汽车空气动力学.ppt

1、汽車空氣動力學,授課者：張永瑞 副教授,汽車行駛阻力,1.滾動阻力 D1 = r W1 2.空氣阻力 Ra = K A V2 3.斜坡阻力 Rg = W sin 4.加速阻力 Rac = W * / g (改變慣性阻力) (直線 及 迴轉 慣性 ) 全部行駛阻力 = D1 + Ra+ Rg+ Rac,1. 滾動阻力,2. 空氣阻力,3.斜坡阻力 Rg = W sin,4.加速阻力,全部行駛阻力 = D1 + Ra+ Rg+ Rac,汽車行駛性能- 1.直線行駛性能,1.直線行駛性能 A.動力性能 -爬坡性能 、加速性能、 油耗性能、最高速度性能 爬坡性能 = D1 + Ra+ Rg =(rco

2、s+sin)W+kAV2 加速性能 = Rg+ Rac 油耗性能 = 燃油消耗量與行駛里程關係 最高速度性能=無風狀況、水平路面、最高 車速,行車性能曲線圖,B. 慣性行駛性能 -平坦水平路面、踩下離合器、或在空檔來切斷動力時，依慣性力所能行駛多遠距離性能。 C. 制動性能-操作煞車踏板可使汽車經多 少距離停下之性能。,汽車行駛性能- 1.直線行駛性能,制動性能-影響因素,1. 踩煞車方法-踏力 2. 煞車性能-煞車蹄片摩擦、輪胎與地面 、路面材質、形狀、溫度與滑動狀況 3. 制動初速度影響 4. 汽車總重量 5. 水上滑行現象 6.煞車異常現象-氣阻現象(油溫過高、蒸發) 衰弱現象-煞車鼓過

3、熱摩擦係數降低,1.操縱性能-可依駕駛者意志而行駛性能 1. 轉彎向心力 (道路斜度、輪胎變形 2.轉向特性 (轉向過度、不足、 反覆轉向、正常轉向) 2.安定性能-車輛受外力變更行進路線，發生車身振動或傾斜，能否恢復原狀的性能 1.方向安定性能 2.車輪橫向滑動 3.車輪提升現象 4.車輪擺動現象,汽車行駛性能- 2.曲線行駛阻力,乘坐舒適性能,1.振動 乘坐舒適性能 2.環境 乘坐舒適性能,汽車振動,1. 上下 跳動 2. 前後 俯仰 3. 左右 榥動 4. 旋轉 平擺 5. 上下振動容許界線-依振幅及頻率 6. 乘坐舒適係數 =振幅 /容許振幅,環境 乘坐舒適性能,1. 噪音 - (引擎

4、、齒輪、排氣管、輪胎、 車身共振、風切聲) 2. 座椅及內裝 3. 空氣調節性能,何謂空氣動力學,ans: 討論空氣流動之學問 影響車身穩定性、 阻礙汽車前進 飄浮車輛,空氣阻力實驗,依重鎚落下時間長短決動空氣阻力大小,風洞,空氣阻力測試裝置,車輛與空氣,1.空氣的 特性 2.空氣的 密度 3.空氣的 黏度 4.邊界層,車輛周遭流動氣流效應,作用於車輛的空氣動力,流體移動會推動物體 汽車正面承受空氣動力 汽車承受橫風 汽車的六個分力(三力、三力矩) 汽車承受三種壓力(揚力及橫力、空氣阻力),汽車正面承受空氣動力,汽車承受橫風,汽車承受三種壓力(揚力及橫力、空氣阻力),汽車的三力矩,車輛行駛重要

5、之力 空氣阻力 揚力 偏向力矩 俯仰力矩,揚力對高速行駛穩定性重要 車輛浮起方向盤和煞車失效 偏向力矩-對行駛穩定性重要 俯仰力矩-車輛前後方揚力不同所引起 前方揚力大方向盤效果不好 後方揚力轉向過度 賽車前後方下壓力比為 3:7 依前突與後翼調整增加下壓力,最高速度如何決定,驅動力滾動阻力、加速阻力、坡度阻力、空氣阻力,最高速度如何決定,揚力,柏努力定裡 上方流速快壓力就低 車輛上方壓力低於下方，車輛產生揚力,空氣阻力,摩擦阻力 誘導阻力 壓力阻力 邊界層厚度 空氣阻力係數(Cd),摩擦阻力,摩擦阻力：空氣貼於車身表面產生之阻力 與表面積成正比,誘導阻力：當揚力發生就產生之阻力，上 下壓差形

6、成渦流， 揚力減少空氣阻力減少(風閘裙、鴨尾),壓力阻力,壓力阻力：作用於車輛表面空氣壓力進行方向分力總合,物體表面空氣被剝離渦流,空氣流動被剝離地點-邊界層邊界與空氣99%相同流速距離-邊界層厚度,剝離越早發生，渦流越大，空氣阻力越大,空氣阻力係數CD,CD = ( D / S ) D=0.5 V2 *S *CD - 0.5 V2 D 空氣阻力 S 前投影面積 N=D*V/75 空氣密度 V 車與空氣相對速度 N 引擎動力,觀查空氣流動,1. 氣流可視化技術 2. 油膜、油滴法 3.流煙法,1. 氣流可視化技術,2. 油膜、油滴法,3.流煙法,汽車風洞實驗裝置,空氣動力測試 測定空氣動力方法

7、 四輪支架天枰法 支柱架測定法 吊線測定法 風洞實驗裝置,賽車風動-比較測試前後四輪受力,模型車,精度高-鋼琴線受拉力,空氣動力實驗流體數值解析,運動方程式 流動流線 壓力分佈與流速向量,車輛周圍的氣流,依渦流的壓力差會產生阻力 減低行車阻力因素 氣車周圍氣流,車輛空氣動力實驗,後翼形狀的實驗 車頭形狀的實驗 車尾端形狀的實驗 輪胎的空氣動力實驗 地面效應實驗 前翼形狀的實驗 日本磁浮車,裝置各種空氣動力零件其空氣動力如何變化,裝置擾流器及下屏實驗 未裝置空氣動力零件實驗 裝置後擾流器實驗 裝置前擾流器實驗 裝置前、後擾流器實驗 裝置前、後擾流器及下屏實驗 裝置前、後擾流器、下屏及側護裙實驗,設計不同空氣動力特性如何變化,省能源與空氣動力之關係 風向與空氣阻力係數之關係,賽車的空氣動力,車底面與路面間產生的強烈下壓力 底盤下的氣流 不同角度的底盤下的氣流 雨天可觀查到可視化氣流 賽車上面的空氣流動狀況 前方來的空氣流動狀況 Up sweep 的氣流情形,賽車的實車風洞實驗,March 802 的實車風動實驗 發生強大的下壓力與轎車的情況不