第二章空氣動力學基本原理

1、第二章 空氣動力學基本原理 本課程以空氣動力學和流體力學為理論基礎，分析汽車周圍的流場，研究作用在汽車上的氣動力矩和氣動力，并應用這些成果改善汽車的性能，因此要深入研究汽車空氣動力學的問題必須熟悉這些原理和有關應用問題，多數問題在流體力學中都以涉及到，在此不再贅述，僅就和汽車比較密切的一些問題加以論述 21 理想流體和不可壓縮流體一、流體能夠流動的物質叫流體。由分子構成，都具有粘性、可以壓縮。二、理想流體假想沒有粘性的流體三、不可壓縮流體忽略壓縮性的流體。氣體可壓 液體不可壓、當氣體流速小于100米/秒時，也可以視為不可壓縮流體，如低速風洞中均不考慮壓縮性性。 22 定常流動和非定常流動 流線

2、 跡線 流譜一、 定常流動和非定常流動 風洞中提供 的流場是定常的。二、 流線 跡線 流譜 性質 定常流動中跡線和流線重合，如 圖22 23 流體流動的連續(xù)性方程和 伯努里方程 一、連續(xù)性方程（條件定常）w 1、 可壓縮 意義：質量流量為常數。 2、 不可壓 意義: 體積流量為常數。二、伯努里方程意義： 02121pVpCAVAV221124 附面層及其分離現象 一 、 附 面 層的概念定義：粘性流體繞流物體時在壁面附近速度急劇變化的薄層。如圖24 機翼和平板上的附面層 2、 特點（1）內部旋渦強度大慣性力和粘性力具有同樣的數量級為粘性流體的有旋流動（2）外部旋渦強度小，慣性力大于大于粘性力，

3、為理想流體的無旋流動。（3） 厚度很小 。（4）在同一截面上壓強相等 3、層流附面層和紊流附面層 判別準則 V 邊界上的速度 x駐點到轉捩點的距離 運動粘度 臨界雷諾數 在平板上 51053106 VxReecR二、分離現象分析當粘性流體流過曲面物體時要發(fā)生分離現象如圖251、M點之前 2、M點 3、S點分離點4、ST間斷面 5、旋渦區(qū)壓差阻力 6、汽車上的情況。 25 升力和阻力 一、流體對機翼的作用力理想流體繞流機翼時，由于上下表面彎度不同，上下氣流不對稱，形成圖27所示的壓強分布，將這個不對稱的壓強在整個機翼表面上積分，則得到力R ， 將R分解到x y方向 上，就可以得到升力和阻力。關于

4、升力的討論1、Y和物體的形狀有關。2、Y正比于速度的平方。3、Y與物體在流場中的方位有關Y 攻角 。二、關于阻力下節(jié)討論26 摩擦阻力和壓差阻力 一、摩擦阻力 1、 形成原因附面層內存在速度梯度 2、 影響因素 a、物體形狀 b、邊界層內的流動狀態(tài) 二、壓差阻力 1、形成原因 理想流體繞流圓柱體時，既無升力也無阻力，粘性流體時產生摩擦和附面層分離造成物體前后壓強不對稱則 XpdAPsin2、 影響因素a、 來流速度，同樣的物體來流速度不同不同，分離點的位置不同，則不同。b、物體的形狀 流線體很小，突然中斷的截尾形狀很大，為摩擦阻力的數十倍。c.在流場中的方位。 27 誘導阻力一、有限翼展的情況

5、 產生后緣旋渦和翼梢旋渦。二、誘導阻力形成的原因由于上述旋渦的存在產生一個誘導速度W，由V和W合成V升力則垂直于V ，將其在y方向和x方向上分解，則得到誘導阻力。誘導阻力 和粘性無關。三、汽車上的誘導阻力 汽車近似于一個有限翼展的機翼，底部壓強大于上部的壓強，在汽車側面產生由車底向上的流動，產生誘導旋渦，如圖212也產生誘導阻力。28 作用在汽車上的 氣動力和氣動力矩 一、氣動力1、氣動阻力2、升力 Y3、側向力Z 二、氣動力矩 1、側傾力矩 2、橫擺力矩 3、側縱傾力矩XXXXpFiMXyYxzccMZxycMZyxc三、力系數和力矩系數1、力系數阻力系數 升力系數升力系數側向力系數側向力系數AVXCx221AVYCy221AVZCz2212、力矩系數縱傾力矩系數橫擺力矩系數側傾力矩系數其中：A-汽車正投影面積 l-汽車長度AlVMmzz221AlVMmyy221AlVMmxx221寬寬dVReAVDCD221圓圓 柱柱半半 管管半半 管管方方 柱柱平平 板板橢橢 柱柱橢橢 柱柱dVReAVDCD221球球半半 球球半半 球球方方 塊塊方方 塊塊矩矩 形形 板板(長長/寬寬=5) 104 1051.2 4 1041.2 4 1042.3 3.51042.0 1041061.98 1105