第二章-汽车空气动力性能

1、太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 12022-5-23 1太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系孙桓五孙桓五 教授教授第二章汽车的空第二章汽车的空气动力性能气动力性能太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系第二章讲课提纲第二章讲课提纲2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 2汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车各部分形态与气动特性的关系汽车各部分形态与气动特性的关系空气作用于汽车车身的力和力矩空气作用于汽车车身的力和力矩汽车空气动力学基本原理汽车空气动力学基本原理概述概述提高汽

2、车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.1概概 述述空气动力学空气动力学（ aerodynamics）是流体力学的一个分支,是研究物体在空气中做相对运动时，物体与空气间相互作用关系的一门学科，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化汽车空气动力学汽车空气动力学（ Automotive aerodynamics）汽车空气动力学主要研究汽车在流场中所受到的气动阻力、升力、侧向力三个力及其相应的力矩，研究这些力及力矩对汽车阻力、侧向稳定性、气动噪声、灰尘附着、发动机冷却、驾驶室通风等的影响2022-5

3、-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 3太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 4汽车行驶阻力汽车行驶阻力 滚动阻力滚动阻力Ff空气阻力空气阻力FW坡度阻力坡度阻力Fi加速阻力加速阻力Fj2.12.1概概 述述太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.1概概 述述汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力滚动阻力Ff空气阻力Fw坡度阻力Fi加速阻力Fj上述阻力中，滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的。坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在。在水平道路上等速行驶就没有坡度阻力和加速阻力2022-5-23太原理工大

4、学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 5jiwfFFFFF汽车行驶总阻力汽车行驶总阻力太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.1概概 述述2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 6 空气阻力所消耗的功率与车速的三次方成正比，空气阻力所消耗的功率与车速的三次方成正比，在在车速高的时候，空气阻力将是主要的阻力车速高的时候，空气阻力将是主要的阻力。 太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.1概概 述述空气动力对汽车性能的影响空气动力对汽车性能的影响对动力性能的影响影响高速时的加速性能影响最高车速对燃油经济性的影响高速行驶时空气阻力是最大的阻力，小型客车50%的、

5、普通货车32%左右燃油用于克服空气阻力载货汽车气动阻力系数降低30%，并以80km/h行驶，可降低油耗12%-13%例如：对于CdA=0.8m2的轿车 V=65km/h时，55%的能量克服空气阻力 V=90km/h时，70%的能量克服空气阻力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 7太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.1概概 述述对安全性能的影响高速时的加速性能影响行车安全气动升力影响汽车操纵稳定性和制动性气动力稳定性影响汽车操纵稳定性对舒适性能的影响高速时风噪是影响舒适性的重要因素空气动力学对于车厢内的通风、温度、尘土污染有重要影响对汽车外形演变的影响汽车

6、的空气动力学特性取决于汽车外形 空气动力学影响人们的审美观气动性能决定现代轿车外形的最重要内容2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 8太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系第二章讲课提纲第二章讲课提纲2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 9汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车各部分形态与气动特性的关系汽车各部分形态与气动特性的关系空气作用于汽车车身的力和力矩空气作用于汽车车身的力和力矩汽车空气动力学基本原理汽车空气动力学基本原理概述概述提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施太原理工大学车辆工程系

7、太原理工大学车辆工程系2.2空气在汽车周围的流动情况空气在汽车周围的流动情况连续性方程连续性方程对于定常流动，流过流束任一截面的流量相等1V1A1= 2V2A2= 3V3A3= = 常数对于不可压缩流体1= 2= 3= = 常数，所以V1A1= V2A2= V3A3= = 常数连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表现形式连续性方程说明了流速与面积之间的关系，说明在截面较小的地方流速较高，在截面较大的地方流速较低2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 10太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.2空气在汽车周围的流动情况空气在汽车周围的流动情况伯努利方程伯努利方

8、程 -流体的重力势能、压力势能、动能之和为常数当气体流速不高、密度可视为不变，并且由于空气重力很小，则有 -流体的静压力与动压力之和为常数伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表现形式该方程说明，流速越大，动压力越大，但该点的静压力（压力）越小，在前端滞点处，流速为零，压力最大例题例题2-12022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 11常数221mVpmmgZ常数221Vp太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气在汽车周围的流动情况空气在汽车周围的流动情况2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 12太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程

9、系空气在汽车周围的流动情况空气在汽车周围的流动情况2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 13太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成根据连续性方程和伯努力方程，如果空气是非粘滞根据连续性方程和伯努力方程，如果空气是非粘滞的，则在理想大气中运动的任何物体表面压力之和的，则在理想大气中运动的任何物体表面压力之和为零为零2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 14太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气在汽车周围的流动情况空气在汽车周围的流动情况附面层附面层由于流体具有粘性，因此相对于物

10、体表面运动时会产生摩擦作用，靠近物体表面处的流体有粘附在物体面上的趋势，其靠近物体表面处速度为零，速度随着距离的增大而增大，我们将这个速度发生变化的薄层称为附面层附面层随流程的增加而增厚2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 15太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 16太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 17太原理工大学车辆工

11、程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 18太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成分离点分离点流速趋于零的点，标志着边界层与物体表面出现分离，是尾涡流区的分界线尾涡会损失动能，或者说，尾涡区内的压力与分离点处的压力几乎相等，因此较低（负压，吸力），物体前后的压差就形成了压差阻力（主要受形状影响，因此也成为形状阻力）2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 19太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现

12、象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 20太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成减少或消除尾涡，延减少或消除尾涡，延缓分离现象的方法缓分离现象的方法截面应逐渐变化，避免流管截面骤然增大，从而使气流保持相当速度采取措施，加快可能出现分离区域的气流速度（见P15图2-3）2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 21太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气的分离现象及涡旋的形成空气的分离现象及涡旋的形成2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原

13、理工大学车辆工程系 22太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系第二章讲课提纲第二章讲课提纲2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 23汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车各部分形态与气动特性的关系汽车各部分形态与气动特性的关系空气作用于汽车车身的力和力矩空气作用于汽车车身的力和力矩汽车空气动力学基本原理汽车空气动力学基本原理概述概述提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩车身上压力的分布车身上压力的分布2022-5-23太原理工大学车

14、辆工程系太原理工大学车辆工程系 24太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩车身上压力分布的两种表示方法车身上压力分布的两种表示方法2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 25太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 26思思考考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？ 打开天窗换气时，天

15、窗打开天窗换气时，天窗上方的压力低于车内的压力。上方的压力低于车内的压力。太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩气压中心气压中心车身所受到的空气动力合力称为气动力气动力合力在汽车上的作用点成为气压中心（风压中心）气压中心一般难以与汽车的质心重合气动力合力F为-其中A为迎风面积（正投影面积）,C为阻力系数，与车身形状有关2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 27ACvF221太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩气动力在三个坐标方向的分力气动力在三个坐标方向的分力

16、沿X方向的气动阻力D(Drag)沿Y方向的气动升力L(Lift)沿Y方向的气动侧向力S(Side Force) -其中CD,CL,CS分别为气动阻力系数、升力系数、侧向力系数2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 28DACv221DLACv221LsACv221S太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩CD,CL,Cs是汽车空气动力学中最重要的参数，是评价汽车空气动力学性能的主要指标CD,CL,Cs取决与汽车的外形及表面状况与迎风面积无关气动力矩气动力矩由于气动力一般与质心不重合因此将力平移到质心后会产生气动力矩气动

17、力矩有：俯仰力矩PM （Pitching Moment) 、横摆力矩YM(Yawing Moment) 、侧倾力矩RM(Rolling Moment)2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 29太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩SAEJ1594规定也可以表示为(My = PM)， (Mz = YM)， (Mx = RM)俯仰力矩PM（ My ）以Y轴为中心，抬头为正横摆力矩YM(Mz )以Z轴为中心，车头右偏为正侧倾力矩RM(Mx )以X轴为中心，右倾为正2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工

18、程系 30太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 31太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩空气阻力（气动阻力）空气阻力（气动阻力）汽车行驶时，其表面与空气相互作用而产生的阻力统称为空气阻力空气阻力主要与汽车的行驶速度及汽车外形有关空气阻力分为摩擦阻力与压力阻力两部分摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。摩擦阻力与车身表面质量及表面有关。压力阻力是作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的

19、分力。压力阻力中的形状阻力占主要部分，所以车身主体形状是影响空气阻力的主要因素，改进车身流线型体是减少空气阻力的有效途径。2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 32太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在车身上气动力和力矩作用在车身上气动力和力矩作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力形状阻力（压差阻力Form Drag）干扰阻力(Interference Drag)内部阻力(Internal Flow Drag)诱导阻力(Induced Drag)摩擦阻力(Skin Friction)前四种是由于压力造成的阻力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太

20、原理工大学车辆工程系 33太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系空气阻力的组成 4.1 4.1 轿车的空气阻力轿车的空气阻力 由轿车表面凸出的零件引起气流相互干扰而产生的阻力 车身前部的正压力和车身后部的负压力所产生的压力差而引起的阻力由轿车室内通风的气流和冷却发动机的气流所造成的阻力。 由升力引起的 由于空气的粘滞性在车身表面所产生的摩擦力 2022-5-23 34太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力形状阻力（压差阻力）形状阻力（压差阻力）汽车前后

21、压力差造成的其大小由汽车外形决定气流分离点设计是减少形状阻力的主要内容2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 35F压力压力F真空拉力真空拉力F压阻压阻= F压力压力+ F真空拉力真空拉力太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力干扰阻力干扰阻力汽车表面凸起物对气流的干扰形成的要避免凹、凸起物，仔细设计门把保险杠等附件2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 36太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车

22、辆工程系 37太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力诱导阻力诱导阻力气动升力在水平方向的分离诱导阻力与升力和车身宽长比有关（见P17公式2-10）减小升力系数和适当增宽车身可以减小诱导阻力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 38F太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力摩擦阻力摩擦阻力由于空气的粘滞性而形成的空气与车身表面以及附面层之间的摩擦力造成的取决于车身面积和光滑程度总气动阻力总气动阻力车身气动设计时主要内容,它取决于气动阻力系数、汽车正投影面积和车速其中正投影面

23、积A可以估算 A=0.81BH2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 39DACv221D太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系作用在汽车上的气动阻力作用在汽车上的气动阻力常见车气动阻力系数见表2-2和表2-32022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 400.15 - 0.15 - Aptera MotorsAptera Motors Typ-1 Typ-10.25 0.25 Toyota PriusToyota Prius, 2010, 20100.28 - 0.28 - Toyota CamryToyota Camry0.48 - 0.4

24、8 - Volkswagen BeetleVolkswagen Beetle0.57 - 0.57 - Hummer H2Hummer H2, 2003, 20030.9 -a typical 0.9 -a typical bicyclebicycle plus plus cyclistcyclist太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动升力和俯仰力矩气动升力和俯仰力矩气动升力气动升力升力是由于汽车上下部曲线曲率不同，使得气流流速不同而产生的压力差造成的，压力差越大，升力越大升力会引起诱导阻力，产生俯仰力矩，升力大俯仰力矩也大升力会降低轴载荷，降低附着力，影响动力性、操作性和稳定性，

25、但也能降低一点油耗（绝对不可取），某轿车160km时，前轴升力占车重20%-25%从安全角度讲，降低升力比降低阻力更重要，升力最好为零，甚至为负最好2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 41太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 42太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动升力和俯仰力矩气动升力和俯仰力矩影响升力的主要因素影响升力的主要因素拱度及迎角汽车的升力产生与飞机机翼相似，机翼上下表面曲率不同造成上下表面流速不同而产生升力汽车也可以看作是由中线（车身横截面中心点连线）、前缘（中心线与前端

26、的交点）、后缘（中心线与后端的交点）和弦（联接前缘与后缘的直线）组成的一个类机翼形态2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 43太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动升力和俯仰力矩气动升力和俯仰力矩弦高与弦长的比值称为拱度弦与轿车前进方向之间的夹角称为迎角，规定前高后低的弦线迎角为正，前低后高的弦线迎角为负根据机翼理论，拱度越大升力系数越大，迎角越大（16度内）升力系数越大，由于拱度降低受限制较多，因此大多采用前低后高降低迎角可以降低升力，故前倾的轿车及客货车升力较小也可以采用前扰流板、后扰流板来调整拱高和迎角，降低升力2022-5-23太原理工大学车辆工程系

27、太原理工大学车辆工程系 44太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动升力和俯仰力矩气动升力和俯仰力矩2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 45太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动升力和俯仰力矩气动升力和俯仰力矩阻塞底部气流对升力的影响阻塞前部产生负升力放置平台上产生正升力阻塞后部产生极大的正升力因此减少流入地步气流，安装平整地板有助降低升力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 46太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动升力和俯仰力矩气动升力和俯仰力矩地板离地间隙过小的离地间隙会使流过车顶的气流增加，导致流速增加，

28、并且地板附面层与地接触，增加阻力，降低车底流速，升力系数增大适当增加高度，使气流顺畅，提高车底流速（文丘里效应），降低升力系数过高后文丘里效应减弱，升力系数又开始升高2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 47太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动升力和俯仰力矩气动升力和俯仰力矩 后背倾角对升力的影响后背倾角对升力的影响 车前部对升力的影响车前部对升力的影响 前窗倾角对升力的影响前窗倾角对升力的影响(P19页页)2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 48太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩气动侧向

29、力、横摆力矩和侧倾力矩气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩当汽车行驶方向与风向不平行时，会产生气动侧向力同时会产生横摆力矩和倾覆力矩气压中心对横摆力矩和侧倾力矩有重要影响，即对行驶稳定性有重要影响2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 49太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩当气压中心位于质心之前（靠近前轴）时，横摆力矩Mz使车沿顺时针方向转动，也就是顺侧风方向转动，进一步增强侧向风作用，导致车失稳当气压中心位于质心之后（靠近后轴），横摆力矩Mz使车沿逆时针方向转动，也就是顺侧风

30、方向转动，削弱强侧向风作用，具有增稳作用2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 50太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩流线型较差，外形方正的汽车，风压中心靠近中部流线型越好的汽车，风压中心越靠近前部，这是因为气流在车尾能够很好流动不受阻碍，故甲壳虫车稳定性不佳尽可能减少车前部侧面投影面积，增加车尾部侧面投影面积可是风压中心靠后轴在车尾增加尾翼也可增加侧向稳定性长头短仓的跑车造型、行李舱较高的（背部坡度较小）、尾部厚度较大的车，采用陡然割尾造型的快背式造型气压中心均较后，因此目前较为流行实验表明长度较小

31、、宽度较大、车身低矮的轿车，稳定性更好（偏航力矩小、倾覆力矩较小）2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 51太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 52太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩气动侧向力、横摆力矩和侧倾力矩2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 53太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系第二章讲课提纲第二章讲课提纲2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大

32、学车辆工程系 54汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车各部分形态与气动特性的关系汽车各部分形态与气动特性的关系空气作用于汽车车身的力和力矩空气作用于汽车车身的力和力矩汽车空气动力学基本原理汽车空气动力学基本原理概述概述提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性空气在物体周围的物理特性空气在物体周围的物理特性运动物体周围有一个附面层由于空气具有粘滞性故附面层可以是层流（规律的分层流动），也可能为涡流（湍流）层凸起部分流速高，压力低，凹下部分流速低，压力高层流与湍流的转

33、换点称为分离点，分离点后出现气流倒流现象，成为湍流区，并导致阻力增加2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 55太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性车身上的附面层大部分为湍流层，湍流层会增加摩擦阻力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 56太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 57太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性汽

34、车前端形状对气动特性的影响汽车前端形状对气动特性的影响流谱：发动机罩和风窗玻璃处有转角，会阻挡气流导致气流减慢，气压升高，在S点出现分离，在R处气流重新附着，并继续加速流动2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 58太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性影响汽车前端气动特性的主要因素影响汽车前端气动特性的主要因素发动机罩和风窗玻璃处夹角角越大，x/d越大，附着点R越靠上，x/c越小，分离点越前移，涡流区增大，故减小角，在拐角处开设通风口有利于减小涡流发动机罩三维曲率和结构发动机罩曲率越大，越便于气流向汽车侧翼两边流动

35、，有利于减小涡流区风窗玻璃三维曲率和结构风窗玻璃曲率越大，越便于气流向汽车侧翼两边流动，有利于减小涡流区车头和保险杠形状保险杠位置适当前沿可降低阻力车头形状最好为流线型，并下倾（P23图2-17）2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 59太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 60太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 61前保险杠形状与气

36、流阻滞区前保险杠形状与气流阻滞区 太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性汽车顶盖外形对气动特性的影响汽车顶盖外形对气动特性的影响顶盖上挠度系数h/l越大，气动阻力系数越小，但投影面积越大，故要适当选择见P24页图2-182022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 62太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性汽车侧面外形对气动力的影响汽车侧面外形对气动力的影响顶部流速高压力低，底部流速低压力高，因此底部气流将向两个侧面流动，形成涡流，并部分向后延展，加强尾涡，增加阻力车窗

37、前的涡流也可能向两侧扩展，并延伸至尾部，加强尾涡，增加阻力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 63太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性使车身侧面鼓一些，适当选择a/L值可降低气流上流，从而降低阻力注意A柱设计，使之平滑过渡，可以减少涡流但侧面鼓出会增加投影面积安装侧围也可以减少上行气流2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 64太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 65前

38、支柱型式对侧部涡流的影响前支柱型式对侧部涡流的影响 轮口外部拱起，控制轮口内轮口外部拱起，控制轮口内气流对侧面平顺气流的干扰气流对侧面平顺气流的干扰 太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性汽车底部外形对气动性能的影响汽车底部外形对气动性能的影响底部气流相当复杂，存在车底与路面的相互作用，对整车气动性能有重要影响影响主要因素有底部离地间隙车辆外形尺寸及造型汽车底部平滑程度地板的横向、纵向曲率减小车底部气动阻力的方法减少流入气流量使底部气流顺畅2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 66太原理工大学车辆工程系太原理工大学

39、车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性离地间隙的影响离地间隙的影响货车底部粗糙，底部有更大的空间产生涡流，故阻力系数随离地间隙的提高而提高轿车底部平滑，减少了湍急的气流和摩擦损失，故阻力系数随离地间隙的提高而降低，升力系数也会降低图中Zc为实际值，Z为平均值2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 67太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 68太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性地板的平整程度影响地板的平整程度影响底板越平整、光

40、滑阻力系数越低2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 69太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性地板形状的影响地板形状的影响地板有纵向曲率可以使底部流速增加（与顶部类似），降低压力，从而降低升力，同时减少底部气流动量损失，降低阻力系数横向向曲率有利于有利于气流向两侧边缘流动，降低气流在底部的阻塞，从而降低升力和阻力系数，但是过大则会造成额外的涡流，影响后部湍流区2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 70太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特

41、性车身后背形态对气动特性的影响车身后背形态对气动特性的影响汽车尾部形态对形状阻力具有要影响一般气流在车尾的分离线呈圆环形，尾流区内的压力相同，且低于大气压（基本与分离点压力相同）切掉深入涡流区部分，不会对作用于物体上的气动合力产生大的影响，故短尾轿车就是利用该原理的结果2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 71太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性总体上斜背式车身较三厢式车身分离点靠后气流在车后部分离产生的湍流区是产生形状阻力的主要原因，阻力主要来源于车身后部汽车后背倾角对车后部气流分离点有重要影响2022-5-2

42、3太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 72后倾角的定义后倾角的定义太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性一般后倾角从0到15度增加时，阻力系数降低，大于15度后，随着角度的继续增大，由于气流分离，阻力再次变大一般将阻力最大的倾角30度称为临界角接近40度后，其中阻力系数几乎不再变化，因此现代直背式车后倾角大多接近40度此外，后背长度越大，阻力系数越小2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 73太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性根据后背倾角不同常将车分

43、为直背式、舱背式、方背式、折背式2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 74太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性汽车表面凸起物与凹槽对气动性能的影响汽车表面凸起物与凹槽对气动性能的影响凸起和凹槽可引起干扰阻力，应尽量避免，如果必须要凸起和凹槽，则应采取措施尽可能减小其影响两凸起、凹槽距离越近，影响越大2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 75太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工

44、程系 76太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性汽车内部气流对气动性能的影响汽车内部气流对气动性能的影响满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力内部阻力取决于气流进出口处气流的速度、压力、方向和流量，过大过小的进出口均不好2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 77轿车在停车状态下冷却风扇运转时前部的空气流场 轿车在高速行驶状态下前部的空气流场 太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 78冷却气流流过发动机舱各部位的示意图 序号气流通过形

45、式空气阻力系数1没有冷却空气（前部封闭）0.2262有冷却空气（下部无障碍流出）0.2543只从下部专门出口流出0.2444只从下部带有窄的横向通风槽流出0.2365只从侧面带有窄的横向通风槽流出0.2356只从上部带有窄的横向通风槽流出0.223不同形式气流流过冷却系统后对汽车风阻系数的影响 太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 79太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系格栅造型的要素格栅造型的要素,好的空气动力性好的空气动力性 散热器格栅散热器格栅2022-5-23 80太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系

46、太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 格栅造型的要素，格栅造型的要素，差的空气动力性差的空气动力性 散热器格栅散热器格栅2022-5-23 81太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性通风系统设计通风系统设计进气口设置在正压力区，排气口的设置负压区2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 82太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 83太原理工大学车辆工程

47、系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性车轮旋转对气流的影响车轮旋转对气流的影响物体在流体中移动并旋转时，例如足球在流体中移动时，会绕着通过其质心的轴旋转。当球旋转时会产生升力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 84太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性车轮滚动时一般应着气流方向因此会产生一个升力车轮的旋转还会使车轮上气流的分离线前移物体在流体中移动并旋转时，因此会产生较大的阻力2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 85太原理工大学车辆工程系太原理工大学车

48、辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性轮罩的阻挡能够减弱车轮对气流的干扰，从而降低阻力但是，在轮罩中运动的车轮会对主气流产生干扰轮胎的宽度有一个空气阻力最小的值2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 86太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性汽车尺寸与气动特性的关系汽车尺寸与气动特性的关系车长与气动力的关系车厂越长阻力越小，较长可以使气流在物体表面流动较平稳，减少涡流的产生过长会长生摩擦阻力具体可以参考P31图2-31车宽与气动阻力的关系车越宽，阻力越小过宽会增大正投影面积，增大阻力具体可以参考P3

49、1图2-32车高与气动阻力的关系车越高，气动阻力越大2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 87太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.4 汽车各部形态气动特性汽车各部形态气动特性车高与气动阻力的关系车越高，气动阻力越大具体可以参考P32图2-33汽车的长、宽、高与气动阻力关系参见P32图2-342022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 88太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系第二章讲课提纲第二章讲课提纲2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 89汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车气动力特性对汽车性能的影响汽

50、车各部分形态与气动特性的关系汽车各部分形态与气动特性的关系空气作用于汽车车身的力和力矩空气作用于汽车车身的力和力矩汽车空气动力学基本原理汽车空气动力学基本原理概述概述提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.5 汽车的气动力特性对汽车性能的影响汽车的气动力特性对汽车性能的影响气动阻力对最大车速的影响气动阻力对最大车速的影响2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 90maxmax12DLFGfvA CC f降低DC 值是提高最大车速的关键 2211()()22XDDLFGFfCv AGfv CC f A212XLF

51、v C A汽车的升力汽车的牵引力最大车速升力系数不可大，对稳定性不利太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.5 汽车的气动力特性对汽车性能的影响汽车的气动力特性对汽车性能的影响气动阻力对汽车加速性的影响气动阻力对汽车加速性的影响2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 91311()36007200rXDPGFfvC Av阻力功率311136007200eDPGfvC Av发动机功率对时间t求导2dd36003dd2eDPvttGfC Av 轿车的加速度与阻力系数有近似反比关系。减小空气阻力和轿车的重力，都可以使轿车的加速能力提高。 太原理工大学车辆工程系太原理工

52、大学车辆工程系2.5 汽车的气动力特性对汽车性能的影响汽车的气动力特性对汽车性能的影响气动阻力对汽车燃油经济性的影响气动阻力对汽车燃油经济性的影响气动阻力消耗的功率为2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 92降低空气阻力即可降低油耗；当高速行驶时，降低空气阻力节油的效果更大 761402AvCPDw太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.5 汽车的气动力特性对汽车性能的影响汽车的气动力特性对汽车性能的影响气动力矩对汽车稳定性的影响气动力矩对汽车稳定性的影响气动升力和俯仰力矩对操作稳定性的影响降低前或后轴负荷，降低附着力，破坏操作稳定性，严重时使汽车失去控制侧向

53、力及横摆力矩对汽车稳定性的影响侧向力可以使汽车偏离行驶方向横摆力矩如果位于质心之前会使这种情况恶化横摆力矩如果位于质心之后会使削弱侧风的影响，故汽车前部投影面积应尽量小，使气压中心靠近后轴汽车侧倾力矩对汽车稳定性的影响会影响左右悬挂负荷，从而影响汽车的转向特性2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 93太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系第二章讲课提纲第二章讲课提纲2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 94汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车气动力特性对汽车性能的影响汽车各部分形态与气动特性的关系汽车各部分形态与气动特性的关系空气作用于汽

54、车车身的力和力矩空气作用于汽车车身的力和力矩汽车空气动力学基本原理汽车空气动力学基本原理概述概述提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施改善轿车气动性的措施改善轿车气动性的措施气动设计核心包括控制车身表面形状，调整拱高、迎角等，延迟或消除附面层分离和涡流的产生调整迎面和背面的倾角，使车头、发动机罩、前窗、后窗、后背有合理倾角，可以有效减少阻力和升力减少车身凸起物和凹槽，形成平滑表面添加必要的空气动力学附件，整理和引导气流，改善车身周围流场具体措施主要有关注车头部造型，棱角一定要圆

55、化，车头要尽量低矮2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 95太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施改善轿车气动性的措施改善轿车气动性的措施核心包括光顺车身表面形状，延迟或消除附面层分离和涡流的产生调整迎面和背面的倾角，使车头、发动机罩、前窗、后窗、后背有合理倾角，可以有效减少阻力和升力减少车身凸起物和凹槽，形成平滑表面添加必要的空气动力学附件，整理和引导气流，改善车身周围流场具体措施主要有关注车头部造型，棱角一定要圆化，车头要尽量低矮2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 96太

56、原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 97太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施 保险杠应凸出过渡部分应圆滑过渡保险杠应凸出过渡部分应圆滑过渡2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 98太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系车身各部件结合部应尽可能圆滑过渡，防止气流分离精心设计A柱及流水槽，尽可能平滑过渡注意前风窗夹角，40度左右较好2022-5-23太原理工大学车辆工程系

57、太原理工大学车辆工程系 99太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施车前部侧面投影不可过大，一面气动中心过于靠前注意车身纵向形状，中间呈腰鼓形，且向后逐渐收缩较好，特别是车前部与车身过渡处要圆滑过渡2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 100太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施车后部要合理选择后倾角，后窗后部长度尺寸车后部要合理选择后倾角，后窗后部长度尺寸2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 101太原理工大学车

58、辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施车后部要合理选择后倾角，后窗后部长度尺寸车后部要合理选择后倾角，后窗后部长度尺寸2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 102太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施注意后部形态，延缓气流分离注意后部形态，延缓气流分离 利用后扰流板，控制车后部涡流的形成与发展，“整理”不稳定的涡流，推迟涡流产生或形成一定方向的小涡流，以填充后窗后部的低压区，削减前风窗和后窗后部分的压力差。 2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原

59、理工大学车辆工程系 103具有后扰流板形状的后行李箱盖造型具有后扰流板形状的后行李箱盖造型 顶盖后缘导流板控制局部气流顶盖后缘导流板控制局部气流 太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 104太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 105太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施保证车底部形状的最优化避免车身凸起和凹槽2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 106后视镜后视镜

60、 后视镜设计后视镜设计也要注重流线也要注重流线形形太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 107107门把手门把手 太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 108太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力性能的措施安装扰流装置安装扰流装置 前阻风板2022-5-23太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 109太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系2.6 提高汽车空气动力性能的措施提高汽车空气动力