汽車空氣動(dòng)力學(xué)

1、 第二章：汽車空氣動(dòng)力學(xué) 空氣流動(dòng)情況 汽車在行駛過程中和周圍的空氣產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，為分析方便，在車速不高的情況下可以認(rèn)為汽車周圍的空氣不受壓縮，氣流密度不受影響， 除接近汽車車身的一層很薄的空氣層外，氣流沒有粘滯性，下圖表示圓柱體物體周圍的空氣流動(dòng)情況。 空氣流動(dòng)情況n我們可以把物體周圍看作理想空氣流場，在流場里密布著流管，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。對于汽車而言，在空氣在和車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)，空氣相對汽車速度為零，隨后，空氣沿著車身表面流動(dòng)，對于小轎車而言，其可

2、流動(dòng)是一個(gè)加速的過程，在汽車截面最大處達(dá)到最大。 空氣流動(dòng)情況n空氣流動(dòng)車身的表面壓力也產(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)象汽車表面渦流形成示意圖汽車行駛中可以采用使氣流加速來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)車身前后氣流的壓力差造成的，需要采取合理的斷面來降低形狀阻力。干擾阻力

3、造成因素是由于車身表面的不平滑，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，車身越寬，可以降低誘導(dǎo)阻力，摩擦阻力是空氣表面和車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，考慮到汽車安全因素，在一些車輛設(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，車身各部分的分配比例等。n影響因素：（1）車前端的布置對氣動(dòng)升力影響很大，前端位置高，

4、在車底越易產(chǎn)生渦流，升力也越大，正確確定車前端的位置，要綜合考慮風(fēng)窗曲率傾角，整車底盤高度等。（2）車的縱向輪廓，如平頭，長頭等形狀布置對升力影響也很大，一般將車頭設(shè)計(jì)成低矮狀，減小迎角可以降低升力，（3）附加尾翼對氣動(dòng)升力也有影響。 氣動(dòng)升力L和縱傾力矩PM車頭布置對氣動(dòng)性能的影響汽車氣動(dòng)側(cè)向力S、橫擺力矩YM和側(cè)擺力矩RMn形成原因：車的行駛方面和車身成一定角度，其影響汽車左右負(fù)荷，影響汽車的轉(zhuǎn)向半徑等，進(jìn)而汽車在高速環(huán)境下的操縱穩(wěn)定性。 0dYMd0dYMd不穩(wěn)定穩(wěn)定XZY風(fēng)合力汽車行駛方向O車質(zhì)心力臂汽車側(cè)面形狀和表面光潔度好的汽車具有較好的氣動(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知識點(diǎn)：n（1）空氣的粘滯性n（2）在相對很薄的邊界層內(nèi)，氣流呈梯度變化明顯n（3）梯度變化很大的地方產(chǎn)生渦流使汽車氣動(dòng)阻力增加氣流物理特征汽車表面邊界層汽車表面的邊界層汽車前端對氣動(dòng)特性的影響n（1）氣流在車窗玻璃處，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）渦旋在前車窗玻璃表面向兩側(cè)流動(dòng)，并合成新的氣流。 （3）影響車前部流動(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)將車身A柱設(shè)計(jì)成光滑的圓弧

6、狀 汽車前部和氣流特性nx的相對值越小，即S點(diǎn)越靠前，會(huì)造成氣流分離過早。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車頂對氣動(dòng)特性的影響rlra為使氣流平順的通過車頂，可將車頂設(shè)計(jì)成弧狀，但也使車的投影面積變大，將車尾上翹使其表面空氣不易和車底部氣流混合而產(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。汽車側(cè)面外形對氣動(dòng)特性的影響n（1）一般來說汽車上方的流速高于汽車底部，壓力較底部低，所以汽車底部部分氣流會(huì)向上流動(dòng)后在沿車身兩側(cè)流動(dòng)。 （2）底部向上流動(dòng)一部分氣流的由于周圍氣流相互作用形成渦流，和前窗玻璃形成的渦流

7、在汽車開始側(cè)面合成，在汽車尾部形成一股渦流。 （3）和車頂設(shè)計(jì)一樣，車身的側(cè)面可以設(shè)計(jì)成外鼓帶弧狀的結(jié)構(gòu)側(cè)面形狀對氣動(dòng)特性的影響n轎車側(cè)面渦流圖車身底部對氣動(dòng)特性的影響n（1）汽車底部表面氣流和地面的氣流相互作用，形成氣流邊界層。 （2）在氣流向車身后部流動(dòng)，氣流淤積量便大，變成層變厚。 （3）渦流在車前端就已經(jīng)開始形成，在車身表面不平處渦旋加強(qiáng)。 （4）汽車離地不高時(shí)，氣流邊界層可能由車底表面延伸到地面，我們把車身前部到汽車對應(yīng)邊界層延伸到地面的水平距離稱為混合距離。 （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。車身后背對氣動(dòng)特性的影響n（1）汽車車身向下傾斜，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，尾部會(huì)在汽車高速行駛時(shí)形成較大區(qū)域的真空區(qū)， 這個(gè)真空區(qū)將對汽車有吸力作用。 （3）按后背傾角和氣動(dòng)阻力的關(guān)系將車分為三類：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后背對氣動(dòng)特性的影響900/( )直背式艙背式方背式30CD汽車內(nèi)部氣流對氣動(dòng)特性的影響n（1）汽車內(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)對汽車造

9、成影響，排出后和外界氣流相互作用也會(huì)對汽車形成阻力。 （2）汽車內(nèi)部阻力和內(nèi)部氣流的流動(dòng)相關(guān)，車身通風(fēng)出口的位置，和通風(fēng)量等都影響汽車氣流的內(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)在后柱旁汽車的氣動(dòng)力性能對汽車性能的影響n（1）最大車速的影響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)升力和俯仰力矩對穩(wěn)定性影響 側(cè)向力和合橫擺力矩對穩(wěn)定性影響 橫向力和責(zé)側(cè)傾力矩對穩(wěn)定性影響改善轎車措施氣動(dòng)性能的措施（1）車頂設(shè)計(jì)（2）車頭前端設(shè)計(jì)（3）車尾設(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