4轿车造型与空气动力学

1、主讲人：秦 臻汽车造型概论第四章 轿车造型与空气动力学一、空气动力学的基本概念空气阻力:众所周知，车速越快阻力越大，空气阻力与汽车速度的平方成正比。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。第四章 轿车造型与空气动力学一、空气动力学的基本概念一、空气动力学的基本概念 一般的箱式车，车速在每小时30公里以下时，消耗在路面阻力上的功率大于克服风阻所消耗的功率。而在这个速度以上，消耗在风阻上的功率就急剧增加。到了每小时70公里左右的速度，克服风阻所需要的功率就会超过路面阻力。如果速度超过每小时100公里，绝大部分的功率就消耗在克服风阻上了。 第四章 轿车造型

2、与空气动力学第四章 轿车造型与空气动力学一、空气动力学的基本概念空气阻力系数:汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻力的百分之八十以上。第四章 轿车造型与空气动力学一、空气动力学的基本概念一、空气动力学的基本概念 当车身投影尺寸相同，车身外形的不同或车身表面处理的不同而造成空气动压值不同，其空气阻力系数也会不同。由于空气阻力与空气阻力系数成正比关系，现代轿车为了减少空气阻力就必须要考虑降低空气阻力系数。从50年代到70年代初，轿车的空气阻力系数维持在0.

3、4至0.6之间。第四章 轿车造型与空气动力学第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 1空气阻力的五个组成部分 平常说的风阻大都是指汽车的外部与气流作用产生的阻力。实际上，流经汽车内部的气流也对汽车的行驶构成阻力。研究表明，作用在汽车上的阻力是由5个部分组成的。 第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 a、外型阻力，指汽车前部的正压力和车身后部的负压力之差形成的阻力，约占整个空气阻力的58%； b、干扰阻力，指汽车表面突出的零件，如保险杠、后视镜、前牌照、排水槽、底盘传动机构等引

4、起气流互相干扰产生的阻力，约占整个空气阻力的14%； 第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 c、内部阻力，指汽车内部通风气流、冷却发动机的气流等造成的阻力，约占整个空气阻力的12%； d、由高速行驶产生的升力所造成的阻力，约占整个空气阻力的7%； e、空气相对车身流动的摩擦力，约占整个空气阻力的9%。 第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 降低风阻有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 2. 降低风阻的主要方法流线型不是特定的车型。流线型是指空气流过不产生旋涡的理想形

5、状，流线型应用的最高境界是飞机的机翼。第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 2. 降低风阻的主要方法 在汽车上产生了许多流线型的变形如:斜背式、鱼形、滴水形或者是它们的某种组合。 第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 2. 降低风阻的主要方法 我们知道，作为乘载工具，迎风面积的减少是有限的，一种称为楔型的高速汽车在减少迎风面积方面可谓是登峰造极，但是楔形的运载空间很小，多作为赛车。 第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 2. 降低风阻的主要方法 流线型也有它的弊病，就是高速行驶时会产生升力，影响驾驶稳定性。为了

6、克服这个弊病，设计师还要在车身上安装导流板和扰流板。 第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 2. 降低风阻的主要方法 据试验表明，空气阻力系数每降低百分之十，燃油节省百分之七左右。曾有人对两种相同质量，相同尺寸，但具有不同空气阻力系数(分别是0.44和0.25)的轿车进行比较，以每小时88公里的时速行驶了100公里，燃油消耗后者比前者节约了1.7公升。第四章 轿车造型与空气动力学二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 2. 降低风阻的主要方法二、汽车外形的演变与空气动力学的关系 2. 降低风阻的主要方法 考察轿车车形的发展史，从本世纪初的福特T型箱式车身到30年代中型

7、的甲虫型车身，从甲虫型车身到50年代的船型车身，从船型车身到80年代的楔型车身，直到今天的轿车车身模式。第四章 轿车造型与空气动力学1.马车型汽车 汽车诞生时，人们的主要精力集中在动力的更换上，汽车的外形被忽视仍沿用了马车造型当时人们将汽车称无马的“马车”，汽车还没有自己的造型风格。第四章 轿车造型与空气动力学2.箱型汽车马车型汽车很难抵挡风雨的侵袭，美国福特汽车公司在1915年生产出一种新型的福特T型车，这种车的车室部分很像一只大箱子，被称为“箱型汽车”。为提高车速，人们开始降低车的高度减小空气阻力。但由于车顶高度的降低影响前方视野，这种方法最终被放弃，转而通过提高功率的方法。第四章 轿车造

8、型与空气动力学提高功率这样一来，发动机由单缸变成4缸、6缸、8缸汽缸一列排开，发动机罩也随之变长。作为高速车，箱型汽车并不够理想，因为它的阻力大大妨碍了汽车前进的速度，所以人们又开始研究一种新的车型流线型。第四章 轿车造型与空气动力学3.甲壳虫型汽车流线型车身的大量生产从德国“大众”开始。 1933年德国的波尔舍博士设计了一种类似甲壳虫外形的汽车。第四章 轿车造型与空气动力学4.船型汽车 美国福特公司1949年推出具有历史意义的新型福特V8型汽车。这种车型改变了以往汽车造型的模式，使前翼子板和发动机罩，后翼子板和行李舱罩融于一体，大灯和散热器罩也形成一个平滑的面，车室位于车的中部，整个造型很像

9、一只小船，所以人们把这类车称为“船型汽车”。第四章 轿车造型与空气动力学4.船型汽车福特V8型汽车的成功，不仅在外形上有所突破，还首先把人体工程学应用在汽车的设计上，强调以人为主体来设计便于操纵、乘坐舒服的汽车。 第四章 轿车造型与空气动力学5.汽车速度越来越快鱼型汽车 船型汽车尾部过分向后伸出，形成阶梯状，在高速时会产生较强的空气涡流。为了克服这一缺陷，人们把船型车的后窗玻璃逐渐倾斜，倾斜的极限即成为斜背式。这类车被称为“鱼型汽车”。 与甲壳虫型汽车相比，鱼型汽车的背部和地面的角度较小，尾部较长，围绕车身的气流也比较平顺，涡流阻力较小。 第四章 轿车造型与空气动力学5.汽车速度越来越快鱼型汽

10、车另外鱼型汽车基本上保留了船型汽车的长处，车室宽大，视野开阔，舒适性也好，并增大了行李舱的容积。最初的鱼型车是美国1952年生产的别克客车。 第四章 轿车造型与空气动力学6.楔型汽车 为了从根本上解决鱼型汽车的升力问题，人们设想了种种方案，最后终于找到了“楔型”。就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。楔型对于目前所考虑到的高速汽车，已接近理想造型。第四章 轿车造型与空气动力学第四章 轿车造型与空气动力学第四章 轿车造型与空气动力学三、导流板与扰流板 现代轿车的经常时速已达100公里左右，最高时速更达200公里以上，因此轿车的车身设计既要服从空气动力学，要

11、有尽量低的空阻系数，又要采取措施，在车身的前后端安装导流板和扰流板，以保证轿车的行驶安全。 第四章 轿车造型与空气动力学三、导流板与扰流板 在空气动力学上，有法国物理学家贝尔努依证明的一条理论：空气流速的速度与压力成反比。也就是说，空气流速越快，压力越小；空气流速越慢，压力越大。第四章 轿车造型与空气动力学三、导流板与扰流板 如果轿车外型与机翼横截面形状相似，在高速行驶中由于车身上下两面的气流压力不同，下面大上面小，这种压力差必然会产生一种上升力，车速越快压力差越大，上升力也就越大。这种上升力也是空气阻力的一种，汽车工程界称为诱导阻力，约占整车空气阻力的7%，虽然比例较小，但危害很大。第四章

12、轿车造型与空气动力学三、导流板与扰流板 在轿车行李箱盖上后端做成象鸭尾似的突出物，将从车顶冲下来的气流阻滞一下形成向下的作用力，这种突出物称为扰流板。 第四章 轿车造型与空气动力学三、导流板与扰流板 在轿车前端的保险杠下方装上向下倾斜的连接板。连接板与车身前裙板联成一体，中间开有合适的进风口加大气流度，减低车底气压，这种连接板称为导流板。第四章 轿车造型与空气动力学三、导流板与扰流板 三、导流板与扰流板 还有一种扰流板是人们受到飞机机翼的启发而产生的，就是在轿车的尾端上安装一个与水平方向呈一定角度的平行板，这个平行板的横截面与机翼的横截面相同，只是反过来安装，平滑面在上，抛物面在下，这样车子在

13、行驶中会产生与升力同样性质的作用力，只是方向相反，利用这个向下的力来抵消车身上的升力，从而保障了行车的安全。第四章 轿车造型与空气动力学第四章 轿车造型与空气动力学第四章 轿车造型与空气动力学四、车身外型设计的两对矛盾 现代汽车追求舒适、动力和安全性能好，这些要求在车身外型的设计中构成了矛盾。 第四章 轿车造型与空气动力学四、车身外型设计的两对矛盾 首先，乘驾舒适需要足够的车内空间，而要得到宽敞的空间就要增加汽车外型的尺寸。汽车的外型尺寸，尤其是横截面尺寸的增加，势必增加汽车的迎风面积，直接影响汽车的风阻系数。这样，舒适性与动力性就构成了一对矛盾。这对矛盾在汽车的速度比较低的时候影响不大，早期的汽车基本上是箱式的，汽车的外型完全根据内部的需要