汽车空气动力学第二章.ppt

1、汽车空气动力学简介、汽车空气动力和风动力矩、汽车行驶时，除承受来自地面的力外，还受到其周围气流的空气动力和力矩的作用。 来自地面的力取决于汽车的总重量、滚动阻力和重心位置。 空气动力由行驶速度、车身外形、风向角决定。 汽车空气动力学坐标系、汽车空气动力学坐标系的原点设置在车辆的纵对称面与地面的交线上，前后轴的中点图示有力和力矩的方向。空气动力和力矩的产生，汽车和空气相对运动相互作用，汽车车身产生空气动力f。 许多实验研究证明，其中有空气动力系数。 空气动力的作用点也称为风压中心，通常用C.P(Center of Pressure，简称C.P )表示。 当空气动力和力矩的校正、电阻、横向力、提升

2、力、偏航角为0时，空气动力d(ddd )在车身纵向上作用的测量方法是，将汽车置于平行光源和屏幕之间，其前一个心理投射面积不放大或缩小地心理投射在屏幕上。 气压阻力、d依存于正面心理投射面积a和气压阻力系数CD的通常正面心理投射面积a依存于汽车的外形尺寸，但由于这是由设定修正需求决定的，所以减小气压阻力集中于减小气压阻力系数CD。 以下是一些物体的风阻，垂直平面体的风阻系数：约1.0球体的风阻系数：约0.5飞鸟：0.1-0.2飞机：0.08目前雨滴的风阻系数最小：0.05左右， 以下是一些物体的抗风一般轿车的抗风系数： 0.28-0.4很多跑车： 0.25左右的赛车能达到0.15左右的载货汽车0

3、.400.60男低音0.500.80二轮车0.600.90，新甲克虫，CD=0.32、Audi A6、CD0.28、骏捷、骏捷由意大利佩尼胡圆形剧场负责造型设计修订，CD 0.256，10万以下无线热点车型，海马组织福美来： 0.33一汽夏利： 0.32哈飞路宝： 0.32华普海域： 0.32华普亚麻跌！ 吉利金刚： 0.29长安奔奔： 0.35雪佛兰乐风： 0.32铃木雨燕： 0.32，本田飞度： 0.30 (据说是0.31 0.29 )奇瑞A5:0.29比亚迪F3:0.30雪佛兰乐舆：雪铁元素龙F3:0.30 一汽威志：0.3起亚RIO千里马：0.338奇瑞QQ :未发现美206:0.33

4、贝克凯越：0.338现代伊兰特：0.313华晨尊驰：0.293三菱青瑟：0.3、雪铁元素龙爱丽舍：0.315 (消费者权益日？ 日产骏达： 0.297本田思迪： 0.31福特奥克斯： 0.31大众宝来： 0.32铃木天语： 0.3起亚赛拉图0.30 )，1520万无线热点车型，雪铁元素龙凯旋归来： 0.308大众速腾： 0.32日产轩辕起亚远舰： 0.32， 现代奏鸣曲： 0.28日产青鸟： 0.32雪佛兰教程： 0.320标致307:0.33本田思域：一汽奔腾找不到，2030万无线热点车型，本田07雅阁： 0.30大众PASSAT别克君越： 0.32福特蒙迪丰田锐志：0.28丰田普锐斯：0.

5、26新Mazda6:找不到吗？ 三菱蓝达： 0.32上汽荣威750 :找不到吗？ 30万以上的无线热点车型，丰田皇冠A4:0.28奥迪A6L:0.30华晨宝马新3系： 0.28华晨宝马5系： 0.28奔驰e级： 0.26凯迪拉克CTS:0.31现代Azera (雅尊)。 无法找到红旗HQ3:0.27标致407:0.29 VolvoS80:0.28 VolvoS40 :吗？ 在发球Saab9-5:0.29克莱斯勒300C:0.343、SUV、全尺寸SUV模型中，凯迪拉克Escalad制作了0.363最小抗风系数的记录BMW X5:0.38宝时捷卡宴S:0.39奔驰mmm。 根据历史纪录、0.19

6、 1996年通用EV1电动车、0.15 2008年美国Aptera 2e电动车、历史纪录、0.25 1999年本田Insight混合动力车及实验，空气阻力系数每降低10%，节约7%左右的燃料。 两种同样质量、同样尺寸但具有不同空气阻力系数(分别为0.44和0.25 )的轿车比较，以时速88km行驶100km，燃油消耗率比前者节省1.7L。气压阻力、吴允柱2009-3-12、气压阻力、差压阻力、差压阻力有时也称为形状阻力。 其大小直接依赖于物体的形状差压阻力的是由于运动空气的粘性在汽车的前后产生压力差而产生的阻力。 约占汽车总气动阻力的50%左右，是气动阻力的主要组成部分。差压阻力、差压阻力的产

7、生原因粘性的影响减小差压阻力的主要途径：减小汽车前部的正压区域和后部的负压区域。 二厢车和三厢车的流场、某10吨卡车的阻力与车速的关系、卡车的空气动力学、正交面积、尽可能小的正交面积、产生差压阻力的原理、不考虑空气动力学的卡车流场、考虑空气动力学的卡车流场、摩擦阻力、空气粘性作用下空气与汽车车身表面摩擦产生的阻力约占汽车总气压阻力的611。 关于车体的表面积和粗糙度，宾利、诱导阻力、诱导阻力是由车体附着涡引起的，实际上是汽车提升力的水平方向的分力。 约占汽车总气压阻力的815。 介绍了提升力的发生反应历程，诱导阻力，在有限翼展时，在翼型左右翼尖，下翼面的高压气流绕过翼型翼尖流向上翼面的低压区域

8、，这就形成了绕翼尖的旋涡。 左右翼尖上形成的漩涡成对，方向相反。这个旋涡被拖到翼型后缘向后方流动，形成尾旋涡。 感应阻力，该尾涡在翼型中产生向下的诱导速度w。 合成诱导速度和下游后，改变实际的下游速度。 根据二维机翼理论，机翼实际产生的合力应垂直于合成速度。 实际产生的合力分解为2个分力，一个是垂直于下游的提升力，另一个是平行于下游的阻力。 这种抵抗是由于提升力的诱导而产生的阻碍下行的力，被称为“诱导抵抗”。 引导阻力、流线型好的轿车，类似翼展极短的翼型。 由于汽车行驶时在汽车上部流动的气流速度一定比下部高，所以汽车两侧也会产生尾涡，产生感应阻力。 声干扰电阻、声干扰电阻，即汽车外面的各种附件

9、和孔、槽、间隙引起的电阻。 约占汽车总气压阻力的516。 车身附件：1.后视镜2 .沟、表面脊、大老板窗框3 .凹槽、狭缝4 .表面孔和凹陷5 .雨刮器6 .车轮罩、车轮、翼子板、内流阻力、流出阻力：差压阻力、摩擦阻力、感应阻力所谓内流阻力，是指汽车发动机和刹车器的蒸发制冷气流及乘员区的通风和空气内流阻力约占汽车总气压阻力的1018。 内流阻力、管内流动主要有两种能量损失： 1、边缘损失：粘性流在管内流动，各流层间必然产生内摩擦力，阻碍气流运动。 2 .局部损失：黏性流流经各种局部故障引起的能量损失、沿路损失、内流向外面。 所有流线与管轴平行，流场分布与粘性关系大。 粘性效果不仅扩展到管壁附近

10、，还扩展到整个内部截面。 气流流入管道的某一距离时，截面整体的速度分布不变，满足连续性方程式。 管流的速度分布、流动形式与雷诺数有关，此时Re可以表示：对于局部损失弯管、弯管，在拐角处发生流动分离现象。 由于角外壁压力高，内壁压力低，当流动接近角外壁时和远离角内壁时会产生分离现象。 则回转半径r变小，分离区域随着拐角变大而变得明显。 局部损失进气口，进气口的流动会产生总压力损失。 特别是在尖角入口发生分离现象，边缘损失系数大。 为了得到小的损失系数，进气口必须圆滑。 局部损耗局部扩张，对于扩张管，从连续性方程式开始，管面积扩大，平均速率减少，意味着压力增加，可发生分离。 渐增管中，扩散角为28

11、度时产生分离现象。 对于突然地的扩张管，分离现象更为严重。内流阻力、用于在汽车中蒸发制冷发动机、刹车器及供乘室通风和空调的气流都是内流。 内流通过设置在车身构造上的开口进行出出进进。 这部分的气流在流动中失去自身的动能，形成内流阻力。 产生内流阻力的原因： a .形状发生变化，流向发生气流分离现象的b .气管，有总压力损失。 提升力在空气通过上下表面非对称翼时，上翼面的行程长，下翼面的行程短，上翼面的流速比下翼面快，从伯努利定理可知，上翼面的压力一定比下翼面的压力小，在上下翼面之间产生压力差，形成垂直于流速方向的提升翼型的力，称为提升力提升力的大小和翼型的断面形状等因素有关，通常与下流速的平方

12、成正比。 F1赛车、赛车的前后负提升力叶片、气动提升力以及俯仰力矩，由于汽车车身上部和下部的气流流速不同，在车身上部和下部形成压力差，产生提升力。 因提升力而产生围绕y轴的俯仰力矩。 作用于汽车的提升力可以减少轮胎对地面的压力，降低轮胎附着力和侧偏刚性，影响汽车操纵稳定性。空气的提升力和俯仰力矩，轻量车，特别是重心后面的车，对前轮的提升力特别敏感。 这对行驶中的汽车来说非常危险，如果前端有提升力而浮起，提升力将随着车速的增加而增加，由于前轮的附着力丧失，汽车将失去控制。 气动提升机及俯仰力矩、提升机及俯仰力矩对高速行驶汽车的操纵稳定性有很大影响。 对于轿车，如果在修订阶段不仔细考虑，强风时提升

13、力可达数十数百牛顿，这种附加力可减轻前轮的负荷，减少损害汽车操纵性的后轮的负荷，减少驱动力。 气举及俯仰力矩如下图所示，为各种外形的汽车提升系数的偏航角特性。 在没有侧风的情况下，一般的升力系数如果受到CL0.40.4的侧风的影响，则升力系数对应于偏航角以大致平方的比例增大，升力系数可能增加23倍。 产生的提升力和侧向风的合力有二次曲线式增加的倾向，对侧向风的稳定性有很大影响。 阻力系数小的车的升力系数大，空气的提升力和俯仰力矩、作用于汽车的空气，3540从车身上面流过，1015从下面流过，25从侧面流过，因此能够减小车身的上下压力差，使大量的气流流向侧面，减小提升力。 由于车身底部外形对升力

14、系数有很大影响，所以不能仅从侧面形状解析汽车的空气动力特性。 使底板下部线性化，发动机罩前端压低，通过缓和氟里昂窗口倾斜角，可以缩小前端提升力。 在流线型差、外形正的汽车中，风压中心几乎位于汽车中央；流线型越好的车，风压中心越靠近前部，是因为气流在汽车后部顺畅地流动，不受阻碍地向汽车后部施加的压力越小。 流线型良好的汽车(空气阻力小)，提升力和俯仰力矩相反大，可以看出是共生的不符点。 想通过提高气举来减少滚动阻力的想法是完全错误的。 气举的上升不仅严重影响汽车的动力性和操纵稳定性，而且提升气举时在云同步上产生的感应阻力会减少，远远大于滚动阻力。 克服提升力和俯仰力矩的汽车造型措施，1 .尽可能

15、使风压中心和重心接近修正。 2 .采取楔形的形状。 尽量压低车身前端，使尾部增厚，向上翘曲产生负步距角，车身前部倾斜将对向气流压向路面，抵抗车底空气压力造成的提升力。 采用后置或中置发动机的总配置方案，可使汽车前部非常低。 这是现在的跑车和赛车流行的配置形式。 3 .屋顶后端和车尾呈翘曲形状，可以很好地发挥降低提升力的作用。 横向力及偏航力矩因汽车受到横向力的作用而影响行驶直线性。 为了确保汽车的行驶稳定性，必须在减小横向力的同时，将横向力的作用点的风压中心移动至汽车重心的后方。 另一方面，如果使风压中心向后移动，则横向力有增大的倾向，因此如果使用尾翼使风压中心向后移动，则横向力也应该注意。

16、横向力及偏航力矩如下图所示为多种外形汽车的横向力系数的偏航角特性。 由该图可知，流线状越好，横向力系数越大，横向力系数与偏航角几乎成正比增加。 一般长度小、宽度大、车身低的汽车空气动力稳定性好。 在很多汽车中，风压中心在10偏航角范围内一定。 侧力矩、侧力矩对汽车左右车轮的重量分配有很大影响，直接影响汽车的横滚角。 侧倾力矩主要由车身的侧面形状决定，就像侧面流线状好的汽车，侧倾力矩相对较小。 汽车的高度和宽度对侧倾力矩有很大影响，一般低而宽的汽车侧倾力矩系数比高而细长的汽车侧倾力矩系数小。 汽车的设定、修正应使风压中心尽可能接近轧辊轴线。车身表面的压力分布，下图为某国产轿车的车身表面压力分布图。 车身表面的压力系数用Cp表示，式中的p车身表面压力p0大气压强。 一些典型轿车纵向对称面的表面压力分布、轻型轿车和卡车的表面压力分布、轿车的表面压力分布、轿车的表面压力分布，一般优选在氟里昂箱面罩和发动机罩附近开设空调气流入口。车身表面压力的测量、车身表面压力分布、车身表面压力分布、车身表面压力分布与车内外污垢、采暖通风、空调系统、发动机暖气片的蒸发制冷效果、雨中行驶的密封性及风噪声等密切相关。 通常，根据车身