章轎車車身空氣動力學(xué)特性解析PPT課件

1、第四章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性 學(xué)習(xí)要點：4.1 轎車的空氣阻力 空氣阻力的組成及其影響因素4.2 轎車的橫向穩(wěn)定性 風(fēng)壓中心與重心的位置關(guān)系影響橫向穩(wěn)定性4.3 轎車的升力 轎車的流線與升力之間的關(guān)系4.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜 空氣的粘滯現(xiàn)象對轎車空氣動力學(xué)性能的影響4.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 針對空氣動力學(xué)問題的車身造型優(yōu)化設(shè)計4.6 轎車的空氣動力性試驗 利用風(fēng)動試驗和道路試驗提高轎車空氣動力學(xué)性能第1頁/共37頁l ：汽車的軸距t ：汽車的輪距q ：動壓q =1/2v2(為空氣密度)A：汽車的前視投影面積，該面積應(yīng)包括汽車底部零件及輪胎的前視投影面積。 對轎車可用英國

2、人推薦的公式估算（誤差一般不超過6）：式中 B和H轎車的總寬和總高；由此可推出：第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性4.1 轎車的空氣阻力轎車的空氣阻力 4.1 轎車的空氣阻力轎車的空氣阻力 0.81ABH22XDFCv A0.81ABH第2頁/共37頁4.1.1 空氣阻力的組成 4.1 轎車的空氣阻力轎車的空氣阻力 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性由轎車表面凸出的零件引起氣流相互干擾而產(chǎn)生的阻力 車身前部的正壓力和車身后部的負壓力所產(chǎn)生的壓力差而引起的阻力由轎車室內(nèi)通風(fēng)的氣流和冷卻發(fā)動機的氣流所造成的阻力。 由升力引起的 由于空氣的

3、粘滯性在車身表面所產(chǎn)生的摩擦力 第3頁/共37頁maxmax12DLFGfvA CC f降低DC值是提高最大車速的關(guān)鍵 4.1.2 空氣阻力與最大車速的關(guān)系 4.1 轎車的空氣阻力轎車的空氣阻力 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性2211()()22XDDLFGFfCv AGfv CC f A212XLFv C A汽車的升力汽車的牽引力最大車速第4頁/共37頁4.1.3 空氣阻力與轎車加速性能的關(guān)系 311()36007200rXDPGFfvC Av阻力功率311136007200eDPGfvC Av發(fā)動機功率對時間t求導(dǎo)2dd36003dd2eDPvttGfC

4、Av4.1 轎車的空氣阻力轎車的空氣阻力 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性 轎車的加速度與阻力系數(shù)有近似反比關(guān)系。減小空氣阻力和轎車的重力，都可以使轎車的加速能力提高。 第5頁/共37頁4.1.4 空氣阻力與燃油消耗量的關(guān)系 3672fweFFbQ降低空氣阻力即可降低油耗；當(dāng)高速行駛時，降低空氣阻力節(jié)油的效果更大 2wFv燃油消耗量也可換算成與空氣阻力和滾動阻力的關(guān)系又4.1 轎車的空氣阻力轎車的空氣阻力 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性102eWbQ當(dāng)汽車以等速行駛時的百公里油耗為：式中 燃油的密度。汽油為0.710.73kgL

5、，柴油為0.810.83kgL。 B發(fā)動機相應(yīng)工況的有效油耗率，單位為g/kwh W行駛100Km所消耗的功率kwh第6頁/共37頁氣動力中心與重心的位置關(guān)系對轎車橫向穩(wěn)定性的影響 風(fēng)壓中心在重心前，轎車繞軸順時針方向轉(zhuǎn)動，進一步增強側(cè)向風(fēng)的作用，使轎車失穩(wěn) 風(fēng)壓中心在重心后，轎車繞軸逆時針方向轉(zhuǎn)動，減弱側(cè)向風(fēng)的作用，使轎車趨于穩(wěn)定 4.14.2 轎車的橫向穩(wěn)定性轎車的橫向穩(wěn)定性4.2 轎車的橫向穩(wěn)定性轎車的橫向穩(wěn)定性第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第7頁/共37頁4.14.24.3 轎車的升力轎車的升力升力產(chǎn)生的原理4.3 轎車的升力轎車的升力第第4 4章章

6、轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性作用在轎車上的空氣，有3540在車身上部流過，1015從底部流過，兩邊各流過25。如果能設(shè)法提高底部氣流的速度而形成一種文氏喉管的氣流，則可由此產(chǎn)生負升力。 第8頁/共37頁l 負迎角能提高汽車底部氣流速度，減小升力l 轎車前段底部加擾流板可使升力下降影響升力的因素4.14.3 轎車的升力轎車的升力第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性4.2第9頁/共37頁4.14.24.3 轎車的升力轎車的升力影響升力的因素l 轎車底板的尾部向上翹起一個角度可疏導(dǎo)底部的氣流，從而降低升力系數(shù)l 轎車地板向兩邊略翹起，使底部氣流有一部分

7、流向兩個側(cè)面，也能使升力下降車尾地板的后翹效應(yīng)第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第10頁/共37頁4.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜4.4.1 附面層與分離點 渦旋的形成和分離現(xiàn)象4.14.24.34.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜附面層： 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。該氣流層稱為附面層。 轎車表面的附面層分離現(xiàn)象： 在分離點K起形成一個分離面K-K，在分離面后部，產(chǎn)生一個個渦漩，渦漩被外層氣流帶走，同時又從分離面上卷進新的渦漩以補充被帶走的部分，這種現(xiàn)象稱為分離

8、現(xiàn)象。 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第11頁/共37頁4.4.2 轎車前部的流譜 4.14.24.34.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜 通過試驗得到發(fā)動機罩分離線和風(fēng)窗玻璃上的再附著線，可利用右圖的經(jīng)驗公式研究其影響因素。 發(fā)動機罩和風(fēng)窗上分離點S及再附著點R的位置 汽車前部的流譜情況 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第12頁/共37頁4.14.24.34.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜4.4.3 轎車尾部的流譜 應(yīng)該設(shè)法使基面面積盡可能小，以使尾流負壓值減小，從而減小車身運

9、動阻力。 “短尾”原理 尾流導(dǎo)致后窗易沉積塵土 尾流沖刷后窗沉積的塵土 優(yōu)良的造型設(shè)計，首先應(yīng)避免尾流渦漩造成對路面過大的紊流,以減少塵土飛揚；其次應(yīng)考慮到引導(dǎo)氣流對后窗玻璃等部位有一定的沖刷作用，以防止塵土的沉積。 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第13頁/共37頁4.14.24.34.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜4.4.4 轎車底部的流譜 離地間隙對氣流阻力的影響光滑底部對氣流阻力的影響 離地間隙對氣動升力的影響 轎車底部的氣流特性：地板形狀對阻力升力的關(guān)系：裝有光滑地板的汽車地板的縱向曲率和橫向曲率 地板造型對尾流的影響 第第4

10、 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第14頁/共37頁4.4.5 轎車周圍的渦系 為減小和消除渦流及氣流分離引起的摩擦阻力和動能損耗，有些轎車尾部加裝窗后擾流板。 4.14.24.34.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜后擾流板尺寸對 和 值的影響 DCLC第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第15頁/共37頁4.14.24.34.4 空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜空氣的粘滯現(xiàn)象及轎車的流譜4.4.6 轎車的內(nèi)部氣流與表面壓強分布 轎車車內(nèi)空氣的流向 貨車駕駛室換氣情況 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動

11、力學(xué)特性不同車身的表面壓強分布進氣口開設(shè)在側(cè)面 第16頁/共37頁l 光順車身表面的曲線形狀，消除或延遲空氣附面層剝離和渦流的產(chǎn)生l 調(diào)整迎面和背面的傾斜角度 l 減少凸起物，形成平滑表面l 設(shè)計空氣動力附件，整理與引導(dǎo)氣流 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 4.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性車身造型的空氣動力學(xué)設(shè)計的目標(biāo)第17頁/共37頁4.5.1 轎車外形的空氣動力性最佳設(shè)計 l 車身前端形狀的最佳化 前保險杠形狀與氣流阻滯區(qū) l 車頭部分形狀的最

12、佳化 傾角為負，有利于氣流通過； 傾角為正，易造成氣流阻滯而使阻力和升力增加。4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 l 前窗傾角的最佳化 前風(fēng)窗傾斜（以前風(fēng)窗下沿為基點）與水平線的夾角為2530時，風(fēng)阻系數(shù)最低。第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第18頁/共37頁l 車身側(cè)面形狀的最佳化 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 前支柱型式對側(cè)部渦流的影響 輪口外部拱起，控制輪口內(nèi)氣流對側(cè)面平順氣流的干擾 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第1

13、9頁/共37頁l 車身側(cè)面形狀的最佳化 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 車身后部俯仰向內(nèi)收斂使阻力發(fā)生變化的情況 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第20頁/共37頁l 車身側(cè)面形狀的最佳化 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 車身最寬點與空氣動力學(xué)中心距離的關(guān)系 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第21頁/共37頁l 車身后部形狀的最佳化 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 后傾角

14、的定義后窗傾斜增加對尾流的影響 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第22頁/共37頁l 車身后部形狀的最佳化 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 0/ll比值不同時，不同后傾角對阻力變化的影響 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第23頁/共37頁l 車身后部形狀的最佳化 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 利用后擾流板，控制車后部渦流的形成與發(fā)展，“整理”不穩(wěn)定的渦流，推遲渦流產(chǎn)生或形成一定方向的小渦流，以填充后窗后部的低壓區(qū)，削減前風(fēng)

15、窗和后窗后部分的壓力差。 具有后擾流板形狀的后行李箱蓋造型 頂蓋后緣導(dǎo)流板控制局部氣流 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第24頁/共37頁l 車身底部形狀的最佳化 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 車身底部平整，避免湍流和升力后翹起形狀對阻力與升力的影響 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第25頁/共37頁l 后視鏡的位置與形狀4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 對前、側(cè)方氣流疏導(dǎo)的外后視鏡造型 l 進氣口和排氣口 前風(fēng)窗下沿進風(fēng)口

16、 散熱器框架進風(fēng)口 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第26頁/共37頁l 減小空氣動力的噪音 4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第27頁/共37頁4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 4.5.2 車身的空氣動力學(xué)設(shè)計方法與程序 判定（與目標(biāo)對照）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)推算啟動特性探討目標(biāo)性能設(shè)計試驗車的制造用試驗車進行討論外形決定判定（與目標(biāo)對照）NO生產(chǎn)程序OK居住性動力性能燃油經(jīng)濟性行駛穩(wěn)定性風(fēng)哨噪聲車內(nèi)換氣性

17、能冷卻性能擋泥性能目標(biāo)性能模型風(fēng)洞試驗原型車試驗外形開發(fā)基本計劃NO問題：l 什么樣的車身外形具有低的空氣阻力系數(shù)？l 達到低的空氣阻力系數(shù)的車身設(shè)計途徑是什么？第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第28頁/共37頁式樣車型基本形狀基礎(chǔ)模型基本形體對于全新車型的開發(fā)4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第29頁/共37頁風(fēng)洞試驗影響因素總結(jié)改進措施制定原有外形的空氣動力學(xué)分析對于原有車型的改進4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造

18、型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性新外形確定第30頁/共37頁4.14.24.34.44.5 車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究車身造型應(yīng)用空氣動力學(xué)研究 將風(fēng)阻系數(shù)做到極致車型第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第31頁/共37頁4.14.24.34.44.54.6 轎車的空氣動力性試驗轎車的空氣動力性試驗 4.6 轎車的空氣動力性試驗轎車的空氣動力性試驗 風(fēng)洞試驗第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第32頁/共37頁4.14.24.34.44.54.6 轎車的空氣動力性試驗轎車的空氣動力性試驗 模型風(fēng)洞模型風(fēng)洞實車風(fēng)洞 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第33頁/共37頁4.14.24.34.44.54.6 轎車的空氣動力性試驗轎車的空氣動力性試驗 風(fēng)洞試驗法的演變 第第4 4章章 轎車車身的空氣動力學(xué)特性轎車車身的空氣動力學(xué)特性第34頁/共37頁空氣動力及聲學(xué)風(fēng)洞的功用降低汽車風(fēng)阻，優(yōu)化汽車造型；測試接地負荷流場顯示，測定風(fēng)壓測試側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性