第四章汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)第一節(jié)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

第二節(jié)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法

第三節(jié)最佳氣動(dòng)外形第一節(jié)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、對(duì)汽車(chē)造型的要求

二、汽車(chē)造型設(shè)計(jì)與空氣的流態(tài)一、對(duì)汽車(chē)造型的要求縱觀汽車(chē)的發(fā)展歷史可以看到,在人們不斷地追求汽車(chē)的快速、安全、舒適性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),汽車(chē)技術(shù)也在不斷地發(fā)展。汽車(chē)技術(shù)是在以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、傳動(dòng)系的效率為中心，尋求汽車(chē)構(gòu)造的合理化，采用新材料，降低汽車(chē)自重以及減小汽車(chē)的滾動(dòng)阻力等技術(shù)的綜合應(yīng)用過(guò)程中不斷發(fā)展的，而開(kāi)發(fā)空氣動(dòng)力特性好的低阻汽車(chē)是降低汽車(chē)燃料消耗和提高最高車(chē)速的最有效的途徑。二、汽車(chē)造型設(shè)計(jì)與空氣的流態(tài)空氣動(dòng)力特性好的物體，沿著其表面的氣流沒(méi)有渦流和分離，飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼的設(shè)計(jì)大致實(shí)現(xiàn)了這一狀態(tài)。第二節(jié)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法一、汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)程序

二、汽車(chē)氣動(dòng)阻力的估算

三、氣動(dòng)阻力的估算值轉(zhuǎn)換為實(shí)車(chē)阻力值

四、車(chē)身表面壓力分布的計(jì)算

五、汽車(chē)風(fēng)洞試驗(yàn)一、汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)程序圖4-1汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)程序一、汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)程序1.基本外形的創(chuàng)造

2.空氣動(dòng)力特性分析1.基本外形的創(chuàng)造(1)確定駕駛室有足夠的居住空間為保證舒適性，首先應(yīng)保證座椅在前后左右合適的位置，座椅的周?chē)藛T有必要充分的居住空間，駕駛操縱有足夠的空間，眼睛的位置保證視野的要求，保障根據(jù)SAEJ100a的要求，確定室內(nèi)的主要尺寸，這些分析應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的人體模型。

(2)進(jìn)行汽車(chē)外形設(shè)計(jì)確定車(chē)身前端與后部形狀、發(fā)動(dòng)機(jī)罩的傾斜、前風(fēng)窗的傾斜、后端的傾斜、車(chē)身下面后半部的傾斜等基本外形。

(3)考慮安全法規(guī)的要求如燈光、后視鏡、安全器、視野等相關(guān)的安全法規(guī)的要求。

(4)確定車(chē)長(zhǎng)、車(chē)高、軸距等外形尺寸在確保乘員居住空間的前提下，在可能限度內(nèi)盡量縮短車(chē)身總長(zhǎng)。

(5)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系與冷卻格柵的設(shè)空氣動(dòng)力特性不僅取決于其外形，而且還取決于底板下部的平滑程度、凸凹處理的影響，不可忽視的是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻和駕駛室內(nèi)空調(diào)、換氣等內(nèi)流損失。圖4-2轎車(chē)的總高與總長(zhǎng)之比與的關(guān)系1.基本外形的創(chuàng)造2.空氣動(dòng)力特性分析由于下述原因，應(yīng)靈活地采用估算法：1)根據(jù)大量的估算數(shù)據(jù)，進(jìn)行汽車(chē)空氣動(dòng)力特性分析，減少模型的制作個(gè)數(shù)。

2)縮短試驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省費(fèi)用。二、汽車(chē)氣動(dòng)阻力的估算1.升力的估算

2.誘導(dǎo)阻力的估算

3.形狀阻力和表面摩擦阻力的估算

4.細(xì)部形狀的修正1.升力的估算升力可用下式進(jìn)行估算（4-1）1.升力的估算圖4-3升力計(jì)算模型

α—俯仰角/100L—撓曲度誘導(dǎo)阻力是由于翼端渦的影響而誘起的阻力，它是由車(chē)身上下表面的壓力差而產(chǎn)生的升力的水平分力，可根據(jù)下式用升力系數(shù)求出2.誘導(dǎo)阻力的估算（4-2）2.誘導(dǎo)阻力的估算圖4-4基本升力計(jì)算結(jié)果的一例3.形狀阻力和表面摩擦阻力的估算3.形狀阻力和表面摩擦阻力的估算圖4-5基本外形車(chē)的阻力系數(shù)、升力系數(shù)的比較3.形狀阻力和表面摩擦阻力的估算圖4-6″-與/A的關(guān)系4.細(xì)部形狀的修正表4-1給出了內(nèi)部阻力及細(xì)部形狀的修正，修正值為（4-4）三、氣動(dòng)阻力的估算值轉(zhuǎn)換為實(shí)車(chē)阻力值1.氣動(dòng)阻力系數(shù)估算值轉(zhuǎn)換為實(shí)車(chē)的值

2.估算值的精度確認(rèn)1.氣動(dòng)阻力系數(shù)估算值轉(zhuǎn)換為實(shí)車(chē)的值上述相當(dāng)于模型的氣動(dòng)阻力系數(shù)CD′、升力系數(shù)CL′的估算值為通過(guò)下式的換算，最后得出相當(dāng)于實(shí)車(chē)的氣動(dòng)阻力系數(shù)和升力系數(shù)為（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）2.估算值的精度確認(rèn)四、車(chē)身表面壓力分布的計(jì)算定常狀態(tài)的位勢(shì)流的速度勢(shì)?為把定常流與湍流成分分開(kāi)，則速度勢(shì)為由此可以得出（4-9）（4-10）（4-11）四、車(chē)身表面壓力分布的計(jì)算在無(wú)限遠(yuǎn)處，物體表面(包括地面)滿足的邊界條件為無(wú)限遠(yuǎn)處：物體表面：（4-12）（4-13）四、車(chē)身表面壓力分布的計(jì)算圖4-7表面壓力分布計(jì)算值與試驗(yàn)值比較的一例

a)車(chē)身上面中心線上的壓力分布

b)車(chē)身側(cè)面門(mén)把手高度的壓力分布五、汽車(chē)風(fēng)洞試驗(yàn)在基本設(shè)計(jì)階段，除用上述估算法對(duì)全新的設(shè)計(jì)進(jìn)行空氣動(dòng)力特性分析外，對(duì)新設(shè)計(jì)的外形在初步氣動(dòng)估算進(jìn)行選型之后，還要用模型車(chē)和樣車(chē)進(jìn)行選擇最佳氣動(dòng)外形的風(fēng)洞試驗(yàn)。在一輛新車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，大約要進(jìn)行1000h的風(fēng)洞試驗(yàn)(參考文獻(xiàn)［2］美國(guó)瑪利蘭大學(xué)的風(fēng)洞試驗(yàn)程序)。關(guān)于汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)將在第七章詳述。第三節(jié)最佳氣動(dòng)外形一、最佳造型

二、汽車(chē)造型的發(fā)展變化一、最佳造型圖4-8最理想的車(chē)身外形一、最佳造型1.車(chē)身側(cè)面

2.車(chē)身正面1.車(chē)身側(cè)面1)盡量降低車(chē)身總高。

2)離地間隙盡量小。

3)前臉扁平，后端處理應(yīng)盡量使阻力降低(采用切尾、加尾翼或采用鴨尾形)。

4)發(fā)動(dòng)機(jī)罩和頂蓋盡量扁平。

5)為確保方向穩(wěn)定性而加上尾翼。2.車(chē)身正面1)寬而低的扁平形。

2)采用無(wú)棱角的扁平和圓形過(guò)渡。

3)當(dāng)駕駛室要求有必要的棱角時(shí)，在腰線部位可裝置傾斜的側(cè)翼，使其圓滑過(guò)渡。

1)把車(chē)身設(shè)計(jì)成楔型或快背式，車(chē)前端盡量壓低，俯視圖多呈半圓形，前風(fēng)窗與發(fā)動(dòng)機(jī)罩、頂蓋與側(cè)面的過(guò)渡部分圓滑光順，前風(fēng)窗與水平面的夾角一般在25°～33°之間。

2)汽車(chē)設(shè)置前、后擾流板等空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置，以改善氣流狀況、降低阻力和升力。

3)車(chē)身底面平滑化，或加設(shè)光滑底板，以降低阻力和升力。

4)車(chē)身外表盡量減少凸凹面和突起物，如門(mén)把手平滑化，風(fēng)窗玻璃、門(mén)玻璃盡量與框平齊，雨水槽采用隱蔽式，車(chē)輪加外護(hù)罩，外后視鏡加流線型護(hù)罩。5)控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻氣流，強(qiáng)制空氣處于有利流動(dòng)的狀態(tài)，提高冷卻性能，減小行駛阻力。

6)車(chē)身細(xì)部形狀最佳化，通過(guò)反復(fù)修改外形，達(dá)到最佳氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)效果。2.車(chē)身正面2.車(chē)身正面在汽車(chē)造型階段的大量風(fēng)洞試驗(yàn)表明，形狀阻力的大致部位如下：

1)前照燈周?chē)?/p>

2)前風(fēng)窗兩側(cè)部位周?chē)?/p>

3)A柱到車(chē)門(mén)周?chē)耐拱迹?/p>

4)C柱的錐度；

5)底板下部的整形程度。二、汽車(chē)造型的發(fā)展變化1.空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)未來(lái)汽車(chē)造型的影響

2.汽車(chē)造型的個(gè)性化與多樣化

3.汽車(chē)造型的趨勢(shì)1.空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)未來(lái)汽車(chē)造型的影響為減小形狀阻力，使車(chē)身的橫截面不斷地變化，沿著流線壓力逐漸變化，壓力在正壓區(qū)僅變動(dòng)一個(gè)循環(huán)，其設(shè)計(jì)程序分為以下三個(gè)階段：1)制作1∶2模型并根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果不斷修正其外形。

2)考慮總布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，對(duì)第一階段的理想外形進(jìn)行修正。

3)繪制車(chē)身設(shè)計(jì)圖。圖4-9平尼法利納公司的一項(xiàng)研究成1.空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)未來(lái)汽車(chē)造型的影響圖4-10外形變化與氣動(dòng)阻力的比較1.空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)未來(lái)汽車(chē)造型的影響2.汽車(chē)造型的個(gè)性化與多樣化以空氣動(dòng)力學(xué)為主導(dǎo)進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，并不意味著墨守成規(guī)千篇一律地采用空氣動(dòng)力學(xué)的幾項(xiàng)原則進(jìn)行死板的造型設(shè)計(jì)，更不意味著汽車(chē)造型大