汽车造型与空气动力学

--------汽车造型与空气动力学汽车造型设计２01０－0３－２８1６:23:52 阅读11评论0字号:大中小“汽车轻量化虚拟样机关键技术争论”工程,该工程,包括汽车碰撞安全性、汽车外形的计算子课题。合作单位包括:大连奥托汽车、日本独资大连阿尔派汽车音响制造、大连理工大学、一汽奥迪等。计算流体力学(ＣFD)是一门争论液体和气体和它四周的固体如何相互作用的学问:考虑高速气体流过外形简单的汽车的状况。近年来CFD的进展可以让计算机在计算机中模拟虚拟汽车--而汽车制造商不再只能依靠简洁的风洞去了解气流是如何影响汽车的!制造商可以在制造金属部件之前先争论模拟数据,这会大大节约时间和资金。从事此项争论时，所需要学习及应用到的软件:CAＴＩA〔I－DEAS或ＵGPRＯ／ESOＬIＤWOＲKS)、FＬＵENT。汽车的CFD仿真----一、轿车前部车头造型对气动阻力影响因素很多,主要有：车头边角、车头外形、车头高度、发＂车头边角的影响:车头边角主要是车头上缘边角和横向两侧边角。“ 对于非流线型车头,存在肯定程度的锋利边角会产生有利于削减气动阻力的车头负压区。“ 车头横向边角倒圆角，也有利于产生减小气动阻力的车头负压区。“ 车头外形的影响“ 整体弧面车头比车头边角倒圆气动阻力小。“ 车头高度的影响＂ ,由于低到肯定程度后,车头阻力系数不再变化。“ 车头头缘的最大离地间隙越小，则引起的气动升力越小,甚至可以产生负升力。“ 车头下缘凸起唇的影响“ 增加下缘凸起唇后，气动阻力变小。减小的程度与唇的位置有关。“ 发动机罩与前风窗的影响“ 发动机罩的三维曲率与斜度。〔1〕曲率：发动机罩的纵向曲率越小(目前大多数承受的纵向曲率为0．02m-1〕，气动阻力越小;发动机罩的横向曲率均有利于减小气动阻力。(2)斜度：发动机罩有适当的斜度〔与水平面的夹角)对降低气动阻力有利，但假设斜度进一步加大对将阻效果不明显。( 3)发动机罩的长度与轴距之比对气动升力系数影响不大。“ 风窗的三维曲率与斜度。〔1〕,否则导致工艺难实现、视觉视真、刮雨器的刮扫效果。前风窗玻璃的横向曲率均有利于减小气动阻力。----------(2)斜度：前风窗玻璃的斜度(与垂直面的夹角) ＜=3００时，降阻效果不明显，但过大的斜度，使视觉效果和舒适性降低。前风窗斜度=４８０时，发动机罩与前风窗凹处会消灭一个明显的压力降，因而造型时应避开这个角度。(3〕前风挡玻璃的倾斜角度(与垂直面的夹角)越大，气动升力系数略有增加。“ ６．汽车前端外形“ 前凸且高不仅会产生较大的阻力而且还将会在车头上部形成较大的局部负升力区。“ 二、轿车客舱“ A柱“ 前立柱上的凹槽、小台面和细棱角，处理不当,将导致较大的气动阻力和较严峻的气动噪声和测窗污染。应设计成圆滑过渡的外形。“ 侧壁“ 比〕应避开在0.02~０.04之间。“ 顶盖“ 综合气动阻力系数、气动阻力、工艺、刚度、强度等方面的因素,顶盖的上扰系数〔上鼓尺寸与跨度之比〕应在0.06以下。4.客舱长度“ 对阶背式轿车而言，客舱长度与轴距之比由0．93增至１．1７，会较大程度的减小气动升力系数。三、轿车尾部车身尾部造型对气动阻力的影响主要因素有:后风窗的斜度与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度、尾部横向收缩。“ 后风窗斜度＂后风窗斜度〔后风窗弦线与水平线的夹角)对气动阻力影响较大，对斜背式轿车，斜度等于300时,阻力系数最大；斜度小于 300时,阻力系数较小。“ 后挡风玻璃的倾斜角掌握在25度之内。“ 尾窗与车顶的夹角介于２8 至3２ 度时,车尾将介于稳定和不稳定的边缘。尾部造型式样“ 典型的尾部造型有斜背式、阶背式、方(平〕背式。由于具体后部造型与气流状态的简单性，一般很难精准的断言或部造型式样的优劣但从理论上说,小斜背(角度小于30 ０)具有较小的气动阻力系数。车尾高度“ 流线型车尾的轿车存在最正确车尾高度,此状态下,构造要求而定。＂ 后车体的横向收缩＂ 肯定程度的后车体的横向收缩对降低气动阻力系数有益,但过多的收缩会引起气动阻力系数的增加。收缩程度受具体车型而定。5.车尾外形＂车尾最大离地间隙越大,车尾底部的流线越不明显,则气动升力越小，甚至可以产生负升力。四、轿车底部“ 车身底部离地高度＂一般虽车身底部离地高度的增加气动阻力系数上升，但高度过小，将增加气动升力，影响操作稳定性及制动性。另外离地高度确实定还要考虑汽车的通过性与汽车中心高度。“ 车身底部纵倾角“ 车身底部纵倾角对气动阻力影响较大,纵倾角越大,气动阻力系数越大,故底板应尽量具有负的纵倾角。“ 将汽车底板做成前底后高的外形对减小气动升力有用。“ 车身底板的曲率“ 纵向曲率:适度的纵向曲率可以减小压差阻力。“ 率：适度的横向曲率可以减小气动升力。最正确曲率视具体车型而定。“ 扰流器对气动阻力的影响学的最成果。经过严格的风洞试验,富康的风阻系数仅为０.3１。ﻫ 风阻系数在过去的轿车手册中从未消灭过,今日则是介绍轿车的常用术语之一，在国外已经成为人们格外关注的一种参数了,它是指汽车在行驶中由于空气阻力的作用,围围着汽车重心同时产生的纵向,侧向和垂直等三个方向的空气动力气，它的系数值是由风洞测试得出来的。汽车行驶速度越快其所受到的空气阻力越大,空气阻力与汽车速度的平方成正比。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大,会增加汽车燃油消耗量或严峻影响汽车的动力性能。据测试，一辆以每小时1０0公里速度行驶的汽车，发动机输出功率的百分之八十将被用来抑制空气阻力,削减空气阻力,就能有效地改善汽车的行驶经济性。雪铁龙ＺX系列的风阻305，是普及型汽车里面最优秀的，而如今的帕萨特Ｂ５德国版已到达０.２8,空气阻力系数每降低百分之十,,(0.440.２5)的轿车进展比较,8公1０0公里,燃油消耗后者比前者节约了１．7公升。因此,当你打算选择一种经济有用的私家车时,全部的轿车都会公布自身的风阻系数,除非它在这方面很优秀。ﻫ汽车空气动力学学问阻力和升力 阻力ﻫ 一辆轿车的气动效率是由其阻力系数(Cd)所打算的。而阻力系数与面积无关，它1.2左右。气动效率最高的外形是水滴,它的阻力系数只有0.0５。不过，我们不行能制造出一辆水滴外形的轿车。一辆典型的轿车的阻力系数大致为0．30。〔120英里的轿车所遇到的阻力是一辆时速60英里的轿车的四倍。你还可以觉察阻力对于最高时速的影响。假设我们不转变一辆Tｅｓtaｒossａ的形180英里提高到Diabｌo的2０0395350.30．29ﻫ 斜背式车身ﻫﻫ 2060个比较夸大的长长的尾翼,并把后背的高度降低了，比方这里展现的197935MｏbyDｉcｋ。了湍流。而湍流总是会损害到阻力系数。然而,这照旧比可能消灭在三厢式车身和斜背式车身之间的一些状况要好。假设后挡风玻璃的斜度为３０~３5度的话，气流就会变得格外不稳定,而这将很损害到高速行驶时车辆的稳定性。在过去,轿车厂商对此知之甚少，所以生产了很多类似的轿车。ﻫ升力ﻫﻫ 车底部的气流，所以前者的速度会比后者快。依据柏努利(瑞士物理学家)原理,速度差会在上层外表产生一个净负压,我们将其称为“升力”。ﻫ像阻力一样，升力也是与面积(不过是外表积而不是正面面积)、车速的平方和升力系数(Cl)成比例的，而升力系数是由外形打算的。在高速行驶时,升力可能会被提升到一移,这对于一辆以时速16０英里快速的轿车是很危急的。就这个方面来讲,斜背式车身是格外不利的,由于它与气流接触的外表积格外大。两者的问题……空气动力学关心设备尾翼(后扰流器)ﻫ 2060〔我们简洁地将其称为“尾翼”)，可以大幅度减小升力甚至产生一个完全向下的压力。同时，阻力只是略微有所增加。ﻫﻫ 尾翼的作用是引导大局部的气流直接离开车顶而不发生回流，这就会使升力减小。(假设我们加大尾翼的角度，甚至可能产生一千公斤向下的压力。)固然，照旧会有一小局部气流会回流到背部并从尾翼下的车尾处离开流,并因此保持了阻力效率。由于只有很少的空气沿这个路线流淌，所以它们对于升力的影前面的升力〔前面的升力〔时速157英里)后面的升力(时速１57英里)放下尾翼64公斤１3６公斤翻开尾翼５公斤１4公斤响可以轻松地被尾翼消退。EｓcｏｒｔRＳCosworｔｈ在这一点上做得不错……但对于墨丘利的Cougar来说，尾翼看起来只是一个装饰品罢了。ﻫﻫ 第一辆安装尾翼的轿车是１９６2246ＳP,２50GTO19729１1RS２.７状况才有了转机,该车巨大的鸭尾式尾翼将高速行驶时的升力减小了７5RS3.091199６Ｃarrera扰流器ﻫ扰流器是转变车身下面气流的空气动力学装备我们将安装在前保险杠底部边缘的扰流器称为“下颚扰流器”或者“气坝”，而将安装在车身两侧底部边缘的扰流器称为“侧裙”。要了解扰流器的原理,我们必需先谈谈车身下面的气流。ﻫﻫ 车身下面的气流总不是我们期望存在的。在轿车车身的下面有很多暴露在外的组件，比方发动机、变速箱、传动轴、差速器等。这些设备会阻碍气流,不仅仅造成增大阻力的湍流，还会因使气流慢下来而增大升力。(还记得柏努利定理吗?〕ﻫ 扰流器通过促进空气从车身两侧离开到达减小车身下面气流的目的,其结果是减到这样。车身下面的光滑底板我们还有一种减小车身下面气流影响的方法面全部掩盖,就像这一辆F355地面效应ﻫﻫ 对于赛车工程师们来说，尾翼可能是应付升力的好方法，但距离他们真正想要的效果还很遥远。典型的一级方程式赛车转弯时的加速度大约是4g，这需要巨大的向下的压时也会损害到阻力系数。ﻫ2070压力的时候并不会转变阻力的大小,这种概念就是“地面效应”。他在自己的7２赛车的底部安装了一个空气通道。通道在前面的局部相对狭窄,但在向车尾延长的同时不断扩大。由于赛车的底部几乎是触地的空气从车头进入,然后线性集中到车尾。明显，接近车