汽车空气动力特性试验

1、汽车空气动力特性试验汽车空气动力特性试验目录摘要.21. 引言.32. 汽车空气动力学道路试验.41 用滑行试验法测试汽车的气动阻力系数.42 侧向风稳定性试验.63. 汽车风洞.71 风洞试验测试仪器.72 风洞试验准则.73 测定力、力矩及表面压力的要求.104 风洞试验数据修正.104 流态显示试验方法.115 实车道路试验与实车风洞试验的数据对比分析.146 总结摘要：空气动力学在科学的范畴里是一门艰深的度量科学，一辆汽车在行使时，会对相对静止的空气造成不可避免的冲击，空气会因此向四周流动，而蹿入车底的气流便会被暂时困于车底的各个机械部件之中，空气会被行使中的汽车拉动，所以当一辆汽车飞

2、驰而过之后，地上的纸张和树叶会被卷起。此外，车底的气流会对车头和引擎舱内产生一股浮升力，削弱车轮对地面的下压力，影响汽车的操控表现。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。据测试，一辆以每小时100公里速度行驶的汽车，发动机输出功率的80%将被用来克服空气阻力，减少空气阻力，就能有效地改善汽车的行驶经济性。 关键词：风洞、浮升力、流态、······一、引言：空气在汽车行驶时大大地影响了其行驶方向速度以及对汽车各个性能的影响，所以汽车

3、的燃料在燃烧推动机械运转时已经消耗了一大部分动力，而当汽车高速行使时，一部分动力也会被用做克服空气的阻力。所以，空气动力学对于汽车设计的意义不仅仅在于改善汽车的操控性，同时也是降低油耗的一个窍门。所以在此研究汽车行驶时的空气动力学，有效的降低汽车在行驶时的能耗等。二、汽车空气动力学道路试验2.1 用滑行试验法测试汽车的气动阻力系数1. 无自然风、无雨，试验道路应是平坦的；2. 试验车车顶部装设风速仪，以测定风速；3. 在距车顶的风速仪5m处设置五轮仪，以测定滑行距离。4. 试验前用滑行初速度80km/h预热汽车1h。试验时应保持轮胎、运动系的温度不变。5. 试验时，将汽车加速到一定速度，待车速

4、稳定后，将离合器切断，变速器挂空挡，让汽车自由滑行。与此同时，测量并记录滑行初速度、行驶时间、行驶距离等，一直记录到停车为止。在同一条件下，重复进行5次滑行试验。6. 根据车辆的瞬时减速度，计算出总阻力，再从总阻力中减去轮胎滚动阻力和传动系阻力后可以认为是气动阻力，进而求出该车的气动阻力系数。滚动阻力滚动阻力 汽车重力不随车速变化的滚动阻力系数由轮胎试验测定； 美国SAE J1263中推荐车速§ 传动系阻力由传动系试验台测定 图2.1.12.2 侧向风稳定性试验图2.2.1图2.2.2用侧风发生器模拟自然侧向风如上图所示，并操纵汽车驶过侧风带，与此同时，测量车速、汽车偏离行驶基准线的

5、侧向位移、横摆角速度及侧向加速度等参数。 三、汽车风洞试验 汽车风洞是一种按一定要求建造的管道。它利用动力装置产生可以调节的气流，能够模拟或基本模拟大气流场的状态，以供汽车进行空气动力学试验。3.1 风洞试验测试仪器测力、测压、测温、测速§ 一、气动力天平§ 二、压强测量§ 三、温度测量§ 四、气流速度、方向、紊流度测量3.2 风洞试验准则 汽车风洞实验要取得准确可靠的结果，必须满足以下准则：1. 足够的均匀流场流场品质影响测得的CD值，如：阻塞比的影响风速分布的均匀性 紊流度纵向静压梯度的影响地面附面层的影响2. 几何形状相似试验模型与实际汽车几何形状

6、相似，模型既要保证几何尺寸的精度，又要具有一定的刚度。模型按几何比例缩小，并具有足够精确的细部模拟，以保证各个重要的局部流场的真实模拟。 4. 雷诺数相似雷诺数是表征流体粘性对其流动影响特征的无量纲参数，它代表流体所受惯性力与粘性力之比，其数学表达式为：式中流体密度； 流体动力粘度系数； 物体特征长度； 相对速度。 一般风洞中的工作介质是空气，所以与和大气中的相差不大。要想使试验时的雷诺数与实车行驶时相等，应使与的乘积相等，即模型的尺寸比实车缩小多少倍，应使试验风速增大多少倍。由于风速的提高受到压缩性的限制，它也使气流的能量损失迅速增大，消耗的功率也增大。所以一般风洞试验很难做到试验时的雷诺数

7、与实车行驶时的雷诺数相等。对于汽车风洞试验。一般试验雷诺数的范围是：5×106<Re<1.5×107在此范围内，气动阻力系数不随雷诺数改变，故可满足风洞试验的要求。雷诺数的测量在测量气动力和力矩时，应进行雷诺数效应的测量。雷诺数测量试验应在0°横摆角情况下进行，并且至少应有一个气流速度超过风洞气流速度范围。另外，为了避免可压缩效应，最大试验风速不应超过92m/s。 4. 尽量排除风洞试验的支架干扰以及洞壁干扰在横摆角0°时的正投影面积不超过试验段横截面积(地板以上的面积)的5%；模型高度不超过试验段高度30；模型在其位于最大横摆角时的前视投影

8、宽度不超过试验段宽度的30%，正投影面积不超过试验段横截面积的5%。5. 风洞流场的动态校准试验模型放置在风洞之前，应对空风洞进行流场的动态校准。在风洞地板上将要放置模型的位置测量试验段横截面的紊流度、地板上的静态压强、轴向静压梯度、横向气流偏角、纵向气流偏角、气流均匀性等流场特性以及放置模型前缘位置的地板边界层厚度。风洞动态压强测量系统必须用精确地放置于模型长度中点和宽度中点的静压皮托管进行标定。 3.3 测定力、力矩及表面压力的要求§ 风洞试验主要是测定沿汽车纵轴且与横摆角存在函数关系的气动阻力的平均值及另外5个分量，要求将测定的力和力矩都简化成系数形式。采用图2-1所示的坐标系

9、，而对于汽车列车，其坐标系如图7-14所示。§ 空气动力和压力的采样时间应足够长，以便能获得可靠的测量结果，数据重复性应在1以内。 3.4 风洞试验数据修正 § 风洞试验测量的阻力系数修正量如果超过其1，应绘制轴向压力梯度图。对于模型的固体阻塞或尾流阻塞的修正，可根据具体情况选择相应的修正方法。§ 对洞壁干扰的修正，常使用以下几种方法。1. 面积比法2meskells修正式 3Pressure Signature修正式 4Bettes/Kelly修正式 地面效应模拟1.地面效应的产生 在大气中没有自然风的情况下，汽车在地面上行驶时，受到与行驶速度相同的风的作用，与

10、此同时，路面以相同的速度向后方移动。在风洞中，汽车不动，风以与汽车行驶速度相同的速度作用于汽车上，在地板上形成一个边界层，边界层的存在对测量的阻力和升力产生影响，特别是对升力有很大影响。当*/e>10%,使测得的阻力减小而升力增大，并改变了纵倾力矩的值。这种现象，叫做地面效应。要求为了真实地反映汽车车身底部的速度分布，要有一个均匀的近地面流场，地板上附面层应尽量薄，这称为地面效应的模拟。 规定：*/e8.5% *：汽车风洞的地板边界层位移厚度 e：汽车模型最小离地间隙 这时，气流边界层的存在对其车的空气动力测量结果没有明显的影响。四、 流态显示试验方法§ 流态显示：借助于各种手

11、段使空气绕模型的流动显示出来的方法。§ 它能直观地观察流场，判断流场是否有好的气动特性(包括涡流、分离现象，车身清洁等)，从而可以定性分析各种气流现象产生的机理。§ 流态显示 表面流态显示（附面层内） 空间流态显示（显示汽车周围流场） 烟流法用于显示汽车周围流场的流态。§ 1.通过烟流发生器（梳状管）排出烟丝，当烟气绕过模型时，通过光的散射和折射显示烟流中微小粒子的运动，从而显示出汽车周围流场的流态。§ 2.要求：烟浓密发白，无毒，无腐蚀性，保证层流，不得扰乱气流流态。§ 3.尾流区，烟扩散，不再附着。§ 4.可直接观察绕流状态。直背式阶背式在通用风洞中做烟流试验阶背式五、 实车道路试验与实车风洞试验的数据对比分析为了能正确饿使用数据，通常用同一辆车进行实车道路实验和风洞试验，而后对两组数据进行分析，找出该