1第六章

汽車的空氣動力性能本章要點汽車行使時所受到的氣動力和力矩空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強改善汽車空氣動力性能的措施第六章

汽車的空氣動力性能6-1概述6-2汽車行使時所受到的氣動力和力矩6-3空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強的分布6-4改善汽車空氣動力性能的措施6-1概述

1、國內(nèi)外在汽車動力性能方面的研究情況(國內(nèi)研究薄弱，空氣阻力比國外高出20%左右)

2、研究內(nèi)容包括：

1）汽車行使中的氣動力和力矩的研究（目的通過減小空氣阻力達到減少油耗，減小升力和側(cè)向阻力和橫擺力達到保證良好的操縱穩(wěn)定性）；

2）汽車表面及周圍的流譜和局部流暢的研究，以分析作用在汽車上的氣動力機理；（減少表面塵土堆積、風(fēng)噪和面板顫振）

3）發(fā)動機和制動裝置的空氣冷卻問題的研究；（提高冷卻效率）

4）汽車內(nèi)部自然通風(fēng)和換氣問題的研究。

汽車空氣動力學(xué)的理論計算方法有：

1）以無粘流理論為基礎(chǔ)，即不考慮空氣的粘滯性，在運動方程中只有慣性項和壓力項——Euler方程；

2）以粘性理論為基礎(chǔ)，運動方程中考慮慣性力、壓力和粘滯力，通常以有限差分法求解——Navier-Stokers方程。

目前研究的主要手段：風(fēng)洞試驗。汽車風(fēng)洞試驗分為：全尺寸模型風(fēng)洞試驗和縮尺模型風(fēng)洞試驗2類。6-2汽車行使時所受到的氣動力和力矩

一、氣動力和氣動力矩

其中S為汽車正投影面積，氣動力：整個汽車外表面所受外力的合力稱為氣動力。風(fēng)力中心：氣動合力作用在汽車上的作用點稱為風(fēng)壓中心，且有：為汽車形狀系數(shù)。將氣動力分解在三個方向軸上，分別稱為阻力、側(cè)力和升力，三個系數(shù)分別稱為阻力系數(shù)、側(cè)力系數(shù)和升力系數(shù)。將氣動力轉(zhuǎn)換到汽車質(zhì)心稱為得到俯仰力矩、橫擺力矩和側(cè)傾力矩。并得到效應(yīng)的系數(shù)，詳見式（6-3至6-11）。二、汽車的空氣阻力其由5部分組成：

1）形狀阻力；占60%

2）摩擦阻力；占9%

3）誘導(dǎo)阻力；升力引起，占5~7%

4）干擾阻力；又稱附件阻力，占15%

5）內(nèi)部阻力占，又稱內(nèi)循環(huán)阻力，10~13%（一）空氣阻力與最大車速的關(guān)系（式6-13）（二）空氣阻力與汽車加速性能的關(guān)系（式6-16）（三）空氣阻力與燃油消耗量的關(guān)系（式6-17）和（式6-18）各類汽車的空氣阻力系數(shù)見表6-1

三、汽車的氣動升力方向：垂直于汽車的運動方向，即垂直于地面。其危害：降低輪胎的附著力，從而影響汽車的驅(qū)動性、操縱性、穩(wěn)定性。有三種模型（圖6-3）；

1）前端離地間隙完全封閉起來—負升力；

2）直接放到平臺上—正升力；

3）后部離地間隙完全封閉起來—正升力；

降低升力系數(shù)的方法：

1）采用負迎角造型（圖6-2）；

2）在汽車前端底部加一個擾流板；

3）使汽車底板的尾部向上翹起一個角度；

4）汽車地板應(yīng)向2側(cè)面略微翹起。

四、汽車的空氣動力穩(wěn)定性汽車的行駛穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為：橫擺運動的穩(wěn)定性。汽車的空氣動力穩(wěn)定性研究方法：從研究氣動側(cè)向力對汽車橫擺運動穩(wěn)定性的影響入手。6-3空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜

和表面壓強的分布

一、附面層與分離點

附面層：圍繞著運動物體的一個相對薄的空氣層內(nèi)，氣流速度有著急劇的變化，存在著速度梯度。該氣流曾稱為附面層（圖6-8~圖6-9）。

分離點：由于附面層內(nèi)的氣流速度變慢而使附面層內(nèi)的氣體“堆積”起來并逐漸變厚，于是會在距物體表面某一點處的氣體粒子失去其動量，速度為0。氣流在這一點與表面開始分離，該點稱為分離點。

分離現(xiàn)象（圖6-10）

二、汽車前部的流譜

可用二塊平面玻璃來簡單模擬，并在風(fēng)洞中用油膜法試驗以顯示其表面流譜。影響發(fā)動機罩和風(fēng)窗玻璃轉(zhuǎn)角部位氣流的主要因素：

1）發(fā)動機罩和風(fēng)窗玻璃間的夾角；

2）發(fā)動機罩的三維曲率和結(jié)構(gòu)；

3）風(fēng)窗玻璃的三維曲率和結(jié)構(gòu)。

三、汽車尾部的流譜當(dāng)氣流沿汽車表面流動到汽車尾部時，氣流分離而形成尾隨在汽車后面的湍流尾流。車底氣流先是向后運動，當(dāng)汽車行駛過后，又向前運動。

四、汽車底部的流譜汽車底不和地面之間的氣流狀態(tài)受下列因素的影響：

1）地面和底部的距離；

2）車輛寬度、長度和高度之比以及車身造型；

3）底不的平穩(wěn)程度；

4）地板的縱向曲率和橫向曲率。

五、汽車周圍的渦系“渦漩”：“尾渦”：

六、汽車的內(nèi)部氣流其與表面壓強分布汽車的內(nèi)部氣流包括：使發(fā)動機、制動器冷卻氣流及車廂內(nèi)部通風(fēng)氣流二部分。

內(nèi)部氣流對車外流譜影響的二個方面：

1）由于一部分外部氣流被引進車內(nèi)而降低了外部氣流作用于車身表面的壓力；

2）外部氣流在通過水箱、內(nèi)部空氣通道等處時，由于摩擦、渦流及漏氣等而損失了動量。（一）車身的表面壓強分布與車內(nèi)的通風(fēng)

（二）發(fā)動機冷卻6-4改善汽車空氣動力性能的措施

一、汽車外形設(shè)計的局部優(yōu)化（一）車頭部棱角圓化對阻力的影響

（二）前風(fēng)窗立柱及流水槽形狀對阻力的影響（三）車身后部形狀對阻力影響（圖6-31）（四）表面的光潔程度二、采用各種氣動附加裝置

1、前部擾流器（圖6-32）

2、后擾流器（圖6-33~圖6-34）

3、導(dǎo)流罩（圖6-35~圖6-37）

4、隔離裝置（圖6-38）

三、外形設(shè)計的整體優(yōu)化

汽車外形的空氣動力學(xué)開發(fā)程序可歸納為：

1）將完成初期造型的多個縮尺模型方案，按空氣動力學(xué)的基本要求進行初期風(fēng)洞試驗，以用于選型；將選定的模型進行空氣動力學(xué)修改后再進行風(fēng)洞試驗，如此反復(fù)多次優(yōu)選直至定型；

2）按定形方案制成1：1模型，并裝上刮水器、后視鏡等各種附件后再進行風(fēng)洞試