第五章(二)货车气动造型

1、52 货车的气动造型 货车空气动力学的重要性：a、 货车的设计趋势 船式货箱厢式货箱转化， 本讲义以厢式货车为主进行讨论。b、由于该车型迎风面积大、阻力大，在正常的速度区间内 3661的发动机功率为空气动力所消耗。若气动阻力下降1而获得的节油量是小轿车的十几倍。货车空气动力学愈发受到人们的重视。 一、货车周围的流谱和压强分布 1、 流谱 研究流谱的意义：关心的问题主要是阻力问题。 摩擦阻力 阻力 压差阻力主要部分 诱导阻力 要研究阻力必须熟悉表面的流动情况。 a 、头部：气流受到阻滞或滞止，流速下降压强升高。故在头部存在一个较高压强的正压区，是压差阻力的主要来源。 b、 顶部气流：在驾驶室顶缘

2、分离后又附着，在驾驶室顶部向后流动直接冲击厢体高出驾驶室的部分，形成较高压强的正压区，由于该区域产生涡流，正压区借助旋涡而扩大；另一方面，在这一高压作用下部分气流沿间隙向下流动，在厢体下部侧缘向两侧分流，加剧侧缘处的分离；在顶缘形成较大的气流分离区，形成负压，影响稳定性。气流在分离区之后附着向后流动进入尾流。 c 、底部气流：类似于轿车底部的流动，由于离地间隙大，进入底部的气流量相对增多，加之底部粗糙，阻力大P和侧面VP,故侧面下部向上翻卷的螺旋流较强。 d、 侧面气流：侧面气流：对于具有较大曲率的前面板和较大半径圆弧侧缘的驾驶室，由正面向侧面折转的气流平顺，不分离地沿侧面流动，对于前面板曲率

3、较小、侧缘又是棱角的驾驶室，将在侧缘产生气流分离，产生气流分离区，流过这个区域后又附着在驾驶室的侧面向后流动，在驾驶室后缘分离，加之厢体侧缘的影响和间隙处的下行气流，厢体侧缘将诱发较大的气流分离区，又加之底部的上卷旋涡，将在侧面形成较强的螺旋流，对于某些车型这个螺旋流将发展到厢体顶部，如图58所示，这种螺旋流将使增大，同时对稳定性构成较大的影响。 e 、尾流：尾流由侧面螺旋流上卷旋涡下卷旋涡构成，是一个复杂的涡系，使气流能耗加大，加之气流由前到后的不可逆损失，后部将呈现较强的负压。是压差阻力的重要来源。 2、压强分布 如图510所示 前部正压区压差阻力 顶部负压阻力、稳定性 后部负压 压差阻力

4、3、旋涡对气动性能的影响： a、 消耗能量 生成、脱落、旋转均消耗能量，这些能 量消耗均体现为汽车前进的阻力，故旋涡可使增 加。 b、 污染：旋涡的旋转将其所携带的尘土抛洒在汽车表 面形成对汽车表面的污染，影响驾乘人员的视线。 c、 气动噪声：旋涡在某些部位的生成和脱落将使该部 位的压强交替变化，使之产生高频振动，产生不同 频率的气动噪声。 d、 某些部位的旋涡区可使车体产生屏蔽作用，如后述 的厢式货车驾驶室顶部的气流分离区即有这种功能，虽然旋涡本身要消耗能量，但收益大于消耗，净收益可使气动阻力下降。 4、切向力系数：如图511所示 其大小和 有关。由CT的定义0时即图512是几种车型的CT

5、曲线，由图知随车辆外形的增大 随 的增量增大。 CTV AT122CCTX0CCTX二、货车外形对气动力的影响 厢式货车的外形是大同小异的 同均由厢体和驾驶室构成。 异造型上的细微差异和尺寸的不同，从而区分出气动性能的优劣，如何处理车型的细微之处，是造型人员施展才能的所在，该部分分为车体基本外形和附加装置进行讨论。该部分为要讨论的第一部分。 1、 不同形状驾驶室的气动特性 a、厢型驾驶室 各前缘均是棱角或较小半径的圆弧过渡，因此均有分离，分离区对厢体起着屏蔽作用，避免气流直接冲击厢体，从而避免了厢体上的正压区，单从驾驶室的形状看，气动特性不如流线型的驾驶室，但由于屏蔽作用，使整车的气动特性优于

6、流线型驾驶室的厢式货车。 b、流线型的驾驶室 无分离区或分离区较小，气流在分离区后附着，沿壁面高速流动，直接冲击厢体高出驾驶室的部位，在侧面则冲击宽出驾驶室的部位，使,这种驾驶室自身的气动特性优于厢型驾驶室，整体性能有时不如厢型驾驶室的气动性能。如图513所示。（一）驾驶室的形状有上述知，驾驶室的设计应和厢体的设计综合考虑，才能获得好的效果。 2、不同形状驾驶室的厢式货车在侧风情况下的气动特性 图414示出了两种（厢型和流线型）驾驶室的厢式货车的侧风特性。 a、 整车的侧风特性 由图414知： 减小：由于厢型驾驶室的导流作用，CT小于流线型驾驶室的厢式货车。 增大：上述导流罩作用破坏，而驾驶室

7、的气动性能又明显不如流线型驾驶室，随着增大， CT增加较快，而流线型车增加较慢，但流线型车随着增大，直接冲击厢体的气流量减小，故随着增大， CT增加较慢。 b、 驾驶室的侧风特性 、从两种驾驶室的总体情况看，流线型明显低于厢型驾驶室的厢式货车。 、当增大时，厢型驾驶室头部的迎风面积向小于90度的方向发展，棱角起着导流作用， CT随着增大而有所减小。而流线型原来头部的正压区就不大，当 0时处于最佳状态，但随着增大这种状态被破坏，故CT增大。 c、 厢体的侧风特性 、从整体上看，流线型对应的厢体CT明显大于厢型驾驶室对应的厢体，因为流线型驾驶室不产生分离所带来的屏蔽作用。 、 增大时，流线型驾驶室

8、对应的厢体CT变化不明显，而厢式驾驶室的厢体随增大上述的导流效果减弱，故CT明显增大。 （二）货厢的高度对气动力的影响 由上述知，驾驶室的气动特性对整车的影响较大，故分析厢体高度对的影响，必须区分驾驶室的情况。 A型 ： 由于存在分离区的导流作用，使气流上抛，当H较小时抛射角相对较高，在厢体前缘仍不能附着，所以阻力较大；当H逐渐增大时，导流作用得以发挥，故H增大阻力下降，达到某一数值时阻力最小，这时气流匹配得当，当H进一步增加时，破坏了这种最佳匹配，气流折射不足，仍有部分气流冲击厢体，故H越大，阻力越大。B型：驾驶室作了园化处理，驾驶室上的气流不分离或者分离区较小，故H增大，冲击作用增强，阻力

9、增大，且H愈大阻力增加愈快。 2、 形状基本不同的驾驶室 A普通型 B流线型 C方型 分析：由图知，当h0时，驾驶室的阻力在总阻力中占很大的比例，此时，流线型的最小，当h增大时，变化同上述分析。对于普通型和方型，当h由0开始增大时，导流罩的作用使下降，达到一定数值时，阻力最小，普通型0.6m，当h进一步增大时阻力上升。 结论：不同驾驶室对应不同的Cxh曲线，对于流线型的驾驶室最好不要增加h，对于方型和普通型，在一定范围内增加h可以使阻力下降，但有一最佳值。 （三）驾驶室和货厢之间的间隙对气动力的影响为什么留间隙：发动机维修、转向等原因1、 间隙处的流动特性当间隙增大时，由驾驶室顶部流过来的气流

10、向下偏斜，使厢体上部的冲击区增大，正压区增大，同时气流向下流动的趋势增强，从而干扰侧面的气流，虽然驾驶室后部的涡流增强，其压差阻力有所增大，但不是主导因素，如图518a所示，当时，驾驶室、底座的阻力变化很小，而厢体的阻力随S的增大有较快的增大，原因如上所述。图518b示出了驾驶室、底座、和厢体三者的气动阻力系数随的变化关系，由图知驾驶室和厢体阻力随的增大而明显增大，而底座的变化不明显。 2、 三种不同间隙值的货车的气动性能 A、 间隙小0时， Cxmin , 增大时CT增量小。 B、 间隙较A大， 0时，Cx增大， 增大时CT增 加较快。 C、 间隙最大 0时， Cx最大， 增大时CT增加 较

11、快。原因如前述。 3、 开式货厢货位的影响 当开式货厢有高于驾驶室的货物时，也产生前述整体式货厢的流动特性，图520是当货物在不同的货位时的气动性能. 4、 厢体前缘园化 某种车型当厢体前上缘采用园角时，半径取一定的数值时，气动阻力系数可下降8，原因：利于气流向上折转，疏导前部正压区内的气流，使正压区减小，同时上部的气流分离区减小，故气动阻力系数减小。 以上讨论了驾驶室的形状、厢体高度和间隙等对气动阻力特性的影响，所获得的数据都是对于一定的车型而言的，仅供参考，不宜照搬，需根据风动试验确定有关数据。 三、货车的气动附加装置对气动力的影响 对于货车的基本形状进行合理设计，可以获得好的气动力性能，

12、但是由于车型结构上的原因，将不可避免地产生不利于改善气动力性能的流动机制，这时仅靠对基本形状进行优化设计已不能带来好的效果，或根本无法实现，这时可在某些部位加设一定的气动附加装置，可获得好的效果，从而使气动力性能更加改善，图521为某车型安装的气动附加装置示意图。 （一）导流罩 1、 改善气动特性的机理 厢体前部是一正压区，并诱发侧缘和顶缘的分离，从而使气动阻力系数和气动升力系数增大，若在驾驶室上部安装导流罩，可造成下述流动机制，改善气动性能： a、 靠导流罩自身的形状疏导气流向后流动避免对厢体的冲击，避免正压区和分离区的产生。 b、 靠导流罩制造的旋涡区起屏蔽作用，产生同a的同样功效。 图2

13、2和图523为某种车型安装导流罩后的流谱和压强分布情况。 2、 导流罩的形式 A型 靠自身的形状疏导气流，根据功能的不同又派生出C、D两种。 C型 只对流向顶部的气流起导向作用。 D型 同时对流向顶部和侧面的气流起导向作用，有侧风时效果较好，可减小30。 如国产STEYR35型车安装C、D两种形式的导流罩在无侧风的情况下，1：10模型的风洞试验结果减小22和18。 B型 导流罩为直立于驾驶室顶部的板状物体，在驾驶室顶部制造一个可利用的气流分离区，对厢体起屏蔽作用，其设计参数需在风洞中试验确定。一般阻力减小15。 3、 导流罩的安装参数对气动性能的影响1） 以平板式为例 如图525所示a、 角度

14、改变时将改变气流的向上抛射角度。b 、 x/l的改变也将改变气流和厢体之间的相对位置，从而也将改变气流的匹配状态，Cx也将改变，在几个角度之下，x/l0.3时，x/l 相对较小，角度和x/l两者决定着最佳匹配状态的产生，其流谱如图526所示：A上抛过高增压区消除，但分离区较大； B匹配最好，正压区消除不分离； C低抛存在增压区，上部有分离。图527是STYER导流罩后缘的安装高度和的关系，由图知当h/H=0.2时即流谱对应B的情况。当有侧风时气流的匹配变的不那么重要，由图528可知，在某一角下改变，变化较小。 2）其他形式的导流罩也存在同样的问题即x/l和等参数的变化将改变 。 3）高顶驾驶室

15、 这种设计将驾驶室顶部设计成导流罩的形状，不仅阻力减小，而有效地增大了有效内部空间，改善驾乘人员的舒适性，如图529所示。 （二）侧风装置 导流罩可有效的改善0时的气动特性，为改善有侧风时的气动特性，往往采用以下几种气动附加装置： 1、 驾驶室和厢体之间的密封板 原理：当有角时气流横穿间隙，迎风面积增大，尾涡区增大，阻力增大，当安装密封板时，可以防止气流横穿，改善气动特性。图530示出了其结果，由图知5150 范围内最大，收益可达15。 2、 侧裙 机理：当0时气流横穿底部，冲刷底部的粗糙物和粗糙表面，破坏了0时的最小阻力流谱，阻力增大，当汽车侧面底部安装侧裙时，可以防止气流横穿，改善气动特性

16、。由图531知50时，增大Cx迅速增大；在200时均有效果。另外还有其他优点，防止泥水飞溅、人或小汽车钻入汽车底部。 3、 厢前体涡流稳定器 原理：形状厢前体的板状物体，如图532 当0时破坏厢体上的大结构旋涡，使之强度下降，不易影响下面的负压区，从而减小正压区； 另一方面可使驾驶室后部的旋涡破碎静压回升，使驾驶室的压差阻力减小，再者可部分地防止气流横穿间隙，从而使气动性能改善。图532示出了涡流稳定器对切向力系数的影响。A-无 B-有 C涡流稳定器+侧裙由图知在10的范围内减阻作用明显。 (三)厢前体整流罩对气动力的影响 构造：设置在厢前体的具有整流效果的构造物。 1、 原理：靠构造物的形状

17、疏导气流，使气流向各面分流，避免了正面的正压区和各缘的分离，从而阻力下降。 和导流罩的区别：导流罩靠自身的形状疏导气流，或者靠制造的旋涡区屏蔽厢体的迎风面，达到减小气动阻力的目的，导流罩自身要产生附加阻力，使其作用有所削弱，而整流罩在厢体上无附加阻力，故一般效果好于导流罩，但可能牺牲间隙的功能。 2、 形状不同效果不同，如图5-33所示，三种差别较大。 3、 驾驶室的形状不同效果也不同如图5-34所示： A、 不同驾驶室安装整流罩后效果不同。 B 、同样情况整流罩的效果好于导流罩。 (四)减小压差阻力的气流导管 1、 构造：如图5-35所示，一个贯穿于整个厢体的管路，后部伸入尾涡区，打碎尾涡区

18、的旋涡，前部突出于厢体前缘或与前缘平齐。 2、 原理：在厢体前引入高能气流，射入尾涡区，打碎旋涡，减小旋涡的能量消耗自身速度降低压强回升，从而使压差阻力减小。 3、 例子1：25的模型，两种安装方案 A、前端伸出 减小47% B、 前端平齐 7% 差异的原因：伸出的离开厢体，进入的气流速度高，平齐的受厢体的影响，气流速度低，能量小，效果也小。 缺点：侧风时效果不好。 (五)前部扰流器 原理同轿车 例子：EQ140-I型安装扰流器后阻力减小4.7% CA141(解放)减小 8% 最佳效果9%(六)后部涡流稳定器 原理： 破碎后部的旋涡，减小能量损失使静压回升，阻力可减小9%。 （七） 后部挡板拟制上卷旋涡，提高进入尾涡气流的能量（八）后部扰流器（八）后部扰流器( (九九) )底部填充护板底部填充护板原理：避