第五章(二)貨車的氣動(dòng)造型

1、52 貨車的氣動(dòng)造型 貨車空氣動(dòng)力學(xué)的重要性：a、 貨車的設(shè)計(jì)趨勢(shì) 船式貨箱廂式貨箱轉(zhuǎn)化， 本講義以廂式貨車為主進(jìn)行討論。b、由于該車型迎風(fēng)面積大、阻力大，在正常的速度區(qū)間內(nèi) 3661的發(fā)動(dòng)機(jī)功率為空氣動(dòng)力所消耗。若氣動(dòng)阻力下降1而獲得的節(jié)油量是小轎車的十幾倍。貨車空氣動(dòng)力學(xué)愈發(fā)受到人們的重視。 一、貨車周圍的流譜和壓強(qiáng)分布 1、 流譜 研究流譜的意義：關(guān)心的問題主要是阻力問題。 摩擦阻力 阻力 壓差阻力主要部分 誘導(dǎo)阻力 要研究阻力必須熟悉表面的流動(dòng)情況。 a 、頭部：氣流受到阻滯或滯止，流速下降壓強(qiáng)升高。故在頭部存在一個(gè)較高壓強(qiáng)的正壓區(qū)，是壓差阻力的主要來源。 b、 頂部氣流：在駕駛室頂緣

2、分離后又附著，在駕駛室頂部向后流動(dòng)直接沖擊廂體高出駕駛室的部分，形成較高壓強(qiáng)的正壓區(qū)，由于該區(qū)域產(chǎn)生渦流，正壓區(qū)借助旋渦而擴(kuò)大；另一方面，在這一高壓作用下部分氣流沿間隙向下流動(dòng)，在廂體下部側(cè)緣向兩側(cè)分流，加劇側(cè)緣處的分離；在頂緣形成較大的氣流分離區(qū)，形成負(fù)壓，影響穩(wěn)定性。氣流在分離區(qū)之后附著向后流動(dòng)進(jìn)入尾流。 c 、底部氣流：類似于轎車底部的流動(dòng)，由于離地間隙大，進(jìn)入底部的氣流量相對(duì)增多，加之底部粗糙，阻力大P和側(cè)面VP,故側(cè)面下部向上翻卷的螺旋流較強(qiáng)。 d、 側(cè)面氣流：側(cè)面氣流：對(duì)于具有較大曲率的前面板和較大半徑圓弧側(cè)緣的駕駛室，由正面向側(cè)面折轉(zhuǎn)的氣流平順，不分離地沿側(cè)面流動(dòng)，對(duì)于前面板曲率

3、較小、側(cè)緣又是棱角的駕駛室，將在側(cè)緣產(chǎn)生氣流分離，產(chǎn)生氣流分離區(qū)，流過這個(gè)區(qū)域后又附著在駕駛室的側(cè)面向后流動(dòng)，在駕駛室后緣分離，加之廂體側(cè)緣的影響和間隙處的下行氣流，廂體側(cè)緣將誘發(fā)較大的氣流分離區(qū)，又加之底部的上卷旋渦，將在側(cè)面形成較強(qiáng)的螺旋流，對(duì)于某些車型這個(gè)螺旋流將發(fā)展到廂體頂部，如圖58所示，這種螺旋流將使增大，同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性構(gòu)成較大的影響。 e 、尾流：尾流由側(cè)面螺旋流上卷旋渦下卷旋渦構(gòu)成，是一個(gè)復(fù)雜的渦系，使氣流能耗加大，加之氣流由前到后的不可逆損失，后部將呈現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)壓。是壓差阻力的重要來源。 2、壓強(qiáng)分布 如圖510所示 前部正壓區(qū)壓差阻力 頂部負(fù)壓阻力、穩(wěn)定性 后部負(fù)壓 壓差阻力

4、3、旋渦對(duì)氣動(dòng)性能的影響： a、 消耗能量 生成、脫落、旋轉(zhuǎn)均消耗能量，這些能 量消耗均體現(xiàn)為汽車前進(jìn)的阻力，故旋渦可使增 加。 b、 污染：旋渦的旋轉(zhuǎn)將其所攜帶的塵土拋灑在汽車表 面形成對(duì)汽車表面的污染，影響駕乘人員的視線。 c、 氣動(dòng)噪聲：旋渦在某些部位的生成和脫落將使該部 位的壓強(qiáng)交替變化，使之產(chǎn)生高頻振動(dòng)，產(chǎn)生不同 頻率的氣動(dòng)噪聲。 d、 某些部位的旋渦區(qū)可使車體產(chǎn)生屏蔽作用，如后述 的廂式貨車駕駛室頂部的氣流分離區(qū)即有這種功能，雖然旋渦本身要消耗能量，但收益大于消耗，凈收益可使氣動(dòng)阻力下降。 4、切向力系數(shù)：如圖511所示 其大小和 有關(guān)。由CT的定義0時(shí)即圖512是幾種車型的CT

5、曲線，由圖知隨車輛外形的增大 隨 的增量增大。 CTV AT122CCTX0CCTX二、貨車外形對(duì)氣動(dòng)力的影響 廂式貨車的外形是大同小異的 同均由廂體和駕駛室構(gòu)成。 異造型上的細(xì)微差異和尺寸的不同，從而區(qū)分出氣動(dòng)性能的優(yōu)劣，如何處理車型的細(xì)微之處，是造型人員施展才能的所在，該部分分為車體基本外形和附加裝置進(jìn)行討論。該部分為要討論的第一部分。 1、 不同形狀駕駛室的氣動(dòng)特性 a、廂型駕駛室 各前緣均是棱角或較小半徑的圓弧過渡，因此均有分離，分離區(qū)對(duì)廂體起著屏蔽作用，避免氣流直接沖擊廂體，從而避免了廂體上的正壓區(qū)，單從駕駛室的形狀看，氣動(dòng)特性不如流線型的駕駛室，但由于屏蔽作用，使整車的氣動(dòng)特性優(yōu)于

6、流線型駕駛室的廂式貨車。 b、流線型的駕駛室 無(wú)分離區(qū)或分離區(qū)較小，氣流在分離區(qū)后附著，沿壁面高速流動(dòng)，直接沖擊廂體高出駕駛室的部位，在側(cè)面則沖擊寬出駕駛室的部位，使,這種駕駛室自身的氣動(dòng)特性優(yōu)于廂型駕駛室，整體性能有時(shí)不如廂型駕駛室的氣動(dòng)性能。如圖513所示。（一）駕駛室的形狀有上述知，駕駛室的設(shè)計(jì)應(yīng)和廂體的設(shè)計(jì)綜合考慮，才能獲得好的效果。 2、不同形狀駕駛室的廂式貨車在側(cè)風(fēng)情況下的氣動(dòng)特性 圖414示出了兩種（廂型和流線型）駕駛室的廂式貨車的側(cè)風(fēng)特性。 a、 整車的側(cè)風(fēng)特性 由圖414知： 減小：由于廂型駕駛室的導(dǎo)流作用，CT小于流線型駕駛室的廂式貨車。 增大：上述導(dǎo)流罩作用破壞，而駕駛室

7、的氣動(dòng)性能又明顯不如流線型駕駛室，隨著增大， CT增加較快，而流線型車增加較慢，但流線型車隨著增大，直接沖擊廂體的氣流量減小，故隨著增大， CT增加較慢。 b、 駕駛室的側(cè)風(fēng)特性 、從兩種駕駛室的總體情況看，流線型明顯低于廂型駕駛室的廂式貨車。 、當(dāng)增大時(shí)，廂型駕駛室頭部的迎風(fēng)面積向小于90度的方向發(fā)展，棱角起著導(dǎo)流作用， CT隨著增大而有所減小。而流線型原來頭部的正壓區(qū)就不大，當(dāng) 0時(shí)處于最佳狀態(tài)，但隨著增大這種狀態(tài)被破壞，故CT增大。 c、 廂體的側(cè)風(fēng)特性 、從整體上看，流線型對(duì)應(yīng)的廂體CT明顯大于廂型駕駛室對(duì)應(yīng)的廂體，因?yàn)榱骶€型駕駛室不產(chǎn)生分離所帶來的屏蔽作用。 、 增大時(shí)，流線型駕駛室

8、對(duì)應(yīng)的廂體CT變化不明顯，而廂式駕駛室的廂體隨增大上述的導(dǎo)流效果減弱，故CT明顯增大。 （二）貨廂的高度對(duì)氣動(dòng)力的影響 由上述知，駕駛室的氣動(dòng)特性對(duì)整車的影響較大，故分析廂體高度對(duì)的影響，必須區(qū)分駕駛室的情況。 A型 ： 由于存在分離區(qū)的導(dǎo)流作用，使氣流上拋，當(dāng)H較小時(shí)拋射角相對(duì)較高，在廂體前緣仍不能附著，所以阻力較大；當(dāng)H逐漸增大時(shí)，導(dǎo)流作用得以發(fā)揮，故H增大阻力下降，達(dá)到某一數(shù)值時(shí)阻力最小，這時(shí)氣流匹配得當(dāng)，當(dāng)H進(jìn)一步增加時(shí)，破壞了這種最佳匹配，氣流折射不足，仍有部分氣流沖擊廂體，故H越大，阻力越大。B型：駕駛室作了園化處理，駕駛室上的氣流不分離或者分離區(qū)較小，故H增大，沖擊作用增強(qiáng)，阻力

9、增大，且H愈大阻力增加愈快。 2、 形狀基本不同的駕駛室 A普通型 B流線型 C方型 分析：由圖知，當(dāng)h0時(shí)，駕駛室的阻力在總阻力中占很大的比例，此時(shí)，流線型的最小，當(dāng)h增大時(shí)，變化同上述分析。對(duì)于普通型和方型，當(dāng)h由0開始增大時(shí)，導(dǎo)流罩的作用使下降，達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，阻力最小，普通型0.6m，當(dāng)h進(jìn)一步增大時(shí)阻力上升。 結(jié)論：不同駕駛室對(duì)應(yīng)不同的Cxh曲線，對(duì)于流線型的駕駛室最好不要增加h，對(duì)于方型和普通型，在一定范圍內(nèi)增加h可以使阻力下降，但有一最佳值。 （三）駕駛室和貨廂之間的間隙對(duì)氣動(dòng)力的影響為什么留間隙：發(fā)動(dòng)機(jī)維修、轉(zhuǎn)向等原因1、 間隙處的流動(dòng)特性當(dāng)間隙增大時(shí)，由駕駛室頂部流過來的氣流

10、向下偏斜，使廂體上部的沖擊區(qū)增大，正壓區(qū)增大，同時(shí)氣流向下流動(dòng)的趨勢(shì)增強(qiáng)，從而干擾側(cè)面的氣流，雖然駕駛室后部的渦流增強(qiáng)，其壓差阻力有所增大，但不是主導(dǎo)因素，如圖518a所示，當(dāng)時(shí)，駕駛室、底座的阻力變化很小，而廂體的阻力隨S的增大有較快的增大，原因如上所述。圖518b示出了駕駛室、底座、和廂體三者的氣動(dòng)阻力系數(shù)隨的變化關(guān)系，由圖知駕駛室和廂體阻力隨的增大而明顯增大，而底座的變化不明顯。 2、 三種不同間隙值的貨車的氣動(dòng)性能 A、 間隙小0時(shí)， Cxmin , 增大時(shí)CT增量小。 B、 間隙較A大， 0時(shí)，Cx增大， 增大時(shí)CT增 加較快。 C、 間隙最大 0時(shí)， Cx最大， 增大時(shí)CT增加 較

11、快。原因如前述。 3、 開式貨廂貨位的影響 當(dāng)開式貨廂有高于駕駛室的貨物時(shí)，也產(chǎn)生前述整體式貨廂的流動(dòng)特性，圖520是當(dāng)貨物在不同的貨位時(shí)的氣動(dòng)性能. 4、 廂體前緣園化 某種車型當(dāng)廂體前上緣采用園角時(shí)，半徑取一定的數(shù)值時(shí)，氣動(dòng)阻力系數(shù)可下降8，原因：利于氣流向上折轉(zhuǎn)，疏導(dǎo)前部正壓區(qū)內(nèi)的氣流，使正壓區(qū)減小，同時(shí)上部的氣流分離區(qū)減小，故氣動(dòng)阻力系數(shù)減小。 以上討論了駕駛室的形狀、廂體高度和間隙等對(duì)氣動(dòng)阻力特性的影響，所獲得的數(shù)據(jù)都是對(duì)于一定的車型而言的，僅供參考，不宜照搬，需根據(jù)風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)確定有關(guān)數(shù)據(jù)。 三、貨車的氣動(dòng)附加裝置對(duì)氣動(dòng)力的影響 對(duì)于貨車的基本形狀進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可以獲得好的氣動(dòng)力性能，

12、但是由于車型結(jié)構(gòu)上的原因，將不可避免地產(chǎn)生不利于改善氣動(dòng)力性能的流動(dòng)機(jī)制，這時(shí)僅靠對(duì)基本形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)已不能帶來好的效果，或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)可在某些部位加設(shè)一定的氣動(dòng)附加裝置，可獲得好的效果，從而使氣動(dòng)力性能更加改善，圖521為某車型安裝的氣動(dòng)附加裝置示意圖。 （一）導(dǎo)流罩 1、 改善氣動(dòng)特性的機(jī)理 廂體前部是一正壓區(qū)，并誘發(fā)側(cè)緣和頂緣的分離，從而使氣動(dòng)阻力系數(shù)和氣動(dòng)升力系數(shù)增大，若在駕駛室上部安裝導(dǎo)流罩，可造成下述流動(dòng)機(jī)制，改善氣動(dòng)性能： a、 靠導(dǎo)流罩自身的形狀疏導(dǎo)氣流向后流動(dòng)避免對(duì)廂體的沖擊，避免正壓區(qū)和分離區(qū)的產(chǎn)生。 b、 靠導(dǎo)流罩制造的旋渦區(qū)起屏蔽作用，產(chǎn)生同a的同樣功效。 圖2

13、2和圖523為某種車型安裝導(dǎo)流罩后的流譜和壓強(qiáng)分布情況。 2、 導(dǎo)流罩的形式 A型 靠自身的形狀疏導(dǎo)氣流，根據(jù)功能的不同又派生出C、D兩種。 C型 只對(duì)流向頂部的氣流起導(dǎo)向作用。 D型 同時(shí)對(duì)流向頂部和側(cè)面的氣流起導(dǎo)向作用，有側(cè)風(fēng)時(shí)效果較好，可減小30。 如國(guó)產(chǎn)STEYR35型車安裝C、D兩種形式的導(dǎo)流罩在無(wú)側(cè)風(fēng)的情況下，1：10模型的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果減小22和18。 B型 導(dǎo)流罩為直立于駕駛室頂部的板狀物體，在駕駛室頂部制造一個(gè)可利用的氣流分離區(qū)，對(duì)廂體起屏蔽作用，其設(shè)計(jì)參數(shù)需在風(fēng)洞中試驗(yàn)確定。一般阻力減小15。 3、 導(dǎo)流罩的安裝參數(shù)對(duì)氣動(dòng)性能的影響1） 以平板式為例 如圖525所示a、 角度

14、改變時(shí)將改變氣流的向上拋射角度。b 、 x/l的改變也將改變氣流和廂體之間的相對(duì)位置，從而也將改變氣流的匹配狀態(tài)，Cx也將改變，在幾個(gè)角度之下，x/l0.3時(shí)，x/l 相對(duì)較小，角度和x/l兩者決定著最佳匹配狀態(tài)的產(chǎn)生，其流譜如圖526所示：A上拋過高增壓區(qū)消除，但分離區(qū)較大； B匹配最好，正壓區(qū)消除不分離； C低拋存在增壓區(qū)，上部有分離。圖527是STYER導(dǎo)流罩后緣的安裝高度和的關(guān)系，由圖知當(dāng)h/H=0.2時(shí)即流譜對(duì)應(yīng)B的情況。當(dāng)有側(cè)風(fēng)時(shí)氣流的匹配變的不那么重要，由圖528可知，在某一角下改變，變化較小。 2）其他形式的導(dǎo)流罩也存在同樣的問題即x/l和等參數(shù)的變化將改變 。 3）高頂駕駛室

15、 這種設(shè)計(jì)將駕駛室頂部設(shè)計(jì)成導(dǎo)流罩的形狀，不僅阻力減小，而有效地增大了有效內(nèi)部空間，改善駕乘人員的舒適性，如圖529所示。 （二）側(cè)風(fēng)裝置 導(dǎo)流罩可有效的改善0時(shí)的氣動(dòng)特性，為改善有側(cè)風(fēng)時(shí)的氣動(dòng)特性，往往采用以下幾種氣動(dòng)附加裝置： 1、 駕駛室和廂體之間的密封板 原理：當(dāng)有角時(shí)氣流橫穿間隙，迎風(fēng)面積增大，尾渦區(qū)增大，阻力增大，當(dāng)安裝密封板時(shí)，可以防止氣流橫穿，改善氣動(dòng)特性。圖530示出了其結(jié)果，由圖知5150 范圍內(nèi)最大，收益可達(dá)15。 2、 側(cè)裙 機(jī)理：當(dāng)0時(shí)氣流橫穿底部，沖刷底部的粗糙物和粗糙表面，破壞了0時(shí)的最小阻力流譜，阻力增大，當(dāng)汽車側(cè)面底部安裝側(cè)裙時(shí)，可以防止氣流橫穿，改善氣動(dòng)特性

16、。由圖531知50時(shí)，增大Cx迅速增大；在200時(shí)均有效果。另外還有其他優(yōu)點(diǎn)，防止泥水飛濺、人或小汽車鉆入汽車底部。 3、 廂前體渦流穩(wěn)定器 原理：形狀廂前體的板狀物體，如圖532 當(dāng)0時(shí)破壞廂體上的大結(jié)構(gòu)旋渦，使之強(qiáng)度下降，不易影響下面的負(fù)壓區(qū)，從而減小正壓區(qū)； 另一方面可使駕駛室后部的旋渦破碎靜壓回升，使駕駛室的壓差阻力減小，再者可部分地防止氣流橫穿間隙，從而使氣動(dòng)性能改善。圖532示出了渦流穩(wěn)定器對(duì)切向力系數(shù)的影響。A-無(wú) B-有 C渦流穩(wěn)定器+側(cè)裙由圖知在10的范圍內(nèi)減阻作用明顯。 (三)廂前體整流罩對(duì)氣動(dòng)力的影響 構(gòu)造：設(shè)置在廂前體的具有整流效果的構(gòu)造物。 1、 原理：靠構(gòu)造物的形狀

17、疏導(dǎo)氣流，使氣流向各面分流，避免了正面的正壓區(qū)和各緣的分離，從而阻力下降。 和導(dǎo)流罩的區(qū)別：導(dǎo)流罩靠自身的形狀疏導(dǎo)氣流，或者靠制造的旋渦區(qū)屏蔽廂體的迎風(fēng)面，達(dá)到減小氣動(dòng)阻力的目的，導(dǎo)流罩自身要產(chǎn)生附加阻力，使其作用有所削弱，而整流罩在廂體上無(wú)附加阻力，故一般效果好于導(dǎo)流罩，但可能犧牲間隙的功能。 2、 形狀不同效果不同，如圖5-33所示，三種差別較大。 3、 駕駛室的形狀不同效果也不同如圖5-34所示： A、 不同駕駛室安裝整流罩后效果不同。 B 、同樣情況整流罩的效果好于導(dǎo)流罩。 (四)減小壓差阻力的氣流導(dǎo)管 1、 構(gòu)造：如圖5-35所示，一個(gè)貫穿于整個(gè)廂體的管路，后部伸入尾渦區(qū)，打碎尾渦區(qū)

18、的旋渦，前部突出于廂體前緣或與前緣平齊。 2、 原理：在廂體前引入高能氣流，射入尾渦區(qū)，打碎旋渦，減小旋渦的能量消耗自身速度降低壓強(qiáng)回升，從而使壓差阻力減小。 3、 例子1：25的模型，兩種安裝方案 A、前端伸出 減小47% B、 前端平齊 7% 差異的原因：伸出的離開廂體，進(jìn)入的氣流速度高，平齊的受廂體的影響，氣流速度低，能量小，效果也小。 缺點(diǎn)：側(cè)風(fēng)時(shí)效果不好。 (五)前部擾流器 原理同轎車 例子：EQ140-I型安裝擾流器后阻力減小4.7% CA141(解放)減小 8% 最佳效果9%(六)后部渦流穩(wěn)定器 原理： 破碎后部的旋渦，減小能量損失使靜壓回升，阻力可減小9%。 （七） 后部擋板擬制上卷旋渦，提高進(jìn)入尾渦氣流的能量（八）后部擾流器（八）后部擾流器( (九九) )底部填充護(hù)板底部填充護(hù)板原理：避