汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)

1、 第二章：汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué) 空氣流動(dòng)情況 汽車(chē)在行駛過(guò)程中和周?chē)目諝猱a(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，為分析方便，在車(chē)速不高的情況下可以認(rèn)為汽車(chē)周?chē)目諝獠皇軌嚎s，氣流密度不受影響， 除接近汽車(chē)車(chē)身的一層很薄的空氣層外，氣流沒(méi)有粘滯性，下圖表示圓柱體物體周?chē)目諝饬鲃?dòng)情況。 空氣流動(dòng)情況n我們可以把物體周?chē)醋骼硐肟諝饬鲌?chǎng)，在流場(chǎng)里密布著流管，空氣沿著流管運(yùn)動(dòng)物體截面形狀的變化，流管沿著空氣截面的位置大小相應(yīng)變化，截面小的地方空氣流速高，截面大的地方流速低。對(duì)于汽車(chē)而言，在空氣在和車(chē)頭接觸的部分狹小空間里形成一個(gè)滯點(diǎn)區(qū)域，在這個(gè)下區(qū)域內(nèi)，空氣相對(duì)汽車(chē)速度為零，隨后，空氣沿著車(chē)身表面流動(dòng)，對(duì)于小轎車(chē)而言，其可

2、流動(dòng)是一個(gè)加速的過(guò)程，在汽車(chē)截面最大處達(dá)到最大。 空氣流動(dòng)情況n空氣流動(dòng)車(chē)身的表面壓力也產(chǎn)生變化，風(fēng)洞試驗(yàn)得出：10qqpppppqpp 常數(shù)22pv 常數(shù)22112222pvpv常數(shù)或空氣分離現(xiàn)象氣流分離現(xiàn)象汽車(chē)表面渦流形成示意圖汽車(chē)行駛中可以采用使氣流加速來(lái)降低蝸旋和氣流分離現(xiàn)象危害，方法有1：后置發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣使氣流加速，2：借內(nèi)通風(fēng)出口驅(qū)動(dòng)氣流， 3：局部突起使氣流加速，4：借導(dǎo)翼使氣流加速氣動(dòng)力和力矩氣動(dòng)力和力矩空氣阻力n作用在車(chē)身上的氣動(dòng)阻力有五部分組成，形狀阻力，誘導(dǎo)阻力，干擾阻力，內(nèi)部阻力，摩擦阻力。形狀阻力時(shí)車(chē)身前后氣流的壓力差造成的，需要采取合理的斷面來(lái)降低形狀阻力。干擾阻力

3、造成因素是由于車(chē)身表面的不平滑，有凸起件 ，誘導(dǎo)阻力是升力造成，事實(shí)上，升力并不和水平成90度，水平方向的分量就形成誘導(dǎo)阻力，車(chē)身越寬，可以降低誘導(dǎo)阻力，摩擦阻力是空氣表面和車(chē)身表面以及空氣層之間的摩擦力而引起的，內(nèi)部阻力由車(chē)身的冷卻和通風(fēng)系統(tǒng)引起的。 最氣動(dòng)阻力影響最大的是形狀阻力。也是我們首要關(guān)注的問(wèn)題。 空氣形狀阻力誘導(dǎo)阻力氣動(dòng)升力L和縱傾力矩PMn汽車(chē)在行使時(shí)候，下上表面形成的壓力差產(chǎn)生升力，考慮到汽車(chē)安全因素，在一些車(chē)輛設(shè)計(jì)中，升力的應(yīng)該放在首要地位。影響升力的因素有地板弧度傾斜度，前后風(fēng)窗的斜度，車(chē)身各部分的分配比例等。n影響因素：（1）車(chē)前端的布置對(duì)氣動(dòng)升力影響很大，前端位置高，

4、在車(chē)底越易產(chǎn)生渦流，升力也越大，正確確定車(chē)前端的位置，要綜合考慮風(fēng)窗曲率傾角，整車(chē)底盤(pán)高度等。（2）車(chē)的縱向輪廓，如平頭，長(zhǎng)頭等形狀布置對(duì)升力影響也很大，一般將車(chē)頭設(shè)計(jì)成低矮狀，減小迎角可以降低升力，（3）附加尾翼對(duì)氣動(dòng)升力也有影響。 氣動(dòng)升力L和縱傾力矩PM車(chē)頭布置對(duì)氣動(dòng)性能的影響汽車(chē)氣動(dòng)側(cè)向力S、橫擺力矩YM和側(cè)擺力矩RMn形成原因：車(chē)的行駛方面和車(chē)身成一定角度，其影響汽車(chē)左右負(fù)荷，影響汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑等，進(jìn)而汽車(chē)在高速環(huán)境下的操縱穩(wěn)定性。 0dYMd0dYMd不穩(wěn)定穩(wěn)定XZY風(fēng)合力汽車(chē)行駛方向O車(chē)質(zhì)心力臂汽車(chē)側(cè)面形狀和表面光潔度好的汽車(chē)具有較好的氣動(dòng)性能，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)使氣壓中心接近側(cè)傾軸

5、線氣流的物理特性n知識(shí)點(diǎn)：n（1）空氣的粘滯性n（2）在相對(duì)很薄的邊界層內(nèi)，氣流呈梯度變化明顯n（3）梯度變化很大的地方產(chǎn)生渦流使汽車(chē)氣動(dòng)阻力增加氣流物理特征汽車(chē)表面邊界層汽車(chē)表面的邊界層汽車(chē)前端對(duì)氣動(dòng)特性的影響n（1）氣流在車(chē)窗玻璃處，由于氣流急劇變化而形成其氣流分離現(xiàn)象，在分離區(qū)，產(chǎn)生渦旋。 （2）渦旋在前車(chē)窗玻璃表面向兩側(cè)流動(dòng)，并合成新的氣流。 （3）影響車(chē)前部流動(dòng)的因素有，保險(xiǎn)杠，風(fēng)窗玻璃件，翼子板，發(fā)動(dòng)機(jī)箱蓋等。 （4）設(shè)計(jì)中應(yīng)使氣流分離線靠近氣流再生成附著線， 減小風(fēng)窗夾角。 （5）使氣流盡量向車(chē)頂方向流動(dòng)，防止氣流兩側(cè)流動(dòng)而產(chǎn)生橫力和干擾噪聲。 （6）應(yīng)將車(chē)身A柱設(shè)計(jì)成光滑的圓弧

6、狀 汽車(chē)前部和氣流特性nx的相對(duì)值越小，即S點(diǎn)越靠前，會(huì)造成氣流分離過(guò)早。R點(diǎn)越靠前，可以使附著線靠近分離線效果較好。減小r可以達(dá)到要求，但當(dāng)r減小到30度以后效果不明顯cSxx1drR車(chē)頂對(duì)氣動(dòng)特性的影響rlra為使氣流平順的通過(guò)車(chē)頂，可將車(chē)頂設(shè)計(jì)成弧狀，但也使車(chē)的投影面積變大，將車(chē)尾上翹使其表面空氣不易和車(chē)底部氣流混合而產(chǎn)生渦流，減小氣動(dòng)阻力，同時(shí)上翹的形狀可以減小氣動(dòng)升力。汽車(chē)側(cè)面外形對(duì)氣動(dòng)特性的影響n（1）一般來(lái)說(shuō)汽車(chē)上方的流速高于汽車(chē)底部，壓力較底部低，所以汽車(chē)底部部分氣流會(huì)向上流動(dòng)后在沿車(chē)身兩側(cè)流動(dòng)。 （2）底部向上流動(dòng)一部分氣流的由于周?chē)鷼饬飨嗷プ饔眯纬蓽u流，和前窗玻璃形成的渦流

7、在汽車(chē)開(kāi)始側(cè)面合成，在汽車(chē)尾部形成一股渦流。 （3）和車(chē)頂設(shè)計(jì)一樣，車(chē)身的側(cè)面可以設(shè)計(jì)成外鼓帶弧狀的結(jié)構(gòu)側(cè)面形狀對(duì)氣動(dòng)特性的影響n轎車(chē)側(cè)面渦流圖車(chē)身底部對(duì)氣動(dòng)特性的影響n（1）汽車(chē)底部表面氣流和地面的氣流相互作用，形成氣流邊界層。 （2）在氣流向車(chē)身后部流動(dòng)，氣流淤積量便大，變成層變厚。 （3）渦流在車(chē)前端就已經(jīng)開(kāi)始形成，在車(chē)身表面不平處渦旋加強(qiáng)。 （4）汽車(chē)離地不高時(shí)，氣流邊界層可能由車(chē)底表面延伸到地面，我們把車(chē)身前部到汽車(chē)對(duì)應(yīng)邊界層延伸到地面的水平距離稱(chēng)為混合距離。 （5）減小底部流入氣流量，設(shè)計(jì)可以增加擋風(fēng)板。合理車(chē)身離地間隙等；使底部空氣流動(dòng)順暢，設(shè)計(jì)時(shí)平順底部曲面，設(shè)計(jì)成下鼓的曲面形

8、狀。車(chē)身后背對(duì)氣動(dòng)特性的影響n（1）汽車(chē)車(chē)身向下傾斜，氣流流管界面變小，流速減低。前后表面氣壓形成壓差阻力。 （2）補(bǔ)充：方背式汽車(chē)，尾部會(huì)在汽車(chē)高速行駛時(shí)形成較大區(qū)域的真空區(qū)， 這個(gè)真空區(qū)將對(duì)汽車(chē)有吸力作用。 （3）按后背傾角和氣動(dòng)阻力的關(guān)系將車(chē)分為三類(lèi)：直背式、艙背式和方背式 （4）后背傾角30度為臨界角，阻力在此點(diǎn)達(dá)到最大，超過(guò)30度左右，其阻力急劇減小，通常在20度作用增加角度會(huì)使阻力急劇增加。 （5）后背傾角影響升力汽車(chē)后背對(duì)氣動(dòng)特性的影響900/( )直背式艙背式方背式30CD汽車(chē)內(nèi)部氣流對(duì)氣動(dòng)特性的影響n（1）汽車(chē)內(nèi)部氣流有冷卻氣流和通風(fēng)氣流兩部分，冷卻氣在冷凝系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)對(duì)汽車(chē)造

9、成影響，排出后和外界氣流相互作用也會(huì)對(duì)汽車(chē)形成阻力。 （2）汽車(chē)內(nèi)部阻力和內(nèi)部氣流的流動(dòng)相關(guān)，車(chē)身通風(fēng)出口的位置，和通風(fēng)量等都影響汽車(chē)氣流的內(nèi)部阻力。 （3）一般將冷卻氣流從發(fā)動(dòng)機(jī)室下方排出。出風(fēng)口設(shè)在后柱旁汽車(chē)的氣動(dòng)力性能對(duì)汽車(chē)性能的影響n（1）最大車(chē)速的影響n（2）加速度的影響n（3）燃油經(jīng)濟(jì)性能的影響n（4）操縱穩(wěn)定性能的影響 氣動(dòng)升力和俯仰力矩對(duì)穩(wěn)定性影響 側(cè)向力和合橫擺力矩對(duì)穩(wěn)定性影響 橫向力和責(zé)側(cè)傾力矩對(duì)穩(wěn)定性影響改善轎車(chē)措施氣動(dòng)性能的措施（1）車(chē)頂設(shè)計(jì)（2）車(chē)頭前端設(shè)計(jì)（3）車(chē)尾設(shè)計(jì)（4）側(cè)面設(shè)計(jì)（5）前后風(fēng)窗和側(cè)面風(fēng)窗設(shè)計(jì)（6）離地高度、車(chē)底部設(shè)計(jì)（7）冷卻氣流進(jìn)出風(fēng)口、通風(fēng)設(shè)計(jì)（8）凸出件