第二章空气动力学基本原理

1、第二章 空气动力学基本原理 本课程以空气动力学和流体力学为理论基础，分析汽车周围的流场，研究作用在汽车上的气动力矩和气动力，并应用这些成果改善汽车的性能，因此要深入研究汽车空气动力学的问题必须熟悉这些原理和有关应用问题，多数问题在流体力学中都以涉及到，在此不再赘述，仅就和汽车比较密切的一些问题加以论述 21 理想流体和不可压缩流体一、流体能够流动的物质叫流体。由分子构成，都具有粘性、可以压缩。二、理想流体假想没有粘性的流体三、不可压缩流体忽略压缩性的流体。气体可压 液体不可压、当气体流速小于100米/秒时，也可以视为不可压缩流体，如低速风洞中均不考虑压缩性性。 22 定常流动和非定常流动 流线

2、 迹线 流谱一、 定常流动和非定常流动 风洞中提供 的流场是定常的。二、 流线 迹线 流谱 性质 定常流动中迹线和流线重合，如 图22 23 流体流动的连续性方程和 伯努里方程 一、连续性方程（条件定常）w 1、 可压缩 意义：质量流量为常数。 2、 不可压 意义: 体积流量为常数。二、伯努里方程意义： 02121pVpCAVAV221124 附面层及其分离现象 一 、 附 面 层的概念定义：粘性流体绕流物体时在壁面附近速度急剧变化的薄层。如图24 机翼和平板上的附面层 2、 特点（1）内部旋涡强度大惯性力和粘性力具有同样的数量级为粘性流体的有旋流动（2）外部旋涡强度小，惯性力大于大于粘性力，

3、为理想流体的无旋流动。（3） 厚度很小 。（4）在同一截面上压强相等 3、层流附面层和紊流附面层 判别准则 V 边界上的速度 x驻点到转捩点的距离 运动粘度 临界雷诺数 在平板上 51053106 VxReecR二、分离现象分析当粘性流体流过曲面物体时要发生分离现象如图251、M点之前 2、M点 3、S点分离点4、ST间断面 5、旋涡区压差阻力 6、汽车上的情况。 25 升力和阻力 一、流体对机翼的作用力理想流体绕流机翼时，由于上下表面弯度不同，上下气流不对称，形成图27所示的压强分布，将这个不对称的压强在整个机翼表面上积分，则得到力R ， 将R分解到x y方向 上，就可以得到升力和阻力。关于

4、升力的讨论1、Y和物体的形状有关。2、Y正比于速度的平方。3、Y与物体在流场中的方位有关Y 攻角 。二、关于阻力下节讨论26 摩擦阻力和压差阻力 一、摩擦阻力 1、 形成原因附面层内存在速度梯度 2、 影响因素 a、物体形状 b、边界层内的流动状态 二、压差阻力 1、形成原因 理想流体绕流圆柱体时，既无升力也无阻力，粘性流体时产生摩擦和附面层分离造成物体前后压强不对称则 XpdAPsin2、 影响因素a、 来流速度，同样的物体来流速度不同不同，分离点的位置不同，则不同。b、物体的形状 流线体很小，突然中断的截尾形状很大，为摩擦阻力的数十倍。c.在流场中的方位。 27 诱导阻力一、有限翼展的情况

5、 产生后缘旋涡和翼梢旋涡。二、诱导阻力形成的原因由于上述旋涡的存在产生一个诱导速度W，由V和W合成V升力则垂直于V ，将其在y方向和x方向上分解，则得到诱导阻力。诱导阻力 和粘性无关。三、汽车上的诱导阻力 汽车近似于一个有限翼展的机翼，底部压强大于上部的压强，在汽车侧面产生由车底向上的流动，产生诱导旋涡，如图212也产生诱导阻力。28 作用在汽车上的 气动力和气动力矩 一、气动力1、气动阻力2、升力 Y3、侧向力Z 二、气动力矩 1、侧倾力矩 2、横摆力矩 3、侧纵倾力矩XXXXpFiMXyYxzccMZxycMZyxc三、力系数和力矩系数1、力系数阻力系数 升力系数升力系数侧向力系数侧向力系数AVXCx221AVYCy221AVZCz2212、力矩系数纵倾力矩系数横摆力矩系数侧倾力矩系数其中：A-汽车正投影面积 l-汽车长度AlVMmzz221AlVMmyy221AlVMmxx221宽宽dVReAVDCD221圆圆 柱柱半半 管管半半 管管方方 柱柱平平 板板椭椭 柱柱椭椭 柱柱dVReAVDCD221球球半半 球球半半 球球方方 块块方方 块块矩矩 形形 板板(长长/宽宽=5) 104 1051.2 4 1041.2 4 1042.3 3.51042.0 1041061.98 1105