流体力学在车辆工程中的应用与分析

1、流体力学在车辆工程中的应用与分析讨论背景 近年来随着液压与气压技术的发展和在车辆工程的应用，车辆的各项性能都有了很大地提高，尤其是现代车辆上使用了电脑、机电液一体化的高新技术，使车辆的发展更上了一个新的台级。了解流体力学在车辆工程中的应用，不仅可以加深我们对于专业学习的理解，对于从事汽车理论学习和设计制造维修的人员更加具有重要的意义应用范围 流体力学在汽车外型上的应用 流体力学在自动变速器中的应用 流体力学在悬架系统中的应用 流体力学在制动系统中的应用 流体力学在减震系统中的应用 流体力学在转向系统中的应用 流体力学在防抱死系统中的应用减小阻力 随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考虑机械工程学

2、、人机工程学和美观，并且越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。降低风阻和提高下压力有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力增加附着力 从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面的间距变窄，而车体的前后部与地面的距离较大。这样，流体在通过狭窄的部分时，流速加快，此处的压力就会下降，使车体被吸向路面，增加附着力，从而防止打滑，使高速

3、行驶变为可能汽车外流场分析 对汽车车身来说，空气阻力分为摩擦阻力对汽车车身来说，空气阻力分为摩擦阻力和压力阻力。摩擦阻力由空气的粘性在车和压力阻力。摩擦阻力由空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向上身表面产生的切向力的合力在行驶方向上的分力的分力;压力阻力则是作用在汽车车身表面压力阻力则是作用在汽车车身表面上的正压力的合力在行驶方向上的合力。上的正压力的合力在行驶方向上的合力。它可以分为形状阻力它可以分为形状阻力 干扰阻力干扰阻力 内循环阻力内循环阻力和诱导阻力。和诱导阻力。在空气阻力中，形状阻力约占在空气阻力中，形状阻力约占60%。可见车身形状是影。可见车身形状是影响空气阻力的主要

4、因素响空气阻力的主要因素F=(C*A*U)/21.25F:空气阻力空气阻力C:空气阻力系数空气阻力系数A:迎风面积迎风面积U 车速的平方车速的平方迎风面积取决于汽车容量尺寸，迎风面积取决于汽车容量尺寸，受乘客使用空间限制，不宜进一受乘客使用空间限制，不宜进一步减少。因此，人们更关注空气步减少。因此，人们更关注空气阻力系数的减少。阻力系数的减少。应用举例19世纪末的箱式车世纪末的箱式车头部突起迎风面积小，后部陡峭。头部突起迎风面积小，后部陡峭。阻力系数（阻力系数（CD）很大）很大 约为约为0.8 20世纪30年代的甲壳虫车阻力系数约为0.6阻力系数阻力系数0.45 左左:船型汽车船型汽车 右右:

5、楔形汽车楔形汽车阻力系数阻力系数0.3 阻力系数阻力系数0.2未来型汽车未来型汽车阻力系数阻力系数0.137回主回主目录目录流体力学在自动变速器中的应用 汽车自动变速器常见的型式有液力自动变速器（AT）、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)、双离合器变速器（DSG）。目前应用最广泛的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来实现变速变矩。其中液力变扭器是最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。换挡阀实物图实际应用回主目录回主目录流体力学在悬架系统中的应用 汽车电控液

6、压悬架可以使司乘人员都有乘坐软弹簧的舒服感，而且还能保证汽车的灵活性和稳定性。目前轿车上采用的电子控制悬架都具有灵敏的车高调节功能，不管车辆(规定范围)如何变化，都可以保持汽车的一定高度，大大地减少了汽车在转弯时产生的倾斜程度。当车辆在凸凹不平的道路上行驶时可以提高车身的高度，当车辆高速行驶时又可使车身的高度降低，以减少风的阻力。汽车电控液压悬架还具有衰减力的调节功能，以提高车辆的稳定性。在急转弯、急加速和紧急制动时，还可以抑制车辆姿态的变化汽车悬架的发展 1934年通用汽车公司采用了前螺旋弹簧独立悬架。 1938年通用在别克汽车上第一次将螺旋弹簧应用在后悬架。 1950年福特汽车公司的麦弗逊

7、制成了麦弗逊式独立悬架。 1956年英国利兰、法国雪铁龙使用液压悬挂。 1984年林肯大陆轿车开始采用空气悬挂系统。 1987年日本田公司推出采用空气弹簧的主动悬架 汽车悬架的作用 缓和车辆受到来自路面的冲击力 衰减由于弹性系统引起的振动 将轮胎所受侧向力、纵向力传递至车身 使车轮和车身保持几何关系回主回主目录目录悬架实例悬架实例流体力学在制动系统中的应用 由于汽车的行驶速度和单次运行距离都有了很大地发展，行驶动能大幅度地提高，从而使得传统的摩擦片式制动装置越来越不能适应长时间、高强度的工作需要。由于频繁或长时间地使用制动器，出现摩擦片过热衰退现象，严重时导致制动失效，威胁到行车安全。车辆也因

8、为频繁更换制动蹄片和轮胎导致运输成本的增加。为了解决这一问题，应运而生的各种车辆的助制动系统迅速发展，液力缓速器就是其中的一种工作原理工作原理回主回主目录目录流体力学在减震系统中的应用 为了保证机车车辆在线路上安全、 平稳地运行， 必须在其走行部即转向架中装用具有良好性能的弹簧悬挂减振装置。这种装置的组成部分包括 减振器， 它起减小车辆悬挂系统振动的作用， 如采用液压减振器或摩擦式减震器。减振器工作时， 活塞在油缸中往复运动， 油液在缸中流动时经阻尼阀而产生减振阻力， 同时， 减震器将系统的振动能量转化为油液的热量而散逸工作原理回主回主目录目录流体力学在转向系统中的应用 汽车在行驶过程中，需按照驾驶员的意志经常改变其行使方向，即所谓汽车转向。液压式动力转向系组成：由一套机械转向系和液压转向装置组成。其中液压转向装置由转向油罐、转向油泵、转向控制阀、转向动力缸组成液压动力转向器直线行驶直线行驶右转向时右转向时左转向时左转向时转向油泵回主目录回主目录流体力学在防抱死系统中的应用 汽车突然遇到情况发刹车时，车子十分容易产生滑移并发生侧滑。造成汽车侧滑的根本的原因是汽车在紧急制动时车轮轮胎与地面的滚动摩擦会突然变为滑动摩擦，轮胎的抓地力几乎丧失。防锁死刹车系统，由轮速感应器