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文檔簡介
1、會計(jì)學(xué)1汽車汽車(qch)空氣動力學(xué)空氣動力學(xué)1第一頁,共63頁。汽車空氣動力學(xué)是研究空氣流經(jīng)汽車時(shí)的流動規(guī)律(gul)及空氣與汽車相互作用的一門科學(xué)。作用在汽車上的空氣力有三種:空氣阻力、升力、側(cè)向力。作用在汽車上的力矩也有三種:縱傾力矩、側(cè)向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。第1頁/共63頁第二頁,共63頁。xzy第2頁/共63頁第三頁,共63頁。汽車空氣動力特性(txng)對汽車的影響主要有三個方面:1、汽車(qch)動力性:汽車(qch)的最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度2、汽車經(jīng)濟(jì)性氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率(gngl)、氣動阻力與燃料消耗量3、汽車操縱穩(wěn)定
2、性升力與縱傾力矩、側(cè)向力及橫擺力、側(cè)傾力矩、第3頁/共63頁第四頁,共63頁。一、汽車(qch)空氣動力特性對動力性的影響汽車的最高車速(ch s)、加速時(shí)間、最大爬坡度是評價(jià)汽車動力性的主要指標(biāo)。1、汽動阻力(zl)與最大速度汽車在水平路面上等速行使,其最大車速可表示為:最大驅(qū)動力車重滾動阻力系數(shù)氣動升力系數(shù)氣動阻力系數(shù)第4頁/共63頁第五頁,共63頁。分析:當(dāng)車重及其他因素不變,一定的最大驅(qū)動力時(shí),汽車(qch)的最大速度取決于氣動阻力系數(shù)和氣動升力系數(shù)。由于氣動升力系數(shù)涉及到汽車(qch)的穩(wěn)定性,在此不討論,可見:減小氣動阻力系數(shù)可提高最大速度。2、汽動阻力(zl)與汽車加速度發(fā)動機(jī)功
3、率(gngl)隨時(shí)間的變化率汽車傳動系效率第5頁/共63頁第六頁,共63頁。分析:當(dāng)車重及其他因素不變,一定的傳動效率時(shí),汽車的加速度取決于氣動阻力系數(shù)??梢?kjin):減小氣動阻力系數(shù)可增加汽車的加速度。當(dāng)氣動阻力增加,會使加速能力下降。若當(dāng)然,汽車的加速性能首先(shuxin)取決于發(fā)動機(jī)的加速特性。第6頁/共63頁第七頁,共63頁。二、汽車空氣(kngq)動力特性對經(jīng)濟(jì)性的影響隨著(su zhe)世界能源危機(jī),石油價(jià)格的上漲,改善汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性成為重要課題。1、汽動阻力(zl)占總阻力(zl)的比例汽車上的總阻力由氣動阻力和滾動阻力組成:氣動阻力在前后輪上的汽車重力和升力由圖可知,當(dāng)
4、車速為(6080)km/h 時(shí)氣動阻力與滾動阻力相當(dāng);當(dāng)車速為160 km/h 后,氣動阻力是滾動阻力的 23倍。第7頁/共63頁第八頁,共63頁。氣動(q dn)阻力第8頁/共63頁第九頁,共63頁。2、汽動阻力(zl)所耗功率克服氣動(q dn)阻力所需的功率來源于發(fā)動機(jī),發(fā)動機(jī)所做的功有相當(dāng)大一部分用來克服氣動(q dn)阻力。不同的車形、不同的速度所耗功率不等。耗功與速度3次方正比。第9頁/共63頁第十頁,共63頁。3、汽動阻力(zl)與燃料消耗量不同的車形、不同的速度(sd)每百公里所耗油不等。小型車用于克服氣動阻力每百公里所耗油量占總耗油量的 50左右,比例最大,故減小氣動阻力可使
5、每百公里耗油量下降。第10頁/共63頁第十一頁,共63頁。降低氣動阻力而減小油耗,提高經(jīng)濟(jì)性,可通過采用空氣 動力(dngl)學(xué)附加裝置來改善汽車的空氣動力(dngl)特性,以達(dá)到節(jié)油目的。在車身平整 的表面上,氣流以高速(o s)順利流過處,可以附加適當(dāng)?shù)牟灰?guī)則形狀,以改善整車的空氣動力特性如擋板可以用來整流,延緩氣流剝離與控制渦流的產(chǎn)生;發(fā)動機(jī)罩上的凸臺形成兩條棱線,將氣流引導(dǎo)到車門后視鏡處,從而降低 CD值。翼板的局部凸起,可使輪孔附近氣流加速流動,防止小渦流增長和流入輪孔,從而有助于降低 CD值。等等第11頁/共63頁第十二頁,共63頁。第12頁/共63頁第十三頁,共63頁。第13頁/
6、共63頁第十四頁,共63頁。第14頁/共63頁第十五頁,共63頁。第15頁/共63頁第十六頁,共63頁。三、汽車空氣(kngq)動力特性對操縱穩(wěn)定性的影響空氣流經(jīng)汽車時(shí),在車上作用有三個力和三個力矩,它們(t men)分別對汽車的操縱穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。1、升力與縱傾力矩對操縱(cozng)穩(wěn)定性的影響由于汽車車身上部和下部不對稱,導(dǎo)致氣流上下流速不等,使車身上部和下部形成壓差,從而產(chǎn)生升力及縱傾力矩。汽車前后輪上也有升力的產(chǎn)生。前輪的升力使汽車上浮,前輪失去附著力而使汽車失去控制;后輪上的升力減小了后輪負(fù)荷,使驅(qū)動力減小。汽車上產(chǎn)生的升力和縱傾力矩使轉(zhuǎn)向輪失去轉(zhuǎn)向力,驅(qū)動輪失去牽引力,
7、而且車速越高,這種影響越大。為提高車輛的直進(jìn)性和穩(wěn)定性,應(yīng)減小升力。第16頁/共63頁第十七頁,共63頁。xzy第17頁/共63頁第十八頁,共63頁。第18頁/共63頁第十九頁,共63頁。第19頁/共63頁第二十頁,共63頁。2、側(cè)向(c xin)力與橫擺力矩對操縱穩(wěn)定性的影響當(dāng)風(fēng)力正對汽車前面吹來時(shí),側(cè)向力為零;當(dāng)風(fēng)以一傾角從汽車前面吹來或風(fēng)從汽車側(cè)面吹來,就會產(chǎn)生側(cè)向力。如果側(cè)向力的作用點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)不重合,會產(chǎn)生繞z軸回轉(zhuǎn)的橫擺力矩。側(cè)向力可使汽車方向盤產(chǎn)生抖動和直線穩(wěn)定性不良的現(xiàn)象。要想減小側(cè)向力,必需改進(jìn)汽車側(cè)面的形狀,并且(bngqi)使側(cè)向力的作用點(diǎn)移向車身后方。第20頁/共63頁
8、第二十一頁,共63頁。第21頁/共63頁第二十二頁,共63頁。第22頁/共63頁第二十三頁,共63頁。3、側(cè)傾力矩對操縱(cozng)穩(wěn)定性的影響風(fēng)從汽車側(cè)面吹來,就會產(chǎn)生側(cè)向力。側(cè)向力繞x軸產(chǎn)生側(cè)傾力矩(l j),使兩邊車輪受力不等,影響了汽車轉(zhuǎn)向特性。第23頁/共63頁第二十四頁,共63頁。在不同車輛中,三種力矩(l j)所起的作用重要性不同。對高速行駛的汽車,縱傾力矩(l j)對行駛穩(wěn)定性有重要作用;對高車身的汽車,側(cè)傾力矩(l j)不可忽視;對有側(cè)風(fēng)行駛的汽車,橫擺力矩(l j)起著重要作用。作用在汽車(qch)上的所有空氣力的合力集中點(diǎn)稱為空氣動力中心,它與汽車(qch)重心并不總是
9、重合。當(dāng)二者偏離時(shí),便以此偏距為力臂而形成力矩。第24頁/共63頁第二十五頁,共63頁。汽車(qch)重心與氣動中心第25頁/共63頁第二十六頁,共63頁。四、空氣阻力與汽車(qch)基本尺寸的關(guān)系第26頁/共63頁第二十七頁,共63頁。車長與阻力(zl)的關(guān)系:車越長,阻力(zl)越小。第27頁/共63頁第二十八頁,共63頁。車寬與阻力(zl)的關(guān)系:車越寬,阻力(zl)越小。第28頁/共63頁第二十九頁,共63頁。車高與阻力(zl)的 關(guān)系:車越高,阻力(zl)越大。第29頁/共63頁第三十頁,共63頁。第30頁/共63頁第三十一頁,共63頁。汽車的發(fā)展距今已有一百多年的歷史,而把空氣動力
10、學(xué)的概念理論研究結(jié)果引入汽車設(shè)計(jì)是從上世界20年代末期才開始的。總共經(jīng)歷了四個階段:基本形狀造型、流線形化造型、細(xì)部(xb)優(yōu)化、整體優(yōu)化?;拘危浩囓嚿硗庑慰崴扑危由宪囕喓托旭傁到y(tǒng)(xtng)后,整個流場已不是單純的水滴外形,氣動阻力很大。流線形:汽車外形不再是簡單的水滴形,地面效應(yīng)已被人們認(rèn)識。首先出現(xiàn)了半車身形造型,采用罩住車輪等減阻措施,認(rèn)識到消除尾部的氣流分離及車身前部流場與后部流場的相互影響等第31頁/共63頁第三十二頁,共63頁。車身細(xì)部優(yōu)化:汽車設(shè)計(jì)首先應(yīng)服從汽車工程(gngchng)需要,即首先充分保證整體布置、安全、舒適和制造工藝的要求,并在保證造型風(fēng)格的前提下,進(jìn)
11、行外形設(shè)計(jì),然后對形體細(xì)部進(jìn)行修正,控制及防止氣流的分離發(fā)生。這樣即可使車輛外形挺拔,氣動阻力系數(shù)也小。整體優(yōu)化:這一階段從1983年開始,其方法(fngf)是采用具有極低氣動阻力系數(shù)的原形,在不改變其整體流場的條件下,使其逐步形成具有低氣動阻力的實(shí)車。在實(shí)用化車型的設(shè)計(jì)過程中,每一部都應(yīng)嚴(yán)格保證形體的光順性,使氣流不從汽車表面分離。第32頁/共63頁第三十三頁,共63頁。第33頁/共63頁第三十四頁,共63頁。第34頁/共63頁第三十五頁,共63頁。1923 年理想(lxing)流線形試驗(yàn)車第35頁/共63頁第三十六頁,共63頁。一、關(guān)于(guny)渦流的一些知識渦流是由附面層的剝離而形成,
12、當(dāng)汽車運(yùn)動時(shí),在車身(ch shn)表面會形成一薄層空氣附面層,附面層隨的車一起運(yùn)動,當(dāng)流場發(fā)生變化時(shí),附面層便被破壞而離開所依附的表面,這種現(xiàn)象稱之為剝離,附面層剝離后在車尾部形成紊亂而破碎的氣流便是漩渦。漩渦一經(jīng)形成便會增大、衰減乃至分裂,或保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)。一旦尾渦形成,便會增大氣動阻力。故一定要采取措施使剝離點(diǎn)后移達(dá)到減小阻力的目的。第36頁/共63頁第三十七頁,共63頁。第37頁/共63頁第三十八頁,共63頁。第38頁/共63頁第三十九頁,共63頁。第39頁/共63頁第四十頁,共63頁。二、關(guān)于(guny)風(fēng)洞的一些知識一臺新車設(shè)計(jì)好后,需進(jìn)行風(fēng)洞(fn dn)試驗(yàn)。風(fēng)洞(fn d
13、n)試驗(yàn)有模型風(fēng)洞(fn dn)和實(shí)車風(fēng)洞(fn dn)。最后還需進(jìn)行道路試驗(yàn)。1、汽車風(fēng)洞(fn dn)的分類與名稱(1)、全尺寸風(fēng)洞與模型風(fēng)洞為試驗(yàn)真車的風(fēng)洞叫全尺寸風(fēng)洞。為試驗(yàn)縮比模型或零部件的風(fēng)洞叫模型風(fēng)洞。(2)、空氣動力試驗(yàn)風(fēng)洞、全天候風(fēng)洞與多用風(fēng)洞不能隨意調(diào)節(jié)試驗(yàn)段氣流溫度、濕度的風(fēng)洞稱為空氣動力試驗(yàn)風(fēng)洞;一般在這種風(fēng)洞中主要進(jìn)行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。第40頁/共63頁第四十一頁,共63頁??筛淖冊囼?yàn)段氣流溫度、濕度(shd)、陽光強(qiáng)弱和其它氣候條件的風(fēng)洞稱為全天候風(fēng)洞;那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環(huán)境(hunjng)效果的風(fēng)洞稱為多用風(fēng)洞。意大利菲亞特公司(n
14、 s)多用風(fēng)洞試驗(yàn)段第41頁/共63頁第四十二頁,共63頁。意大利平寧法里那公司全尺寸(ch cun)風(fēng)洞第42頁/共63頁第四十三頁,共63頁。第43頁/共63頁第四十四頁,共63頁。第44頁/共63頁第四十五頁,共63頁。第45頁/共63頁第四十六頁,共63頁。第46頁/共63頁第四十七頁,共63頁。(3)、回流(hu li)型風(fēng)洞和直流型風(fēng)洞通過試驗(yàn)段的氣流經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)再返回試驗(yàn)段。這種風(fēng)洞(fn dn)因其能量可以回收,可使用較小功率的風(fēng)扇。而且可使氣流的溫度。濕度保持不變。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。氣流經(jīng)試驗(yàn)段后不再回來,而是排放到外界稱直流風(fēng)洞。設(shè)備(shbi)簡單,成本低,但需要較大的風(fēng)扇,
15、且空氣的溫度和濕度受外界干擾較大,難以保證不變。有抽風(fēng)式和吸風(fēng)式兩種。第47頁/共63頁第四十八頁,共63頁。第48頁/共63頁第四十九頁,共63頁。(4)、敞開噴口(pn ku)式、半敞開噴口(pn ku)式、封閉噴口(pn ku)式試驗(yàn)段被圍墻封閉,氣流與圍墻接觸的風(fēng)洞稱為(chn wi)閉式風(fēng)洞。試驗(yàn)段局部有圍墻,仍存在壁面效應(yīng)的風(fēng)洞稱為(chn wi)半敞式。試驗(yàn)段無墻壁風(fēng)洞稱開式風(fēng)洞,無壁面效應(yīng)的影響。第49頁/共63頁第五十頁,共63頁。第50頁/共63頁第五十一頁,共63頁。(5)、按試驗(yàn)段尺寸(ch cun)分類微型(wixng)低速風(fēng)洞:試驗(yàn)段尺寸幾十毫米小型(xioxng)
16、低速風(fēng)洞:試驗(yàn)段尺寸1 1.5 m中型低速風(fēng)洞:試驗(yàn)段尺寸2 4 m大型低速風(fēng)洞:試驗(yàn)段尺寸8 m以上(6)、按試驗(yàn)段出口斷面面積S和最大Vmax風(fēng)速分類A組:S1.5 6m2 Vmax=20 70 m/s 這種風(fēng)洞主要用于汽車模型的空氣的試驗(yàn)。B組:S10 22m2 Vmax=33 57 m/s這種風(fēng)洞用于小型汽車實(shí)車的空氣動力試驗(yàn)第51頁/共63頁第五十二頁,共63頁。C組:S30 38m2 Vmax= 2575 m/s 這種風(fēng)洞(fn dn)多為綜合性風(fēng)洞(fn dn)。第52頁/共63頁第五十三頁,共63頁。2、風(fēng)洞(fn dn)主要部件:1)收縮段:要求氣流沿收縮段流動時(shí),流速單調(diào)增
17、加(zngji),在洞壁上避免分離;在收縮段出口時(shí)氣流分布均勻、穩(wěn)定。2)實(shí)驗(yàn)段:氣流的溫度、壓力速度等在實(shí)驗(yàn)段各截面要均勻分布,且穩(wěn)定;氣流與風(fēng)洞軸線之間偏角要盡可能??;具有合乎(hh)實(shí)際的紊流度;裝卸模型與實(shí)驗(yàn)方便。3)擴(kuò)散段:將氣流的動能變?yōu)閴耗?,減少氣流在非實(shí)驗(yàn)段的損失。4)導(dǎo)流片:安裝在回路的拐角處,避免氣流在拐角處分離。第53頁/共63頁第五十四頁,共63頁。第54頁/共63頁第五十五頁,共63頁。5)蜂窩器與阻尼網(wǎng):蜂窩器 的作用時(shí)將大漩渦變成小漩渦并對氣流進(jìn)行導(dǎo)向。阻尼網(wǎng)是降低氣流的紊流度,安裝在收縮(shu su)段的前面6)氣流的回路,可是(ksh)擴(kuò)散形7)動力系統(tǒng):風(fēng)
18、扇、反扭導(dǎo)流片、整流罩、動力機(jī)、機(jī)械傳動(j xi chun dn)系統(tǒng)8)坐標(biāo)架:固定模型、安裝各種實(shí)驗(yàn)儀器第55頁/共63頁第五十六頁,共63頁。3、汽車風(fēng)洞試驗(yàn)主要研究(ynji)的問題:1)研究汽車空氣動力特性(txng):汽車的氣動阻力特性(txng)和操縱穩(wěn)定性;汽車上的力及力矩2)通過(tnggu)汽車表面的壓力分布與流場性能分析,研究汽車各部位的流場。3)發(fā)動機(jī)冷卻氣流的進(jìn)氣和排氣特性。4)駕駛室內(nèi)的通風(fēng)、取暖及噪聲特性第56頁/共63頁第五十七頁,共63頁。4、汽車(qch)風(fēng)洞試驗(yàn)測量儀器:1)氣動力天平:有單分力天平、三分力天平、六分力天平。按其工作原理(yunl)分為機(jī)械式天平和電阻應(yīng)變式天平。第57頁/共63頁第五十八頁,共63頁。2)壓強(qiáng)測量(cling)議:需測量(cling)
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