第四章_汽车外形设计与空气动力学.ppt

1、第四章对汽车外形设计和空气动力学、西华大学交通和汽车学院、汽车空气动力学、汽车受到的外力、路面力、空气动力重力、动力性的影响影响高速时的加速性能、最高车速。 对燃料经济性的影响是，CdA=0.8m2的轿车，v=65km/h的情况下，55%的能量克服空气阻力v=90km/h的情况下，70%的能量克服空气阻力的轿车的空气动力性的差异使空气阻力不同30%，油耗不同12%以上。 对安全性的影响高速时的加速性能影响行车安全的空气升力影响汽车的操纵稳定性和制动性空气的动力稳定性影响汽车的操纵稳定性。 影响汽车外观的汽车空气动力特性主要依赖于汽车外形的空气力学影响着人们的审美能力。 前言，空气动力学对汽车性

2、能的影响，假设空气为薄层，空气通过车身时保持流线状态，空气阻力对车身的影响很小。 这种流线的流动被破坏，离开车身轮廓时会发生乱流，产生空气阻力。 其实最理想的低风阻力形状是泪滴一样光滑的造型，头部光滑，尾部细。 理论上，该泪滴造型的Cd风阻力系数只有0.05。 1 .空气力学的基础知识，1.1连续性方程式和伯努利方程式(伯努利slaw )连续性方程式相对于稳定的流，流束的任意截面流过的流量相互相等，即1V1A1=2V2A2=常数相对于非压缩流体(1=2=常数)，v1a 汽车周围的气压变化不大，空气密度不会变化。 汽车空气力学、伯努利方程式对于非压缩流体，mgz mp/ mV2/2=常数，即流体

3、的重力势、压力势、动能之和是一定的。 当气体的流速不太高时，密度可以看作不变，当气体的重力小时，p/ V2/2=常数或p V2/2=常数，即静压力和“动压力”之和是恒定的。 伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表现形式。 流速越大，动压越大，压力(静压)越小。 1、空气动力学基础知识节、文丘里效应：流体通过狭窄通道时压力减少的现象。备忘录：温水淋浴：球浮气流：发动机气化器喉罩，1 .由于空气动力学的基础知识节、边界层、流体的粘性，接近物面的流体有附着在物面上的倾向，因此有流速低的区域。 表面层随着工艺的增加而变厚。 表层的流动状态从层流变成了湍流。 1、空气力学基础知识节、1.2空气粘性和气

4、流分离现象、顺压梯度和逆压梯度、顺压梯度：顺流方向压力下降。 (流速，压力下箭头)逆压梯度：正向压力上升。 (流速下箭头，压力)轿车的横截面积分布和气流压力梯度，1 .空气动力学基础知识节点，气流分离现象(flowseparation )，在气流超过物面的最高点后，气流束扩大，流速减少，有逆压力梯度。 煤气推动着压力很高的流动。 在因粘性损失而能量低的表面层，特别难以流动。 当物体面法线速度梯度为零(=0)时，气流开始分离。 靠近物体面的气流首先停止流动，再反向流动形成涡流区域，将持续流动的气流与物体面隔离。 1、空气力学基础知识节、尾流区是分离点后不规则流动的旋涡区，是整体静止的“死水域”。

5、 物体向前移动的话，伴随着它移动，所以被称为“尾流”。 尾流区内各点的压力大致相等，与分离点的压力相同。 差压阻力(pressuredrag )位于物体的背流面，流束的扩展受后流域限制，流束截面比迎流面小，其压力比迎流面低。 尾流域的压力接近相邻流体的压力。 它给物体在主气流方向上起着“差压阻力”的作用。 影响气流分离的主要因素的压力梯度仅在逆压力梯度条件下发生分离。反压梯度越大，越容易分离。 流态湍流使主气流中的能量更多地传递到附着层，比层流更难分离。 1、空气力学基础知识节、减少形状阻力的措施降低逆压梯度，缓和物体背流面的截面变化，使分离点(分离线)向后方移动，减少尾流区。 增加湍流度，增

6、加物体面的粗糙度。 分离是指表面层产生的流体没有粘度，没有表面层。 没有表面层，就不会发生气流分离现象。 汽车上分离区的气流在前窗下部、车顶前端、行李前部等分离后，再次附着形成分离区(也称为“泡沫”)。 定义了空气力学基础知识节、1.3压力系数、常用压力系数，表示气流场中物体表面各点的压力大小。 压力系数的定义： 可以整理到CP1。 CP=1处，V=0，驻点。 方法的向量法坐标法，1 .空气力学基础知识节，2 .汽车空气动力和空气动力力矩，空气静压力的合力为空气动力，其三分力分别为空气阻力(Drag)D、空气升力(Lift)L、空气侧力(SideForce)S。 将空气动力转移到汽车重心Cg时

7、，会有附加的扭矩，其中三个扭矩分别为“滚动力矩”(RollingMoment)MX、“俯仰力矩”(PitchingMoment)MY、“横摆力矩”(YowMoment)MZ 空气动力的公式空气阻力d与气流速度的平方V2成比例，与汽车的上风面积a成比例。 始终以动压力、风面积成比例的形式表示：式中，空气阻力系数Cd是表现汽车空气动力特性的重要指标，它主要取决于汽车外形，也与流速有关。 空气升力l、空气侧力s、汽车空气动力学、空气动力力矩的式俯仰力矩指令一般以汽车的轴距为特征长度l。 同样地，滚动扭矩MX、横摆力矩MZ也是2 .汽车的空气动力和空气动力扭矩、3 .空气阻力、3.1空气阻力的分类形状

8、阻力(FormDrag )干扰阻力(InternalFlowDrag )感应阻力(InducedDrag )摩擦阻力(skin fric 汽车空气动力学，Cd合计： 0.45A形状阻力(Cd=0.262) b-干扰阻力(Cd=0.064) c-形状阻力(Cd=0.053) d-形状阻力(Cd=0.031) e-形状阻力(Cd=0.040 )。 3、空气阻力、3.2形状阻力、形状阻力主要是差压阻力，由车身的外形决定。 前窗对空气阻力的影响前窗对气流的影响减小前窗的空气阻力的措施是，增大窗和遮光罩所成的角度，风窗横向弯曲。 车身背部对空气阻力的影响，几种典型的车身背部类型直背(Fastback )

9、 :背部倾斜 50； 折回(Notchback )。 3 .空气阻力、背部的倾斜和空气阻力的分离点在后端时，背部的倾斜变大，后流域变小的分离点在背部时，背部的倾斜变大，后流域变大。 有空气阻力最小的背心的倾斜。 背部的长度越大，空气阻力就越小。 3 .空气阻力、车身背部的形状和空气阻力的截尾式和三室式行李箱的高度、3 .空气阻力、3.3感应阻力(induceddrag )、侧面向下的气流形成的涡流的作用下，屋顶上的气流在背部向下偏转，产生的实际升力总是冲洗流难以分离。 3 .空气阻力、气流背后的偏向角越大，感应阻力越大，背后的倾斜越大，气流背后的偏向角越大。 气流在背后的流动越长，感应阻力就越

10、大。 随着分离点前进，背部的气流流动减少。 背部倾斜度的变化对形状阻力和感应阻力有影响。 随着倾斜角的增大，感应阻力变大，随着分离点的前进，增大速度变慢，最终减少，随着消失的背后的倾斜变大，形状阻力变小，然后变大，分离点前进到背后的前端，变大。3 .空气阻力，减少车身背部感应阻力的措施，选择适当的背部倾斜角形成后边缘呈锐角的稳定气流分离线，减小在拐角处发生的感应阻力。 设置扰流板减小感应阻力，同时减小空气升力。 3 .空气阻力、3.4干扰阻力、干扰阻力是车身表面的突起物、凹陷和车轮等局部地影响气流的流动引起的空气阻力。 从车外的小物体产生的干扰阻力气流在物体中流动时流速增加，另一个物体置于该加

11、速后的气流中时，会受到更大的空气阻力作用。 两物体的距离越小，干扰阻力越大。 3 .空气阻力、车身表面的突起物影响气流，突起物有可能引起气流分离。 突起物加厚表面层，气流容易分离。 3、空气阻力、车身表面的槽引起的干涉阻力、门、盖等周围的间隙是主要的车身表面的槽。 沟的方向有与和平和气流方向垂直的两种典型情况。 3、空气阻力、车轮旋转对气流的影响、马纳斯效应：流体中运动的旋转圆柱受到力而影响其前进方向的现象。 在路面上滚动的车轮受到升力。 车轮旋转时，车轮上的分离线前进，因此有很大的空气阻力。 3 .空气阻力、车轮罩的遮蔽减轻了车轮旋转对气流的干扰，降低了空气阻力。 轮罩中的旋转轮的前侧面和前

12、下部气流向外流动，与主气流发生干涉。 轮胎宽度有空气阻力最小的值。 3 .空气阻力、3.5内阻、流过车身内部的气流对通路的作用和流动中的能量损失，产生了内阻。 内部气流发动机冷却气流：流量大。 是减少内部电阻的主要研究对象。 通风气流：流量约为冷却气流的1/10左右。 制动冷却气流、理想的发动机空气冷却系统气流通路是密封的直管，散热器的面积大，侵入的气流速度低的所有气流流过散热器的通路面积的变化被缓和，没有涡流的流过散热器的气流是湍流，可以根据散热的要求调节气流的流量。 3、空气阻力、4 .空气升力翼型的迎角越大，空气升力越大。 汽车像翼型，上面平坦，受到空气升力。 不同形状的车“迎角”不同，

13、空气升力系数也不同。 汽车空气力学，4.2地板效应，地面面对气流的影响，物体受到的空气动力发生变化的现象。 距离h越大，气流随着h变小而加速，压力变小，距离h越小，表面层的影响随着h变小而变得显着。 随着h变小，气流减速，压力变大。 4 .空气升力、地面效应机、天鸟号地面效应机、信天翁4型地面效应机、苏联KM地面效应机、4 .空气升力、4.3汽车外形和空气升力，影响汽车前端高度汽车前端高度流入底部的空气流量。 进入汽车底部的空气越多，流速越高，压力越小；空气越多，堵塞越严重；压力越大，空气升力越大。 4、空气升力、底部前后遮蔽的影响、底部气流侧方流动使底部压力减少的侧面涡流增强，下洗作用增强。

14、 4 .空气升力、背部倾斜对空气升力的影响前窗下的部分分离区对空气升力的影响行李箱上的分离区对空气升力的影响、4 .空气升力、5 .侧方气流和空气动力稳定性、5.1侧方气流对空气动力特性系数的影响气流的侧方偏角和空气动力特性系数各汽车的空气动力特性系数许多汽车的空气动力特性系数随着气流偏角的增大而变大。 汽车空气动力学、偏航角、5.2汽车空气动力稳定性、汽车空气动力稳定性是指汽车在气流的作用下，保持或恢复原来行驶状态的能力。 5 .侧方气流和空气动力稳定性、气压中心越近，汽车的空气动力稳定性越好。气压中心在图心前：气压中心在图心后：车身侧面看轮廓图的图心位置越后，气压中心越后，空气动力稳定性越

15、好。心形、心形、5 .横向气流和空气动力稳定性、6 .汽车空气动力学装置、6.1前阻尼器(airdam )的作用：减少进入底部的空气量。 防风板之后形成局部高压区域。 前阻尼器板优化不同的汽车，前阻尼器板的位置、尺寸有最佳值。 汽车空气动力学、防风板的例子，6 .汽车空气动力学装置，6.2后扰流器后扰流器的作用是在扰流器前形成局部高压区域，在扰流器上稳定地分离可以减少空气升力的气流，可以减小感应阻力，加快分离，从而增大形状阻力扰流板的优化在高流速气流中，扰流板的作用很明显。 根据汽车的不同，扰流板的形状、位置、尺寸有最合适的值。 6 .汽车空气动力学装置、扰流器形式、6 .汽车空气动力学装置、

16、6 .汽车空气动力学装置、6.3导向盖(airdeflector/airshield )导向盖的作用避免了驾驶室和货舱连接处的气流分离，减少空气阻力。 6、汽车空气动力学装置、卡车后导罩、6、汽车空气动力学装置、6.4地板板的作用使汽车底面平滑，减少空气阻力和空气升力。 降低车外噪音。 6、汽车空气动力学装置，6.5裙子的作用是使前后轮之间的车身侧面下部平坦，减少车轮和气流的相互作用，降低空气阻力。 阻碍底部的气流从侧面流出。 减小侧面涡流强度的底压力可能会变大。 6 .汽车空气动力学装置，卡车裙子，6 .汽车空气动力学装置，6.6垂直尾翼垂直尾翼的作用使气压中心移动，改善空气动力的稳定性。

17、加大空气的横向力。 6 .汽车空气力学装置，6.7轮罩的作用降低了车轮旋转引起的干扰阻力降低了挡泥板开口引起的干扰阻力。 6 .汽车空气力学装置、6.8车轮导向板车轮导向板的作用减少了车轮对空气的阻力。 6、汽车空气动力学装置，6.9负升力翼负升力翼的作用产生向下的空气升力，提高附着力。 例如总质量750kg、附着系数1.4、转弯半径200m、无负升力装置、最大车速190km/h、向心加速度1.4g； 负升力为车重的36%，最大车速为222km/h，向心加速度为1.94g，负升力为车重的106%，最大车速为270km/h，向心加速度为2.88g。 6 .汽车空气动力学装置，6 .汽车空气动力学装置，6.10辐条罩的作用是防止气流进入车轮，减少辐条对气流的干扰，减少干涉阻力。 制动器的散热效果差。 6、汽车空气动力学装置、6.11轮毂盖轮毂盖的作用导致气流、减小空气阻力、产生负升力、冷却制动器。 6、汽车空气动力学装置，汽车楔形造型倾向，楔形前低后高，后端垂直断裂。 楔形造型的空气动力学特征是前端低，进入底部的空气量少，底部产生的空气阻力小的发动机盖和前窗的分界线弯曲缓慢，产生的空气阻力小的后端上缘的尖棱，在减小感应阻力前低