，存在一定程度的尖銳邊角會(huì)產(chǎn)生有利于減少氣動(dòng)阻力的車頭負(fù)壓區(qū)；R8車頭橫向邊角倒圓角，也有利于產(chǎn)生減小氣動(dòng)阻力的車頭負(fù)壓區(qū)，整體弧面車頭產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力比車頭邊角倒圓產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力小；車頭頭緣位置較低的下凸型車頭的氣動(dòng)阻力系數(shù)最小。但氣動(dòng)阻力系數(shù)不是越低越好，因?yàn)榈偷揭欢ǔ潭群?，車頭阻力系數(shù)不再變化，車頭頭緣的最大離地間隙越小，則引起的氣動(dòng)升力越小，甚至可以產(chǎn)生負(fù)升力。增加下緣凸起唇，氣動(dòng)阻力變小，減小的程度與唇的位置有關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗的設(shè)計(jì)可以改變?cè)俑街c(diǎn)的位置，從而影響汽車的氣動(dòng)特性。發(fā)動(dòng)機(jī)罩的縱向曲率越小(目前采用的縱向曲率大多為002m)，氣動(dòng)阻力越小；發(fā)動(dòng)機(jī)罩的橫向曲率也有利于減小氣動(dòng)阻力。發(fā)動(dòng)機(jī)罩具有適當(dāng)?shù)男倍?與水平面的夾角)對(duì)降低氣動(dòng)阻力有利，但如果斜度進(jìn)一步加大，則降阻效果不明顯。風(fēng)窗玻璃縱向曲率越大越好，但不宜過(guò)大，否則將導(dǎo)致視覺(jué)失真、刮雨器刮掃效果變差；前風(fēng)窗玻璃的橫向曲率也有利于減小氣動(dòng)阻力；前風(fēng)窗玻璃的斜度(與垂直面的夾角)小于30時(shí)，降阻效果不明顯，但過(guò)大的斜度，將使視覺(jué)效果和舒適性降低；前風(fēng)窗斜度等于48時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗凹處會(huì)出現(xiàn)明顯的壓力降，因而造型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)這個(gè)角度；前風(fēng)擋玻璃的傾斜角度(與垂直面的夾角)增大，氣動(dòng)升力系數(shù)略有增加。發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗的夾角及結(jié)合部位的細(xì)部結(jié)構(gòu)對(duì)氣流也有重要影響。汽車前端形狀對(duì)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能具有重要影響。前端凸且高，不僅會(huì)產(chǎn)生較大的氣動(dòng)阻力，而且還將在車頭上部形成較大的局部負(fù)升力區(qū)。具有較大傾斜角度的車頭可以達(dá)到減小氣動(dòng)升力乃至產(chǎn)生負(fù)升力的效果。2.前立柱的設(shè)計(jì) 前立柱上的凹槽、小臺(tái)面和細(xì)棱角處理不當(dāng)，將導(dǎo)致較大的氣動(dòng)阻力、較嚴(yán)重的氣動(dòng)噪聲和側(cè)窗污染，因此，應(yīng)設(shè)計(jì)成圓滑過(guò)渡的外形。英國(guó)White于1967年根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)氣動(dòng)阻力影響最關(guān)鍵的車身外形參數(shù)進(jìn)行分級(jí)，具有重大實(shí)際指導(dǎo)作用。轎車側(cè)壁略外鼓，將增加氣動(dòng)阻力，但有利于降低氣動(dòng)阻力系數(shù)；外鼓系數(shù)(外鼓尺寸與跨度之比)應(yīng)避免處于002004。頂蓋有適當(dāng)?shù)纳蠑_系數(shù)(上鼓尺寸與跨度之比)，有利于減小氣動(dòng)阻力、綜合氣動(dòng)阻力系數(shù)、氣動(dòng)阻力、工藝、剛度和強(qiáng)度等方面因素，頂蓋的上擾系數(shù)應(yīng)在006以下。對(duì)階背式轎車而言，客艙長(zhǎng)度與軸距之比由093增至117，會(huì)較大程度地減小氣動(dòng)升力系數(shù)。但發(fā)動(dòng)機(jī)罩的長(zhǎng)度與軸距之比對(duì)氣動(dòng)升力系數(shù)影響不3.車身尾部造型的設(shè)計(jì) 車身尾部造型中影響氣動(dòng)阻力的因素主要有后風(fēng)窗的斜度(后風(fēng)窗弦線與水平線的夾角)與三維曲率、尾部造型式樣、車尾高度及尾部橫向收縮。后風(fēng)窗斜度對(duì)氣動(dòng)阻力的影響較大，對(duì)斜背式轎車，斜度等于30時(shí)，阻力系數(shù)最大；斜度小于30時(shí)，阻力系數(shù)較小。后擋風(fēng)玻璃傾斜角一般以控制在25之內(nèi)為宜；后風(fēng)窗與車頂?shù)膴A角為2832時(shí)，車尾將介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的邊緣。典型的尾部造型有斜背式、階背式和方(平)背式。由于具體后部造型與氣流狀態(tài)的復(fù)雜性，一般很難確切地?cái)嘌晕膊吭煨褪綐拥膬?yōu)劣，但從理論上說(shuō)，小斜背(角度小于30)具有較小的氣動(dòng)阻力系數(shù)。流線型車尾的汽車存在最佳車尾高度，此狀態(tài)下，氣動(dòng)阻力系數(shù)最小，此高度需要根據(jù)具體車型及結(jié)構(gòu)要求而定。后車體橫向收縮可以減小截面面積，一定程度的后車體的橫向收縮對(duì)降低氣動(dòng)阻力系數(shù)有益，但過(guò)多的收縮會(huì)引起氣動(dòng)阻力系數(shù)增加。收縮程度因具體車型而定。車尾最大離地間隙越大，車尾底部的流線越不明顯，則氣動(dòng)升力越小，甚至可以產(chǎn)生負(fù)升力。長(zhǎng)尾車可能產(chǎn)生較大的橫擺力矩，而切尾的快背式汽車的橫擺力矩并不大，可以通過(guò)加尾翼減小橫擺力矩，改善汽車的操縱穩(wěn)定性。4.擾流器的設(shè)計(jì) 擾流器通過(guò)對(duì)流場(chǎng)的干涉，調(diào)整汽車表面壓強(qiáng)分布，以達(dá)到減小氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)升力的目的。前擾流器(車底前部)的適當(dāng)高度、位置和大小對(duì)減小氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)升力至關(guān)重要。目前，大多將前保險(xiǎn)杠位置下移并加裝車頭下緣凸起唇，以起到前擾流器的作用。后擾流器(車尾上部)的形狀、尺寸和安裝位置對(duì)減小氣動(dòng)阻力及氣動(dòng)升力也非常重要，但后擾流器對(duì)氣流到達(dá)擾流器之前就已分離的后背無(wú)效。有的把天線外形設(shè)計(jì)成擾流器，裝在后風(fēng)窗頂部；在賽車上設(shè)計(jì)前、后負(fù)升力翼，以抵消部分升力，從而改善汽車轉(zhuǎn)向輪的附著性能。5.車身主體與車輪之間的設(shè)計(jì) 車身主體與車輪之間存在很大的相互干涉。適度加寬輪胎對(duì)氣動(dòng)阻力系數(shù)有利，但不宜過(guò)寬，存在一個(gè)最佳寬度。不同形狀的車輪輻板及車輪輻板上開(kāi)孔面積的布置方式對(duì)氣動(dòng)性能有很大影響，在總開(kāi)孔面積相同的情況下，適當(dāng)增加開(kāi)孔數(shù)有利于改善氣動(dòng)性能。改善汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能，除了優(yōu)化汽車造型之外，人們也在尋求其他方法。雖然低阻汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性得以提高，但任何事物都有兩面性。Kamm認(rèn)為，對(duì)于流線型汽車，隨著橫擺角的變化，阻力系數(shù)有很大變化，即低阻汽車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性差。汽車設(shè)計(jì)中必須綜合各方面因素，權(quán)衡利弊，才能設(shè)計(jì)出高性能的汽車。6.總結(jié) 空氣動(dòng)力學(xué)與汽車的造型有很大的關(guān)系，空氣動(dòng)力學(xué)主要研究運(yùn)動(dòng)汽車與空氣之間的相互作用力，力的大小取決于空氣與汽車之間的相對(duì)速度和汽車形狀，通過(guò)對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)課的學(xué)習(xí)，我們知道了汽車的形狀對(duì)汽車的阻力有很大的影響，通過(guò)對(duì)汽車的造型演變歷程研究發(fā)現(xiàn)，汽車的造型的改變很大方面是為了減少空氣阻力，所以汽車造型與空氣動(dòng)力學(xué)有很大的關(guān)系在當(dāng)今社會(huì)，汽車作為一種新型交通工具走進(jìn)了我們的生活并扮演了重要角色。如今人們已不在僅僅把汽車當(dāng)作一種交通工具，從而多汽車的外型、動(dòng)力性、駕駛安全性、乘坐舒適性、操縱靈活性、燃油經(jīng)濟(jì)性等性能提出了更高要求。本文將討論汽車外型對(duì)其動(dòng)力性的影響。由于汽車外型與汽車高速行駛時(shí)所受的氣動(dòng)阻力密切相關(guān)，且車速越快阻力越大，空氣阻力與汽車速度的平方成正比，空氣阻力占汽車行駛阻力的比率很大，會(huì)增加汽車燃油消耗量或嚴(yán)重影響汽車的動(dòng)力性能。三、優(yōu)化分析由于氣動(dòng)阻力以及功率與氣動(dòng)阻力系數(shù)成正比關(guān)系，現(xiàn)代轎車為了減少氣動(dòng)阻力就必須要考慮降低氣動(dòng)阻力系數(shù)。從50年代到70年代初，轎車的氣動(dòng)阻力系數(shù)維持在0.4至0.6之間。在70年代能源危機(jī)后，各國(guó)為了進(jìn)一步節(jié)約能源，降低油耗，都致力于降低氣動(dòng)阻力系數(shù)，現(xiàn)在的轎車氣動(dòng)阻力系數(shù)一般在0.28至0.4之間。根據(jù)方程式（2）可看出，在空氣密度不變的前提下，如果汽車發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的功率一定，減少汽車正投影面積或者減小氣動(dòng)阻力系數(shù)都可以提高汽車的最大速度，而由上可知?dú)鈩?dòng)阻力系數(shù)又與車身表面的處理有關(guān)。因此可以利用流線型設(shè)計(jì)方法以減少汽車的正投影面積和氣動(dòng)阻力系數(shù)，達(dá)到節(jié)油減排或者提高汽車速度的目的。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，空氣阻力系數(shù)每降低百分之十，燃油就可以節(jié)省百分之七，當(dāng)車速超過(guò)100km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)了功率有80%用來(lái)克服氣動(dòng)阻力，所以降低阻力系數(shù)可以很好的降低汽車的油耗。曾有人對(duì)兩種相同質(zhì)量，相同尺寸，但具有不同空氣阻力系數(shù)(分別是0.44和0.25)的轎車進(jìn)行比較，以每小時(shí)88公里的時(shí)速行駛了100公里，燃油消耗后者比前者節(jié)約了1.7公升流線型原是空氣動(dòng)力學(xué)名詞,用來(lái)描述表面圓滑、線條流暢的物體形狀，流線型設(shè)計(jì)的物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保證流體從物體表面流過(guò)而不會(huì)分離物體表面。所謂流線型化是將在流體（例如空氣或水）中運(yùn)動(dòng)的物體外形設(shè)計(jì)成流線型,這種形狀能減少物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的風(fēng)阻。上面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，氣動(dòng)阻力與汽車的正有影面積和氣動(dòng)阻力系數(shù)成正比，并且渦流對(duì)風(fēng)阻也有很大的影響，流線型設(shè)計(jì)車型不僅可以減小氣動(dòng)阻力系數(shù)。并且通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)知道具有流線型車身的汽車抗渦流的性能最好。汽車尾部的流線型設(shè)計(jì)，也可以減少阻力。汽車通過(guò)后留下的真空地帶需要空氣填補(bǔ)，就會(huì)對(duì)汽車有一個(gè)拖后的力叫曳力（drag）。流線型就解決了這個(gè)問(wèn)題。原來(lái)汽車尾部的截面是正方形，汽車通過(guò)后產(chǎn)生很大的真空地帶，所受的曳力就很大。改成流線型的尾巴后在高速運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的真空空間就小，曳力就小了；并且可得空氣相對(duì)于汽車的垂直速度減小，根據(jù)康達(dá)效應(yīng)，當(dāng)汽車外形流線化設(shè)計(jì)時(shí)（可以滿足物體表面的曲率不是很大），可以使空氣在車身截面積變化時(shí)不脫離車身，而是從汽車的表面流過(guò)，然后在摩擦力的作用下，空氣的相對(duì)速度減小，即弱化流動(dòng)分離現(xiàn)象，從而減小壓差阻力。根據(jù)世界轎車車型的發(fā)展歷史，從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初的馬車型車身，到1915年福特公司生產(chǎn)出第一部箱型汽車，雖然在高速行駛時(shí)幫助駕駛員抵擋住了風(fēng)雨的侵襲，但是又不利于車速的大幅度提高，因?yàn)橄湫蛙囓嚿泶?，空氣阻力也就很大。所以人們開(kāi)始研究流線型車身的設(shè)計(jì)。這也是汽車的運(yùn)動(dòng)首次與空氣動(dòng)力學(xué)相結(jié)合。1934年美國(guó)的克萊斯勒公司生產(chǎn)的氣流牌小轎車首先采用了流線型的車身外形。以達(dá)到減少更多空氣阻力的目的，特別是流體力學(xué)的深入研究和應(yīng)用，為船型車身的出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。因?yàn)樵诖蛙嚿砀咚傩旭倳r(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的空氣渦流，為了克服這一缺陷，設(shè)計(jì)師把船型車的后窗玻璃逐漸傾斜，這就是魚型車的雛形。但是這種車身對(duì)橫風(fēng)有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，當(dāng)其高速行駛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生升力，使車輪附著力減小。1963年首次亮相的美國(guó)斯蒂貝克公司設(shè)計(jì)出的楔形車很好的解決了魚型車的升力問(wèn)題，因?yàn)檫@種車身前部向下方傾斜，導(dǎo)致后行李箱明顯高于前發(fā)動(dòng)機(jī)艙，而車尾平直，形成良好的風(fēng)壓，防止車輪發(fā)飄。現(xiàn)在的轎車基本上都朝這個(gè)方向發(fā)展。其中每一種車型的出現(xiàn)，都不是單純的工業(yè)產(chǎn)物或者藝術(shù)的作品，而是與流體力學(xué)尤其是空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展相結(jié)合。四、優(yōu)化結(jié)果汽車車型的發(fā)展史說(shuō)明了隨著空氣動(dòng)力學(xué)的逐漸完善，人們明白了汽車車身的流線化對(duì)降低空氣阻力的重要性。一般情況下有以下幾種方法：（1）流線化車頭和車尾；（2）封閉車輛各部件不使其暴露在外；（3）盡可能的使車身光滑無(wú)突出物。但是車輛不是獨(dú)立的行駛在空氣中的，地面效應(yīng)將使行駛的汽車受到的空氣動(dòng)力量發(fā)生較大的變化。（4）使汽車弦線前低后高，底版尾部適當(dāng)上翹，在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b導(dǎo)流板或擾流板（5）利用氣流分布規(guī)律，還可以巧妙地把發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口安排在高壓區(qū)，提高進(jìn)氣效率，減少高壓區(qū)附近的渦流，同時(shí)把排氣口安排在低壓區(qū)，使排氣更加順暢。綜上所述，流線型設(shè)計(jì)車身并結(jié)合上述各種經(jīng)驗(yàn)可以很好的減小空氣對(duì)汽車的阻力，從而減小能耗，提高動(dòng)力性。汽車車型的不斷改進(jìn)，流線型設(shè)計(jì)不斷進(jìn)步，會(huì)使得汽車的所受阻力越來(lái)越小，直到接近某一臨界值。汽車造型與空氣動(dòng)力學(xué)汽車造型與空氣動(dòng)力學(xué)的關(guān)系一、轎車前部車頭造型對(duì)氣動(dòng)阻力影響因素很多，主要有：車頭邊角、車頭形狀、車頭高度、發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗造型、前凸起唇及前保險(xiǎn)杠的形狀與位置、進(jìn)氣口大小、格柵形狀等。車頭邊角的影響：車頭邊角主要是車頭上緣邊角和橫向兩側(cè)邊角。對(duì)于非流線型車頭，存在一定程度的尖銳邊角會(huì)產(chǎn)生有利于減少氣動(dòng)阻力的車頭負(fù)壓區(qū)。車頭橫向邊角倒圓角，也有利于產(chǎn)生減小氣動(dòng)阻力的車頭負(fù)壓區(qū)。車頭形狀的影響整體弧面車頭比車頭邊角倒圓氣動(dòng)阻力小。車頭高度的影響頭緣位置較低的下凸型車頭氣動(dòng)阻力系數(shù)最小。但不是越低越好，因?yàn)榈偷揭欢ǔ潭群螅囶^阻力系數(shù)不再變化。車頭頭緣的最大離地間隙越小，則引起的氣動(dòng)升力越小，甚至可以產(chǎn)生負(fù)升力。車頭下緣凸起唇的影響增加下緣凸起唇后，氣動(dòng)阻力變小。減小的程度與唇的位置有關(guān)。（2）斜度：前風(fēng)窗玻璃的斜度（與垂直面的夾角）=300時(shí)，降阻效果不明顯，但過(guò)大的斜度，使視覺(jué)效果和舒適性降低。前風(fēng)窗斜度=480時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗凹處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的壓力降，因而造型時(shí)應(yīng)避免這個(gè)角度。(3)前風(fēng)擋玻璃的傾斜角度（與垂直面的夾角）越大，氣動(dòng)升力系數(shù)略有增加。發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗的夾角與結(jié)合部位的細(xì)部結(jié)構(gòu)。6.汽車前端形狀前凸且高不僅會(huì)產(chǎn)生較大的阻力而且還將會(huì)在車頭上部形成較大的局部負(fù)升力區(qū)。具有較大傾斜角度的車頭可以達(dá)到減小氣動(dòng)升力乃至產(chǎn)生負(fù)升力的效果。二、轎車客艙A柱前立柱上的凹槽、小臺(tái)面和細(xì)棱角，處理不當(dāng)，將導(dǎo)致較大的氣動(dòng)阻力和較嚴(yán)重的氣動(dòng)噪聲和測(cè)窗污染。應(yīng)設(shè)計(jì)成圓滑過(guò)渡的外形。側(cè)壁轎車側(cè)壁略有外鼓，將增加氣動(dòng)阻力，但有利于降低氣動(dòng)阻力系數(shù)。但外鼓系數(shù)（外鼓尺寸與跨度之比）應(yīng)避免在0.020.04之間。頂蓋綜合氣動(dòng)阻力系數(shù)、氣動(dòng)阻力、工藝、剛度、強(qiáng)度等方面的因素，頂蓋的上擾系數(shù)（上鼓尺寸與跨度之比）應(yīng)在0.06以下。4.客艙長(zhǎng)度對(duì)階背式轎車而言，客艙長(zhǎng)度與軸距之比由0.93增至1.17，會(huì)較大程度的減小氣動(dòng)升力系數(shù)。三、轎車尾部車身尾部造型對(duì)氣動(dòng)阻力的影響主要因素有：后風(fēng)窗的斜度與三維曲率、尾部造型式樣、車尾高度、尾部橫向收縮。后風(fēng)窗斜度后風(fēng)窗斜度（后風(fēng)窗弦線與水平線的夾角）對(duì)氣動(dòng)阻力影響較大，對(duì)斜背式轎車，斜度等于300時(shí)，阻力系數(shù)最大；斜度小于300時(shí)，阻力系數(shù)較小。后擋風(fēng)玻璃的傾斜角控制在25度之內(nèi)。尾窗與車頂?shù)膴A角介于28至32度時(shí)，車尾將介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的邊緣。2.尾部造型式樣典型的尾部造型有斜背式、階背式、方（平）背式。由于具體后部造型與氣流狀態(tài)的復(fù)雜性，一般很難確切的斷言或部造型式樣的優(yōu)劣。但從理論上說(shuō)，小斜背（角度小于300）具有較小的氣動(dòng)阻力系數(shù)。3.車尾高度流線型車尾的轎車存在最佳車尾高度，此狀態(tài)下，氣動(dòng)阻力系數(shù)最小。此高度需要根據(jù)具體車型以及結(jié)構(gòu)要求而定。后車體的橫向收縮一定程度的后車體的橫向收縮對(duì)降低氣動(dòng)阻力系數(shù)有益，但過(guò)多的收縮會(huì)引起氣動(dòng)阻力系數(shù)的增加。收縮程度受具體車型而定。5.車尾形狀車尾最大離地間隙越大，車尾底部的流線越不明顯，則氣動(dòng)升力越小，甚至可以產(chǎn)生負(fù)升力。四、轎車底部車身底部離地高度一般雖車身底部離地高度的增加氣動(dòng)阻力系數(shù)上升，但高度過(guò)小，將增加氣動(dòng)升力，影響操作穩(wěn)定性及制動(dòng)性。另外離地高度的確定還要考慮汽車的通過(guò)性與汽車中心高度。車身底部縱傾角車身底部縱傾角對(duì)氣動(dòng)阻力影響較大，縱傾角越大，氣動(dòng)阻力系數(shù)越大，故底板應(yīng)盡量具有負(fù)的縱傾角。將汽車底板做成前底后高的形狀對(duì)減小氣動(dòng)升力有用。車身底板的曲率縱向曲率：適度的縱向曲率可以減小壓差阻力。橫向曲率：適度的橫向曲率可以減小氣動(dòng)升力。最佳曲率視具體車型而定。擾流器對(duì)氣動(dòng)阻力的影響富康是典型的半水滴造型，這樣的造型符合當(dāng)今汽車設(shè)計(jì)的最新潮流，充分運(yùn)用了空氣動(dòng)力學(xué)的最新成果。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的風(fēng)洞試驗(yàn)，富康的風(fēng)阻系數(shù)僅為0.31。風(fēng)阻系數(shù)在過(guò)去的轎車手冊(cè)中從未出現(xiàn)過(guò)，今天則是介紹轎車的常用術(shù)語(yǔ)之一，在國(guó)外已經(jīng)成為人們十分關(guān)注的一種參數(shù)了，它是指汽車在行駛中由于空氣阻力的作用，圍繞著汽車重心同時(shí)產(chǎn)生的縱向，側(cè)向和垂直等三個(gè)方向的空氣動(dòng)力量，它的系數(shù)值是由風(fēng)洞測(cè)試得出來(lái)的。汽車行駛速度越快其所受到的空氣阻力越大，空氣阻力與汽車速度的平方成正比。如果空氣阻力占汽車行駛阻力的比率很大，會(huì)增加汽車燃油消耗量或嚴(yán)重影響汽車的動(dòng)力性能。據(jù)測(cè)試，一輛以每小時(shí)100公里速度行駛的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的百分之八十將被用來(lái)克服空氣阻力，減少空氣阻力，就能有效地改善汽車的行駛經(jīng)濟(jì)性。雪鐵龍ZX系列的風(fēng)阻系數(shù)只有0.305，是普及型汽車?yán)锩孀顑?yōu)秀的，而如今的帕薩特B5德國(guó)版已達(dá)到0.28。據(jù)試驗(yàn)表明，空氣阻力系數(shù)每降低百分之十，燃油節(jié)省百分之七左右。曾有人對(duì)兩種相同質(zhì)量，相同尺寸，但具有不同空氣阻力系數(shù)(分別是0.44和0.25)的轎車進(jìn)行比較，以每小時(shí)88公里的時(shí)速行駛了100公里，燃油消耗后者比前者節(jié)約了1.7公升。因此，當(dāng)你決定選擇一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的私家車時(shí)，這也是不可或缺的考量因素。當(dāng)然，并不是所有的轎車都會(huì)公布自身的風(fēng)阻系數(shù)，除非它在這方面很優(yōu)秀。汽車空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)阻力一輛轎車的氣動(dòng)效率是由其阻力系數(shù)(Cd)所決定的。而阻力系數(shù)與面積無(wú)關(guān)，它僅僅是反映出物體的形狀對(duì)于氣動(dòng)阻力的影響。理論上來(lái)講，一個(gè)圓形的平板的阻力系數(shù)為1.0，但是如果考慮到其邊緣周圍的湍流效應(yīng)，它的阻力系數(shù)將會(huì)變?yōu)?.2左右。氣動(dòng)效率最高的形狀是水滴，它的阻力系數(shù)只有0.05。不過(guò)，我們不可能制造出一輛水滴形狀的轎車。一輛典型的轎車的阻力系數(shù)大致為0.30。阻力的大小是與阻力系數(shù)(也叫牽引系數(shù)、風(fēng)阻系數(shù))、正面接觸面積和車速的平方成比例的。你會(huì)發(fā)現(xiàn)一輛時(shí)速120英里的轎車所遇到的阻力是一輛時(shí)速60英里的轎車的四倍。你還可以發(fā)現(xiàn)阻力對(duì)于最高時(shí)速的影響。