《汽车空气动力学》课件-第四章　汽车空气动力学设计

第四章汽车空气动力学设计第一节汽车空气动力学设计准则

第二节汽车空气动力学设计方法

第三节最佳气动外形第一节汽车空气动力学设计准则一、对汽车造型的要求

二、汽车造型设计与空气的流态一、对汽车造型的要求纵观汽车的发展历史可以看到,在人们不断地追求汽车的快速、安全、舒适性和经济性的同时,汽车技术也在不断地发展。汽车技术是在以提高发动机的功率、传动系的效率为中心，寻求汽车构造的合理化，采用新材料，降低汽车自重以及减小汽车的滚动阻力等技术的综合应用过程中不断发展的，而开发空气动力特性好的低阻汽车是降低汽车燃料消耗和提高最高车速的最有效的途径。二、汽车造型设计与空气的流态空气动力特性好的物体，沿着其表面的气流没有涡流和分离，飞机的机身和机翼的设计大致实现了这一状态。第二节汽车空气动力学设计方法一、汽车空气动力学设计程序

二、汽车气动阻力的估算

三、气动阻力的估算值转换为实车阻力值

四、车身表面压力分布的计算

五、汽车风洞试验一、汽车空气动力学设计程序图4-1汽车空气动力学设计程序一、汽车空气动力学设计程序1.基本外形的创造

2.空气动力特性分析1.基本外形的创造(1)确定驾驶室有足够的居住空间为保证舒适性，首先应保证座椅在前后左右合适的位置，座椅的周围乘员有必要充分的居住空间，驾驶操纵有足够的空间，眼睛的位置保证视野的要求，保障根据SAEJ100a的要求，确定室内的主要尺寸，这些分析应采用标准的人体模型。

(2)进行汽车外形设计确定车身前端与后部形状、发动机罩的倾斜、前风窗的倾斜、后端的倾斜、车身下面后半部的倾斜等基本外形。

(3)考虑安全法规的要求如灯光、后视镜、安全器、视野等相关的安全法规的要求。

(4)确定车长、车高、轴距等外形尺寸在确保乘员居住空间的前提下，在可能限度内尽量缩短车身总长。

(5)发动机冷却系与冷却格栅的设空气动力特性不仅取决于其外形，而且还取决于底板下部的平滑程度、凸凹处理的影响，不可忽视的是发动机冷却和驾驶室内空调、换气等内流损失。图4-2轿车的总高与总长之比与的关系1.基本外形的创造2.空气动力特性分析由于下述原因，应灵活地采用估算法：1)根据大量的估算数据，进行汽车空气动力特性分析，减少模型的制作个数。

2)缩短试验时间，节省费用。二、汽车气动阻力的估算1.升力的估算

2.诱导阻力的估算

3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算

4.细部形状的修正1.升力的估算升力可用下式进行估算（4-1）1.升力的估算图4-3升力计算模型

α—俯仰角/100L—挠曲度诱导阻力是由于翼端涡的影响而诱起的阻力，它是由车身上下表面的压力差而产生的升力的水平分力，可根据下式用升力系数求出2.诱导阻力的估算（4-2）2.诱导阻力的估算图4-4基本升力计算结果的一例3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算图4-5基本外形车的阻力系数、升力系数的比较3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算图4-6″-与/A的关系4.细部形状的修正表4-1给出了内部阻力及细部形状的修正，修正值为（4-4）三、气动阻力的估算值转换为实车阻力值1.气动阻力系数估算值转换为实车的值

2.估算值的精度确认1.气动阻力系数估算值转换为实车的值上述相当于模型的气动阻力系数CD′、升力系数CL′的估算值为通过下式的换算，最后得出相当于实车的气动阻力系数和升力系数为（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）2.估算值的精度确认四、车身表面压力分布的计算定常状态的位势流的速度势ϕ为把定常流与湍流成分分开，则速度势为由此可以得出（4-9）（4-10）（4-11）四、车身表面压力分布的计算在无限远处，物体表面(包括地面)满足的边界条件为无限远处：物体表面：（4-12）（4-13）四、车身表面压力分布的计算图4-7表面压力分布计算值与试验值比较的一例

a)车身上面中心线上的压力分布

b)车身侧面门把手高度的压力分布五、汽车风洞试验在基本设计阶段，除用上述估算法对全新的设计进行空气动力特性分析外，对新设计的外形在初步气动估算进行选型之后，还要用模型车和样车进行选择最佳气动外形的风洞试验。在一辆新车的设计过程中，大约要进行1000h的风洞试验(参考文献［2］美国玛利兰大学的风洞试验程序)。关于汽车空气动力学试验将在第七章详述。第三节最佳气动外形一、最佳造型

二、汽车造型的发展变化一、最佳造型图4-8最理想的车身外形一、最佳造型1.车身侧面

2.车身正面1.车身侧面1)尽量降低车身总高。

2)离地间隙尽量小。

3)前脸扁平，后端处理应尽量使阻力降低(采用切尾、加尾翼或采用鸭尾形)。

4)发动机罩和顶盖尽量扁平。

5)为确保方向稳定性而加上尾翼。2.车身正面1)宽而低的扁平形。

2)采用无棱角的扁平和圆形过渡。

3)当驾驶室要求有必要的棱角时，在腰线部位可装置倾斜的侧翼，使其圆滑过渡。

1)把车身设计成楔型或快背式，车前端尽量压低，俯视图多呈半圆形，前风窗与发动机罩、顶盖与侧面的过渡部分圆滑光顺，前风窗与水平面的夹角一般在25°～33°之间。

2)汽车设置前、后扰流板等空气动力学附加装置，以改善气流状况、降低阻力和升力。

3)车身底面平滑化，或加设光滑底板，以降低阻力和升力。

4)车身外表尽量减少凸凹面和突起物，如门把手平滑化，风窗玻璃、门玻璃尽量与框平齐，雨水槽采用隐蔽式，车轮加外护罩，外后视镜加流线型护罩。5)控制发动机冷却气流，强制空气处于有利流动的状态，提高冷却性能，减小行驶阻力。

6)车身细部形状最佳化，通过反复修改外形，达到最佳气动外形设计效果。2.车身正面2.车身正面在汽车造型阶段的大量风洞试验表明，形状阻力的大致部位如下：

1)前照灯周围；

2)前风窗两侧部位周围；

3)A柱到车门周围的凸凹；

4)C柱的锥度；

5)底板下部的整形程度。二、汽车造型的发展变化1.空气动力学对未来汽车造型的影响

2.汽车造型的个性化与多样化

3.汽车造型的趋势1.空气动力学对未来汽车造型的影响为减小形状阻力，使车身的横截面不断地变化，沿着流线压力逐渐变化，压力在正压区仅变动一个循环，其设计程序分为以下三个阶段：1)制作1∶2模型并根据风洞试验结果不断修正其外形。

2)考虑总布置和结构设计要求，对第一阶段的理想外形进行修正。

3)绘制车身设计图。图4-9平尼法利纳公司的一项研究成1.空气动力学对未来汽车造型的影响图4-10外形变化与气动阻力的比较1.空气动力学对未来汽车造型的影响2.汽车造型的个性化与多样化以空气动力学为主导进行造型设计，并不意味着墨守成规千篇一律地采用空气动力学的几项原则进行死板的造型设计，更不意味着汽车造型大