汽车空气动力学课件：汽车尘土污染及空气动力噪声

汽车尘土污染及空气动力噪声６.１汽车尘土污染６.２汽车气动噪声

大多数行驶情况下，汽车头部存在较大范围的滞区（StagnationRegion），如图6-1所示。

雨刮器（图6-3）是最广泛使用的风窗清洁装置，近年来新材料的技术进步，尤其是纳米技术的应用，使得自清洁风窗成为可能（selfcleaningwindshield），如Pininfarina公司的概念车Hidra，如图6-4。

由于技术、工艺、成本等原因，目前大规模的产业应用仍然是传统的雨刮器。轿车前风窗表面的气流速度较高，雨刮器会在气动升力的作用下发生上浮，不利于清洁风窗表面，且很容易在风窗表面产生污染物印迹，严重影响能见度和视野。如何防止雨刮器的上浮，应主要研究前风窗的流动状态和雨刮器截面的气动特性。为保持雨刮器在风窗上的附着，可以采用雨刮器扰流板或者具有负升力气动形状的无骨雨刮器，如图6-5和图6-6所示。

对于典型的阶背式轿车造型，后风窗的气流速度较高，有助于带走尘土和雨水，但是对于快背式和方背式轿车，后窗部位则容易积累灰尘泥土。主要原因是不同造型轿车具有不同的后风窗流动结构，比如方背式轿车车顶的气流一般会在车顶的后缘发生分离，其后风窗表面的流速较低，雨水与尘土的混合物就很容易附着在后风窗表面。因此，方背式轿车后风窗也常常安装一个雨刮器，用于清洁后风窗表面。另外在设计方背式轿车尾部扰流板时，常常也要向后风窗引导一部分气流，目的是形成较高速的流动，从而起到吹掉灰尘的作用。对于快背式轿车，后风窗表面流速原本较高，但是会产生较大的气动升力，对操纵稳定性会带来不利影响，故经常安装车尾扰流板来提供额外的下压力。快背式轿车的车尾扰流板会降低后风窗的流速，导致雨水泥土的附着，因此也常常安装后风窗雨刮器来保持清洁，如图6-7所示。

汽车侧面后视镜附着的雨水会直接影响侧后方的视野，如图6-8所示，可以采用电加热后视镜来蒸发水滴或水雾。侧窗上的雨水与泥土也会间接影响侧后方视野，如图6-9所示，Volvo汽车公司研究了后视镜形状对雨水和污染物在侧窗上附着的影响。

商用车驾驶室侧面也容易受到泥土污染，通常在驾驶室的前端与侧面过渡区域，设计导流装置，既有利于引导较高速度的气流在一定程度上带走泥土污染，又可以减小此处的流动分离现象，从而减小气动阻力，如图6-10所示。

显然，汽车底部的污染不容易被发现，但是却会影响汽车的性能，尤其是在降雪地区，雪水与融雪剂会腐蚀汽车，如图6-11所示，严重情况下会导致零部件损害，危害行车安全性。在底部安装封闭性较好的盖板能够在一定程度上防止腐蚀，但是并非所有零部件都能覆盖，如图6-12所示。

流场中实际存在的声源为以上各种声源的集合体，大部分是双极子和四极子声源的集合体。根据相关研究，本文总结了汽车气动噪声声源的分类，产生气动噪声的原因大体上包括三种，即密封不良、二维分离流动以及三维分离流动，见表6-1。

泄漏噪声（LeakNoise/AspirationNoise）由车内和车外之间存在直接的空气流动途径而产生。通常车外的空气压力低于车内的空气压力，这个压力差使空气以较高速度从连通车内和车外的缝隙中流过。

气动噪声的试验方法包括风洞试验和道路试验。风洞试验的主要优点在于风洞中没有汽车的发动机、传动系、轮胎等噪声，这样就能够单独测量气动噪声。

道路试验一般用于汽车噪声的主观评价。进行气动噪声的道路试验需要注意的因素很多：因为道路试验很容易受到不确定的环境风的影响，所以需要选择非常安静的天气条件下进行，比如黎明前；需要控制恒定的车速；使用具有静音迹线的轮胎或者光面轮胎来尽量减小轮胎噪声；试验路面需要干燥；发动机噪声需要通过滤波来去掉等。

综上所述，汽车气动噪声的试验方法中，风洞试验占主导