第六章 汽车的空气动力性能

1第六章

汽车的空气动力性能本章要点汽车行使时所受到的气动力和力矩空气的粘滞现象、汽车的流谱和表面压强改善汽车空气动力性能的措施第六章

汽车的空气动力性能6-1概述6-2汽车行使时所受到的气动力和力矩6-3空气的粘滞现象、汽车的流谱和表面压强的分布6-4改善汽车空气动力性能的措施6-1概述

1、国内外在汽车动力性能方面的研究情况(国内研究薄弱，空气阻力比国外高出20%左右)

2、研究内容包括：

1）汽车行使中的气动力和力矩的研究（目的通过减小空气阻力达到减少油耗，减小升力和侧向阻力和横摆力达到保证良好的操纵稳定性）；

2）汽车表面及周围的流谱和局部流畅的研究，以分析作用在汽车上的气动力机理；（减少表面尘土堆积、风噪和面板颤振）

3）发动机和制动装置的空气冷却问题的研究；（提高冷却效率）

4）汽车内部自然通风和换气问题的研究。

汽车空气动力学的理论计算方法有：

1）以无粘流理论为基础，即不考虑空气的粘滞性，在运动方程中只有惯性项和压力项——Euler方程；

2）以粘性理论为基础，运动方程中考虑惯性力、压力和粘滞力，通常以有限差分法求解——Navier-Stokers方程。

目前研究的主要手段：风洞试验。汽车风洞试验分为：全尺寸模型风洞试验和缩尺模型风洞试验2类。6-2汽车行使时所受到的气动力和力矩

一、气动力和气动力矩

其中S为汽车正投影面积，气动力：整个汽车外表面所受外力的合力称为气动力。风力中心：气动合力作用在汽车上的作用点称为风压中心，且有：为汽车形状系数。将气动力分解在三个方向轴上，分别称为阻力、侧力和升力，三个系数分别称为阻力系数、侧力系数和升力系数。将气动力转换到汽车质心称为得到俯仰力矩、横摆力矩和侧倾力矩。并得到效应的系数，详见式（6-3至6-11）。二、汽车的空气阻力其由5部分组成：

1）形状阻力；占60%

2）摩擦阻力；占9%

3）诱导阻力；升力引起，占5~7%

4）干扰阻力；又称附件阻力，占15%

5）内部阻力占，又称内循环阻力，10~13%（一）空气阻力与最大车速的关系（式6-13）（二）空气阻力与汽车加速性能的关系（式6-16）（三）空气阻力与燃油消耗量的关系（式6-17）和（式6-18）各类汽车的空气阻力系数见表6-1

三、汽车的气动升力方向：垂直于汽车的运动方向，即垂直于地面。其危害：降低轮胎的附着力，从而影响汽车的驱动性、操纵性、稳定性。有三种模型（图6-3）；

1）前端离地间隙完全封闭起来—负升力；

2）直接放到平台上—正升力；

3）后部离地间隙完全封闭起来—正升力；

降低升力系数的方法：

1）采用负迎角造型（图6-2）；

2）在汽车前端底部加一个扰流板；

3）使汽车底板的尾部向上翘起一个角度；

4）汽车地板应向2侧面略微翘起。

四、汽车的空气动力稳定性汽车的行驶稳定性主要表现为：横摆运动的稳定性。汽车的空气动力稳定性研究方法：从研究气动侧向力对汽车横摆运动稳定性的影响入手。6-3空气的粘滞现象、汽车的流谱

和表面压强的分布

一、附面层与分离点

附面层：围绕着运动物体的一个相对薄的空气层内，气流速度有着急剧的变化，存在着速度梯度。该气流曾称为附面层（图6-8~图6-9）。

分离点：由于附面层内的气流速度变慢而使附面层内的气体“堆积”起来并逐渐变厚，于是会在距物体表面某一点处的气体粒子失去其动量，速度为0。气流在这一点与表面开始分离，该点称为分离点。

分离现象（图6-10）

二、汽车前部的流谱

可用二块平面玻璃来简单模拟，并在风洞中用油膜法试验以显示其表面流谱。影响发动机罩和风窗玻璃转角部位气流的主要因素：

1）发动机罩和风窗玻璃间的夹角；

2）发动机罩的三维曲率和结构；

3）风窗玻璃的三维曲率和结构。

三、汽车尾部的流谱当气流沿汽车表面流动到汽车尾部时，气流分离而形成尾随在汽车后面的湍流尾流。车底气流先是向后运动，当汽车行驶过后，又向前运动。

四、汽车底部的流谱汽车底不和地面之间的气流状态受下列因素的影响：

1）地面和底部的距离；

2）车辆宽度、长度和高度之比以及车身造型；

3）底不的平稳程度；

4）地板的纵向曲率和横向曲率。

五、汽车周围的涡系“涡漩”：“尾涡”：

六、汽车的内部气流其与表面压强分布汽车的内部气流包括：使发动机、制动器冷却气流及车厢内部通风气流二部分。

内部气流对车外流谱影响的二个方面：

1）由于一部分外部气流被引进车内而降低了外部气流作用于车身表面的压力；

2）外部气流在通过水箱、内部空气通道等处时，由于摩擦、涡流及漏气等而损失了动量。（一）车身的表面压强分布与车内的通风

（二）发动机冷却6-4改善汽车空气动力性能的措施

一、汽车外形设计的局部优化（一）车头部棱角圆化对阻力的影响

（二）前风窗立柱及流水槽形状对阻力的影响（三）车身后部形状对阻力影响（图6-31）（四）表面的光洁程度二、采用各种气动附加装置

1、前部扰流器（图6-32）

2、后扰流器（图6-33~图6-34）

3、导流罩（图6-35~图6-37）

4、隔离装置（图6-38）

三、外形设计的整体优化

汽车外形的空气动力学开发程序可归纳为：

1）将完成初期造型的多个缩尺模型方案，按空气动力学的基本要求进行初期风洞试验，以用于选型；将选定的模型进行空气动力学修改后再进行风洞试验，如此反复多次优选直至定型；

2）按定形方案制成1：1模型，并装上刮水器、后视镜等各种附件后再进行风洞试