汽车工程学-2-3-汽车空气动力学课件

31.07.2023

教学课件30.07.2023教学课件汽车空气动力学2023/7/312汽车空气动力学2023/7/3021.1概述1.2汽车空气动力1.3空气阻力与汽车基本尺寸之间的关系1.4空气阻力对汽车性能的影响1.5汽车空气动力学试验2023/7/3131.1概述2023/7/3031.1概述汽车在路面上行驶时，除受到路面作用力外，还受到周围气流对它作用的各种力和力矩，研究这些力的特性及其对汽车性能所产生的影响的学科称为汽车空气动力学与空气对汽车的相对速度的平方成正比，因此随着汽车行驶速度的日益提高，汽车空气动力的作用对汽车性能的影响也会愈来愈显著2023/7/314汽车空气动力迎面阻力升力俯仰力矩侧向力横摆力矩侧倾力矩1.1概述汽车在路面上行驶时，除受到路面作用力外，还受到周汽车空气作用的六分力与汽车运动状态的关系，主要靠模型或实车的风洞试验求得。坐标系风压中心

（C.P——Centerof

airpresure）空气动力的合力

作用点，位于汽

车对称平面内，

不一定与重心

重合所有的空气动力向坐标原点化简，即产生三个分力和绕x,y,z三个坐标轴的力矩2023/7/315横摆力矩侧倾力矩侧向力汽车空气作用的六分力与汽车运动状态的关系，主要靠模型或实车的空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影面积成正比，其比例系数称为空气动力系数(风阻系数)——空气密度，vr——气流相对汽车速度

A——汽车正投影面积，L——汽车特征长度单位2023/7/316气动阻力Drag侧向力Sideforce升力Lift侧倾力矩Rollingmoment俯仰力矩Pitchingmoment横摆力矩YawingmomentFxFyFzMxMyMz空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影面积成正比1.1概述1.2汽车空气动力1.3空气阻力与汽车基本尺寸之间的关系1.4空气阻力对汽车性能的影响1.5汽车空气动力学试验2023/7/3171.1概述2023/7/3071.2汽车空气动力1.2.1气动阻力1.2.2升力和俯仰力矩1.2.3侧向力和横摆力矩1.2.4侧倾力矩2023/7/3181.2汽车空气动力1.2.1气动阻力2023/7/3081.2.1气动阻力空气作用于车身的向后纵向分力称为气动阻力与车速平方成正比2023/7/319与车身形状有很大关系升力在水平方向上的分力由于空气具有粘性，在流经车身表面对空气质点与车身表面的摩擦力在逆行驶方向的分力车身表面突起物造成的阻力为了发动机冷却和乘坐舱内换气而引起空气气流通过车身内部构造所产生的阻力1.2.1气动阻力空气作用于车身的向后纵向分力称为气动阻力10后视镜10后视镜11后视镜后视镜设计也要注重流线形11后视镜后视镜设计12后视镜12后视镜13后视镜13后视镜14门把手14门把手15思考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？15思考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？气动阻力（系数）与车身外形的关系2023/7/3116箱型汽车1908~1931CD～0.7甲虫型汽车1935～1944CD～0.46船型汽车1945～1970CD～0.4鱼型汽车1970～1980CD～0.35楔型汽车1980～1990CD～0.3Cd（风阻系数）世界记录

Cd年款车型注释

0.1371986福特ProbeV概念车

0.191996通用EV1电动车

0.251999本田Insight混合动力车

0.252000雷克萨斯LS430

0.252000奥迪A2"3升

0.261989欧宝Calibra2.0i基本型

0.262000奔驰C180

0.271996奔驰E230

0.271997大众帕萨特

0.271997雷克萨斯LS400

0.271998宝马318i

0.272000奔驰C级重视人体工程学，内部空间大，乘坐舒适空气阻力大，妨碍了汽车前进的速度，越呈流线型汽车的正面阻力和后面涡流越小乘员活动空间狭小对横风的不稳定性汽车车室置于两轴之间解决了对横风不稳定的问题车的尾部过长，为阶梯状，高速行驶时会产生较强的空气涡流，影响了车速的提高后窗倾斜大，面积大，降低了车身强度汽车高速行驶时易产生很大的升力，使汽车地面附着力减小，使汽车行驶稳定性和操纵稳定性降低车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力楔型对于目前的高速汽车，已接近理想造型气动阻力（系数）与车身外形的关系2023/7/3016箱型汽减少气动阻力系数的措施光顺车身表面的曲线形状，消除或延迟空气附面层剥离和涡流的产生。调整迎面和背面的倾斜角度，使车头、前窗、后窗等造型的倾斜角度有效地减少阻力、升力的产生。减少凸起物，形成平滑表面，如门手柄改为凹式结构，刮水器改为内藏式，车身侧面窗玻璃与与窗框齐平，玻璃表面和车身整体表面平滑。设计空气动力附件、整理和引导气流流向，如设前阻流板、后扰流板或气流导向槽等。2023/7/3117减少气动阻力系数的措施光顺车身表面的曲线形状，消除或延迟空气18发动机盖应向前下倾减小CD值要遵循的要点1）车身前部18发动机盖应向前下倾减小CD值要遵循的要点1）车身前部19面与面交接处的棱角应为圆柱状。19面与面交接处的棱角应为圆柱状。20过渡不理想面与面交接处的棱角应为圆柱状。20过渡不理想面与面交接处的棱角应为圆柱状。21风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。21风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。22越野车很难做到风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。22越野车很难做到风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过23尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。23尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。24上掀式前照灯24上掀式前照灯25在保险杠下面，应安装合适的扰流板。25在保险杠下面，应安装合适的扰流板。26车轮盖应与轮胎相平。26车轮盖应与轮胎相平。27整个车身应向前倾1°～2°。2）整车27整个车身应向前倾1°～2°。2）整车28水平投影应为腰鼓形。28水平投影应为腰鼓形。29后端稍稍收缩，前端呈半圆形。29后端稍稍收缩，前端呈半圆形。30最好采用舱背式或直背式。3）汽车后部30最好采用舱背式或直背式。3）汽车后部31应安装后扰流板。31应安装后扰流板。32当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增加30％的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。应安装后扰流板。32当车速超过120km/h，尾翼会自动升高33应安装后扰流板。33应安装后扰流板。34应安装后扰流板。34应安装后扰流板。35应安装后扰流板。35应安装后扰流板。36若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。36若用折背式，则行李箱盖板至地面距离应高些，长度要短些。37后面应采用鸭尾式结构。37后面应采用鸭尾式结构。38后面应采用鸭尾式结构。38后面应采用鸭尾式结构。39所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的盖板盖住底部。4）车身底部39所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的汽车工程学--2-3-汽车空气动力学课件汽车工程学--2-3-汽车空气动力学课件汽车工程学--2-3-汽车空气动力学课件43底部比较凌乱43底部比较凌乱44底部比较凌乱44底部比较凌乱45仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。5）发动机冷却通风系统45仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。5）发46冷却前制动器冷却前制动器冷却发动机和制动器冷却后制动器和润滑系统46冷却前制动器冷却前制动器冷却发动机和制动器冷却后制动器和47冷却发动机和前制动器冷却后制动器为发动机提供充足的空气47冷却发动机和前制动器冷却后制动器为发动机提供充足的空气48什么是超级跑车？限量生产、价格高昂、动力强劲（3.5L以上、8缸以上）、起步快（0～100km/h时间在5s以内）、技术超群、车身自重轻（采用碳纤维或轻质合金材料）、外观超前等。形象的描述：外观鲜亮，让人爱得要死；加速时令人皮肤绷紧、汗毛直竖，让人吓得要死；数量奇少，价格奇高，让人想得要死。思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更大？为什么？48什么是超级跑车？限量生产、价格高昂、动力强劲（49三种超级跑车兰博基尼法拉利保时捷49三种超级跑车兰博基尼法拉利保时捷50答案由于尾翼的影响、发动机和制动器通风冷却的需要，超级跑车的空气阻力系数一般会大于普通轿车。兰博基尼跑车在冷却通风口关闭且扰流板摆平时，CD值为0.33；展开时，CD值为0.36。思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气阻力系数更大？为什么？50答案兰博基尼跑车思考：对于轿车和超级跑车，哪种车型的空气51减小CD值要遵循的要点总结如下：51减小CD值要遵循的要点总结如下：52未来轿车的外形52未来轿车的外形53导流板6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。53导流板6）货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货某轿车各部分最佳化措施2023/7/3154某轿车各部分最佳化措施2023/7/30541.2.2升力和俯仰力矩升力是由于汽车行驶中车身上部和车身底部空气流速不等形成压力差而造成的升力不通过重心时，对汽车产生俯仰力矩升力使车轮有抬升的趋势，减小驱动轮上的附着力，对转向车轮的影响是升力使侧向最大附着力和侧偏刚度降低，而使转向性能变坏前轮装置负升力翼，由于负升力的作用，使汽车接地性增加，改善了轮胎的转向性能，因此容许汽车以较高速度转弯，同样驱动轮接地性改善后，有利于发动机功率的利用和动力性的改善2023/7/31551.2.2升力和俯仰力矩升力是由于汽车行驶中车身上部和车身升力的影响因素车身形状中线前高后低，

迎角为正，反之为负正迎角越大，升力越大如果汽车的风压中心处于

重心之前，则升力对对重

心造成俯仰力矩，使前轮

更加有离地趋势驱动形式一般前置前驱动汽车其风压中心与车身重心接近，后置发动机汽车的重心往往偏后，因而风压中心可能在重心前，俯仰力矩大些2023/7/3156汽车的各个横断面形心的连线称为中线，可近似用连接前后端形心的用直线表示中线与水平面的夹角，称为迎角尽量做到风压中心与重心接近尽量压低车身前端，使之成楔形，同时尾部肥厚向上翘以产生负迎角车身前部设阻风板，后部设扰流板使后面翘起来升力的影响因素车身形状2023/7/3056汽车的各个横断面1.2.3侧向力和横摆力矩如果侧向风的风压中心在重心之前，则汽车顺风偏转，侧向风及横摆力矩增大，导致稳定性变坏如果侧向风的风压中心在重心之后，则汽车逆风偏转，使侧向力及横摆力矩减小有利于行驶稳定性如果侧向风的风压中心与重心重合，则汽车在侧向的作用下侧移，但能保持行驶方向减小侧向力影响的措施：尽量使风压中心位于重心之后，如采用前置前驱动形式或前低后高的造型尽量压低车身高度，处理好横载面的流线型性，增加车宽2023/7/31571.2.3侧向力和横摆力矩如果侧向风的风压中心在重心之前，1.2.4侧倾力矩侧倾力矩直接影响到汽车的侧倾角，并影响左右车轮负荷重新分配。侧倾力矩主要由车身侧面形状决定，减少侧倾力矩的措施主要是尽量降低车身；增大车宽；使风压中心在高度上接近侧倾轴线2023/7/31581.2.4侧倾力矩侧倾力矩直接影响到汽车的侧倾角，并影响左1.1概述1.2汽车空气动力1.3空气阻力与汽车基本尺寸之间的关系1.4空气阻力对汽车性能的影响1.5汽车空气动力学试验2023/7/31591.1概述2