汽車空氣動力學

1、前前 言言汽車空氣動力學汽車空氣動力學u汽車受到的外力汽車受到的外力u路面作用力路面作用力u空氣動力空氣動力u重力重力對動力性的影響對動力性的影響 影響高速時的加速性能影響高速時的加速性能; 影響最高車速。影響最高車速。對燃油經(jīng)濟性的影響對燃油經(jīng)濟性的影響對于對于CdA=0.8m2的轎車，的轎車， v=65km/h時，時，55%的能量克服空氣阻力；的能量克服空氣阻力； v=90km/h時，時，70%的能量克服空氣阻力；的能量克服空氣阻力；轎車空氣動力性的差異可使空氣阻力相差別轎車空氣動力性的差異可使空氣阻力相差別30%，燃油消耗相差達，燃油消耗相差達12%以上。以上。對安全性的影響對安全性的影

2、響 高速時的加速性能影響行車的安全；高速時的加速性能影響行車的安全； 空氣升力影響汽車操縱穩(wěn)定性和制動性；空氣升力影響汽車操縱穩(wěn)定性和制動性； 空氣動力穩(wěn)定性影響汽車的操縱穩(wěn)定性。空氣動力穩(wěn)定性影響汽車的操縱穩(wěn)定性。對汽車外觀的影響對汽車外觀的影響 汽車的空氣動力特性主要取決于汽車外形；汽車的空氣動力特性主要取決于汽車外形； 空氣動力學影響著人們的審美觀?？諝鈩恿W影響著人們的審美觀。前前 言言u 空氣動力學對汽車性能的影響空氣動力學對汽車性能的影響u汽車空氣動力學研究內(nèi)容汽車空氣動力學研究內(nèi)容研究汽車運動時，空氣對汽車的作用。研究汽車運動時，空氣對汽車的作用。包括：作用力（力矩）、噪聲、冷卻

3、、通風換氣、車身表面包括：作用力（力矩）、噪聲、冷卻、通風換氣、車身表面清潔、對附件工作性能的影響等。清潔、對附件工作性能的影響等。前前 言言1.1.空氣動力學基礎知識空氣動力學基礎知識1.1 連續(xù)性方程和伯努利方程連續(xù)性方程和伯努利方程(Bernoullis Law)u連續(xù)性方程連續(xù)性方程對于定常流動，流過流束任一截面的流量彼此相等，即對于定常流動，流過流束任一截面的流量彼此相等，即1V1A1= 2V2A2 = =常數(shù)常數(shù)對于不可壓縮流體（對于不可壓縮流體（1= 2 = =常數(shù)），有常數(shù)），有V1A1= V2A2 = =常數(shù)常數(shù) 連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學中連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在

4、流體力學中的表現(xiàn)形式。的表現(xiàn)形式。 汽車周圍的空氣壓力變化不大，可近似認汽車周圍的空氣壓力變化不大，可近似認為空氣密度不變。為空氣密度不變。汽車空氣動力學汽車空氣動力學u伯努利方程伯努利方程對于不可壓縮流體，有：對于不可壓縮流體，有： mgz+mp/+mV2/2=常數(shù)常數(shù) 即流體的重力勢能、即流體的重力勢能、壓力勢能、動能之和為一常數(shù)。壓力勢能、動能之和為一常數(shù)。當氣體流速不太高時，密度當氣體流速不太高時，密度可視為不變，且氣體的重力很小，則可視為不變，且氣體的重力很小，則 p/+V2/2=常數(shù)常數(shù) 或或 p+V2/2=常數(shù)常數(shù)即靜壓力與即靜壓力與“動壓力動壓力”之和為一常數(shù)。之和為一常數(shù)。伯

5、努利方程是能量守恒定律在流體力學中的表現(xiàn)形式。伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的表現(xiàn)形式。流速越大，動壓力越大，壓力（靜壓力）越小。流速越大，動壓力越大，壓力（靜壓力）越小。1.空氣動力學基礎知識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)u文丘里效應文丘里效應(Venture Effect)：流體經(jīng)過狹窄通道時壓力減小的現(xiàn)象。流體經(jīng)過狹窄通道時壓力減小的現(xiàn)象。吹紙條:熱水淋浴器:球浮氣流：發(fā)動機化油器喉管同向行舟:1.空氣動力學基礎知識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)1.2 空氣的粘滯性和氣流分離現(xiàn)象空氣的粘滯性和氣流分離現(xiàn)象u達朗貝爾悖論達朗貝爾悖論(dAlemberts Paradox)對于上下對稱，左右對稱的物體

6、，在氣流中所受流體作用的合力應對于上下對稱，左右對稱的物體，在氣流中所受流體作用的合力應為零。這顯然不符合客觀現(xiàn)實情況。為零。這顯然不符合客觀現(xiàn)實情況。(Irrotational flow of a nonviscous fluid about an object produces no drag on the object. This peculiar result is known as dAlemberts paradox. )第一章第一章 空氣動力學基礎知識空氣動力學基礎知識 在無粘性氣流中，在無粘性氣流中，所受合力為零。所受合力為零。 在粘性氣流中，在粘性氣流中，所受合力不為零。所受

7、合力不為零。u附面層附面層(boundary layer) 由于流體的粘性，靠近物面處的流體有粘附在物面的趨勢，于是有一由于流體的粘性，靠近物面處的流體有粘附在物面的趨勢，于是有一流速較低的區(qū)域，即為附面層。流速較低的區(qū)域，即為附面層。 附面層隨流程的增加而增厚。附面層隨流程的增加而增厚。 附面層的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)捩為紊流。附面層的流態(tài)由層流轉(zhuǎn)捩為紊流。1.空氣動力學基礎知識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)u 順壓梯度和逆壓梯度順壓梯度和逆壓梯度順壓梯度：順壓梯度：順流動方向壓力降低。（流速順流動方向壓力降低。（流速，壓力，壓力） 逆壓梯度：逆壓梯度：順流動方向壓力升高。（流速順流動方向壓力升高。（流速，壓

8、力，壓力）轎車的橫截面積分布和氣流壓力梯度轎車的橫截面積分布和氣流壓力梯度1.空氣動力學基礎知識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)u氣流分離現(xiàn)象氣流分離現(xiàn)象(flow separation) 當氣流越過物面的最高點后，氣流流束擴大、流速減小，具有逆壓當氣流越過物面的最高點后，氣流流束擴大、流速減小，具有逆壓梯度。氣體是頂著壓力的增高流動。在因粘滯損失而使能量較低的附面梯度。氣體是頂著壓力的增高流動。在因粘滯損失而使能量較低的附面層內(nèi)，流動尤為困難。層內(nèi)，流動尤為困難。在物面法向速度梯度為零在物面法向速度梯度為零( =0 )時，氣流開始分離?？拷锩鏁r，氣流開始分離?？拷锩娴臍饬飨韧Ｖ沽鲃?，進而反向流動，

9、形成渦流區(qū)，將繼續(xù)流動的氣流與的氣流先停止流動，進而反向流動，形成渦流區(qū)，將繼續(xù)流動的氣流與物面隔開。物面隔開。ePYeY=01.空氣動力學基礎知識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)尾流區(qū)尾流區(qū) 在分離點后，是一不規(guī)則流動的在分離點后，是一不規(guī)則流動的渦流區(qū)，總體上是靜止不動的渦流區(qū)，總體上是靜止不動的“死水死水區(qū)區(qū)”。物體向前運動時，它隨之運動，。物體向前運動時，它隨之運動，故稱故稱“尾流尾流”。 尾流區(qū)內(nèi)各點壓力幾乎相等，與尾流區(qū)內(nèi)各點壓力幾乎相等，與分離點處壓力相同。分離點處壓力相同。壓差阻力壓差阻力(pressure drag ) 在物體背流面，流束的擴展受到尾流區(qū)的限制，使流束截面較比迎流面在物

10、體背流面，流束的擴展受到尾流區(qū)的限制，使流束截面較比迎流面小，其壓力較迎流面低。而尾流區(qū)的壓力與相鄰流體壓力接近。這就使物體小，其壓力較迎流面低。而尾流區(qū)的壓力與相鄰流體壓力接近。這就使物體在主氣流方向上受到一個稱為在主氣流方向上受到一個稱為“壓差阻力壓差阻力”的作用。的作用。影響氣流分離的因素影響氣流分離的因素壓力梯度壓力梯度 只有在逆壓梯度條件下才會產(chǎn)生分離。只有在逆壓梯度條件下才會產(chǎn)生分離。 逆壓梯度越大，越易分離。逆壓梯度越大，越易分離。流態(tài)流態(tài) 紊流可使主氣流中的能量更多地傳遞到附面層，比層流更不易分離。紊流可使主氣流中的能量更多地傳遞到附面層，比層流更不易分離。1.空氣動力學基礎知

11、識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)減小形狀阻力的措施減小形狀阻力的措施降低逆壓梯度降低逆壓梯度減緩物體背流面的截面變化，使分離減緩物體背流面的截面變化，使分離點（分離線）向后移，減小尾流區(qū)。點（分離線）向后移，減小尾流區(qū)。增大紊流度增大紊流度 增大物面的粗糙度。增大物面的粗糙度。 分離是產(chǎn)生在附面層分離是產(chǎn)生在附面層流體沒有粘度，就沒有附面層。流體沒有粘度，就沒有附面層。沒有附面層，就不會產(chǎn)生氣流分離現(xiàn)象。沒有附面層，就不會產(chǎn)生氣流分離現(xiàn)象。汽車上的分離區(qū)汽車上的分離區(qū) 氣流在前風窗下部、車頂前端、行李前部氣流在前風窗下部、車頂前端、行李前部等處分離后，又重新附著，形成分離區(qū)（亦稱等處分離后，又重新附著

12、，形成分離區(qū)（亦稱為為“氣泡氣泡”( bubble)）。）。1.空氣動力學基礎知識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)1.3 壓力系數(shù)壓力系數(shù)u定義定義常用壓力系數(shù)來表示物體在氣流流場中表面各點壓力的大小。常用壓力系數(shù)來表示物體在氣流流場中表面各點壓力的大小。壓力系數(shù)定義：；可整理為：壓力系數(shù)定義：；可整理為：CP =PPV 2/2CP = 1 ( )2V V 。處，是駐點。處，是駐點。u表示方法表示方法矢量法矢量法坐標法坐標法1.空氣動力學基礎知識節(jié)空氣動力學基礎知識節(jié)2.2.汽車空氣動力與空氣動力矩汽車空氣動力與空氣動力矩空氣靜壓力的合力為空氣動力，其三個分力分別為：空氣靜壓力的合力為空氣動力，其三個分

13、力分別為：空氣阻力空氣阻力(Drag)、空氣升力、空氣升力(Lift)、空氣側(cè)向力、空氣側(cè)向力(Side Force)。將空氣動力平移至汽車質(zhì)心將空氣動力平移至汽車質(zhì)心Cg，就有一附加力矩，其三個分力矩分別為：，就有一附加力矩，其三個分力矩分別為：側(cè)傾力矩側(cè)傾力矩(Rolling Moment) MX、俯仰力矩、俯仰力矩(Pitching Moment) MY、橫、橫擺力矩擺力矩(Yow Moment) MZ。u空氣動力的表達式空氣動力的表達式 空氣阻力與氣流速度的平方空氣阻力與氣流速度的平方V2成正比，與汽車迎風面積成正比。常成正比，與汽車迎風面積成正比。常表示為與動壓力、迎風面積成正比的形

14、式：表示為與動壓力、迎風面積成正比的形式：式中，空氣阻力系數(shù)式中，空氣阻力系數(shù)Cd d是表征汽車空氣動力特是表征汽車空氣動力特性的重要指標，它主要取決于汽車外形，也與性的重要指標，它主要取決于汽車外形，也與流速有關。流速有關。 空氣升力、空氣側(cè)向力表示為空氣升力、空氣側(cè)向力表示為汽車空氣動力學汽車空氣動力學AVCLL22AVCSY22AVCDd22u空氣動力矩的表達式空氣動力矩的表達式俯仰力矩俯仰力矩令令則則一般取汽車的軸距作為特征長度一般取汽車的軸距作為特征長度l 。類似地，側(cè)傾力矩類似地，側(cè)傾力矩MX、橫擺力矩橫擺力矩MZ也表示為也表示為2. 汽車空氣動力與空氣動力矩汽車空氣動力與空氣動力

15、矩AlVCMMYY22AlVCMMXX22AlVCMMZZ22AVZCXCDZLXMCdCLCCY2)(2MYCdCLlCZCXC3.3.空氣阻力空氣阻力3.1 空氣阻力的分類空氣阻力的分類形狀阻力形狀阻力(Form Drag)干擾阻力干擾阻力(Interference Drag)內(nèi)部阻力內(nèi)部阻力(Internal Flow Drag)誘導阻力誘導阻力(Induced Drag)摩擦阻力摩擦阻力(Skin Friction)前四種為壓力阻力。前四種為壓力阻力。汽車空氣動力學汽車空氣動力學Cd總值：0.45A形狀阻力(Cd=0.262)；B干擾阻力(Cd=0.064)；C形狀阻力(Cd=0.05

16、3)；D形狀阻力(Cd=0.031)；E形狀阻力(Cd=0.040)。3.空氣阻力空氣阻力3.2 形狀阻力形狀阻力形狀阻力主要是壓差阻力，是由車身的外部形狀決定的。形狀阻力主要是壓差阻力，是由車身的外部形狀決定的。u前風窗對空氣阻力的影響前風窗對空氣阻力的影響 前風窗對氣流的影響前風窗對氣流的影響 減小前風窗處空氣阻力的措施減小前風窗處空氣阻力的措施 增大風窗與發(fā)動機罩間的夾角；增大風窗與發(fā)動機罩間的夾角； 風窗橫向彎曲。風窗橫向彎曲。u 車身后背對空氣阻力的影響車身后背對空氣阻力的影響幾種典型的車身后背型式幾種典型的車身后背型式直背式直背式(Fast back)：后背傾角后背傾角2020；艙

17、背式艙背式(Hatch back)：后背傾角后背傾角20205050；方背式方背式(Square back)：后背傾角后背傾角5050；折背式折背式(Notch back)。3.空氣阻力空氣阻力 后背傾角與空氣阻力后背傾角與空氣阻力 分離點在后端時，后背傾角增大，尾流區(qū)減?。环蛛x點在后端時，后背傾角增大，尾流區(qū)減??； 分離點在后背上時，后背傾角增大，尾流區(qū)增大。分離點在后背上時，后背傾角增大，尾流區(qū)增大。 有一空氣阻力最小的最佳后背傾角。有一空氣阻力最小的最佳后背傾角。 后背長度越大，空氣阻力越小。后背長度越大，空氣阻力越小。3.空氣阻力空氣阻力 車身后背形狀與空氣阻力車身后背形狀與空氣阻力

18、截尾式截尾式 兩廂式與三廂式兩廂式與三廂式 行李箱高度行李箱高度3.空氣阻力空氣阻力3.3 誘導阻力誘導阻力(induced drag) 在側(cè)面由下向上的氣流形成的渦流在側(cè)面由下向上的氣流形成的渦流(vortice)的作用下，車頂上面的作用下，車頂上面的氣流在后背向下偏轉(zhuǎn)，使產(chǎn)生的實際升力有一向后的水平分力，這個的氣流在后背向下偏轉(zhuǎn)，使產(chǎn)生的實際升力有一向后的水平分力，這個分力就是誘導阻力。分力就是誘導阻力。 洗流不易分離。洗流不易分離。3.空氣阻力空氣阻力 氣流在后背的偏轉(zhuǎn)角越大，誘導阻力越大；氣流在后背的偏轉(zhuǎn)角越大，誘導阻力越大； 后背傾角越大，氣流在后背的偏轉(zhuǎn)角越大。后背傾角越大，氣流在

19、后背的偏轉(zhuǎn)角越大。 氣流在后背的流程越長，誘導阻力越大。氣流在后背的流程越長，誘導阻力越大。 分離點前移，氣流在后背的流程減小。分離點前移，氣流在后背的流程減小。 后背傾角的變化，對形狀阻力和誘導阻力都有影響。后背傾角的變化，對形狀阻力和誘導阻力都有影響。 隨傾角增大，誘導阻力增大，并隨分離點前移，增大速度減緩，隨傾角增大，誘導阻力增大，并隨分離點前移，增大速度減緩，最終減小，至消失；最終減小，至消失； 隨后背傾角增大，形狀阻力先減小，再增大，分離點前移至后背隨后背傾角增大，形狀阻力先減小，再增大，分離點前移至后背頂端時，不再增大。頂端時，不再增大。3.空氣阻力空氣阻力 車身后背上減小誘導阻力

20、的措施車身后背上減小誘導阻力的措施選擇適當?shù)暮蟊硟A角選擇適當?shù)暮蟊硟A角后背后緣處為尖銳棱角后背后緣處為尖銳棱角 形成穩(wěn)定的氣流分離線；減小轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生的誘導阻力。形成穩(wěn)定的氣流分離線；減小轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生的誘導阻力。設擾流器設擾流器 減小誘導阻力，同時減小空氣升力。減小誘導阻力，同時減小空氣升力。3.空氣阻力空氣阻力3.4 干擾阻力干擾阻力 干擾阻力是由于車身表面的凸起物、凹坑和車輪等局部地影響著氣流干擾阻力是由于車身表面的凸起物、凹坑和車輪等局部地影響著氣流流動而引起的空氣阻力。流動而引起的空氣阻力。 u車外小物件產(chǎn)生的干擾阻力車外小物件產(chǎn)生的干擾阻力 氣流流經(jīng)物體時流速增加，另一物體置于這被加速了

21、的氣流中時，氣流流經(jīng)物體時流速增加，另一物體置于這被加速了的氣流中時，就會受到更大的空氣阻力作用。兩物體距離越小，干擾阻力越大。就會受到更大的空氣阻力作用。兩物體距離越小，干擾阻力越大。3.空氣阻力空氣阻力u 車身表面凸起物對氣流影響車身表面凸起物對氣流影響 凸起物可能引起氣流分離。凸起物可能引起氣流分離。 凸起物使附面層加厚，氣流容易分離。凸起物使附面層加厚，氣流容易分離。3.空氣阻力空氣阻力u 車身表面凹槽產(chǎn)生的干擾阻力車身表面凹槽產(chǎn)生的干擾阻力門、蓋罩等的四周縫隙是主要的車身表面凹槽。門、蓋罩等的四周縫隙是主要的車身表面凹槽。凹槽的方向有垂直于和平等于氣流方向兩種典型狀況。凹槽的方向有垂

22、直于和平等于氣流方向兩種典型狀況。3.空氣阻力空氣阻力u 車輪旋轉(zhuǎn)對氣流的影響車輪旋轉(zhuǎn)對氣流的影響車輪旋轉(zhuǎn)車輪旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)車輪在氣流中旋轉(zhuǎn)車輪在氣流中路面上的旋轉(zhuǎn)車輪在氣流中路面上的旋轉(zhuǎn)車輪在氣流中馬格納斯效應馬格納斯效應(Magnus effect)：在流體中運動的旋轉(zhuǎn)圓柱受到力作在流體中運動的旋轉(zhuǎn)圓柱受到力作用而影響它的行進路線的一種現(xiàn)象。用而影響它的行進路線的一種現(xiàn)象。路面上滾動的車輪受到一升力作用。路面上滾動的車輪受到一升力作用。車輪旋轉(zhuǎn)使車輪上的分離線前移，因此有一較大的空氣阻力。車輪旋轉(zhuǎn)使車輪上的分離線前移，因此有一較大的空氣阻力。3.空氣阻力空氣阻力輪罩的遮擋，減弱了車輪旋轉(zhuǎn)對氣流的

23、干擾，降低了空氣阻力。輪罩的遮擋，減弱了車輪旋轉(zhuǎn)對氣流的干擾，降低了空氣阻力。在輪罩中的轉(zhuǎn)動車輪，在其前側(cè)面和前下部有氣流向外流動，對主氣流在輪罩中的轉(zhuǎn)動車輪，在其前側(cè)面和前下部有氣流向外流動，對主氣流產(chǎn)生干擾。產(chǎn)生干擾。輪胎寬度有一空氣阻力最小的值。輪胎寬度有一空氣阻力最小的值。3.空氣阻力空氣阻力3.5 內(nèi)部阻力內(nèi)部阻力 流經(jīng)車身內(nèi)部的氣流對通道的作用以及流流經(jīng)車身內(nèi)部的氣流對通道的作用以及流動中的能量損耗，產(chǎn)生了內(nèi)部阻力。動中的能量損耗，產(chǎn)生了內(nèi)部阻力。 u內(nèi)部氣流內(nèi)部氣流 發(fā)動機冷卻氣流：發(fā)動機冷卻氣流：流量大。是減小內(nèi)部阻力的主要研究對象。流量大。是減小內(nèi)部阻力的主要研究對象。 通風

24、氣流：通風氣流：流量約為冷卻氣流的流量約為冷卻氣流的1/10左右。左右。 制動器冷卻氣流制動器冷卻氣流u理想的發(fā)動機空氣冷卻系統(tǒng)理想的發(fā)動機空氣冷卻系統(tǒng)氣流通道為密封的直管道；氣流通道為密封的直管道；散熱器面積大，進入的氣流速度低；散熱器面積大，進入的氣流速度低；全部氣流都流經(jīng)散熱器；全部氣流都流經(jīng)散熱器；通道面積變化緩和，無渦流產(chǎn)生；通道面積變化緩和，無渦流產(chǎn)生；流經(jīng)散熱器的氣流為紊流；流經(jīng)散熱器的氣流為紊流；可根據(jù)散熱要求調(diào)節(jié)氣流流量。可根據(jù)散熱要求調(diào)節(jié)氣流流量。3.空氣阻力空氣阻力4.4.空氣升力空氣升力4.1 4.1 空氣升力空氣升力 翼型的迎角越大，空氣升力越大。翼型的迎角越大，空氣

25、升力越大。 汽車如翼型，上凸下平，受空氣升力作用。汽車如翼型，上凸下平，受空氣升力作用。 不同外形的汽車，其不同外形的汽車，其“迎角迎角”不同，空氣升力系數(shù)也不同。不同，空氣升力系數(shù)也不同。汽車空氣動力學汽車空氣動力學4.2 4.2 地面效應地面效應地面對氣流的影響，使物體受到的空氣動力發(fā)生變化的現(xiàn)象。地面對氣流的影響，使物體受到的空氣動力發(fā)生變化的現(xiàn)象。 當距離當距離h 較大時，隨較大時，隨h 減小，氣流加速，壓力減??；減小，氣流加速，壓力減小； 當距離當距離h 較小時較小時 ，附面層的影響隨，附面層的影響隨h 減小而突出。隨減小而突出。隨h 減小，氣減小，氣流減速，壓力增大。流減速，壓力增

26、大。4. 空氣升力空氣升力u地效飛行器地效飛行器天鵝號地效飛行器天鵝號地效飛行器信天翁信天翁4型地效飛行器型地效飛行器蘇聯(lián)蘇聯(lián)KM地效飛行器地效飛行器4. 空氣升力空氣升力4.3 4.3 汽車外形與空氣升力汽車外形與空氣升力u汽車前端高度汽車前端高度 汽車前端高度影響流入底部的氣流量。汽車前端高度影響流入底部的氣流量。 進入汽車底部的空氣越多，流速越高，壓力越?。贿M入汽車底部的空氣越多，流速越高，壓力越?。?另一方面，空氣越多，堵塞越嚴重，壓力越大，空氣升力越大。另一方面，空氣越多，堵塞越嚴重，壓力越大，空氣升力越大。4. 空氣升力空氣升力u底部的前后遮擋的影響底部的前后遮擋的影響u底部氣流的

27、側(cè)向流動底部氣流的側(cè)向流動 減小了底部壓力；減小了底部壓力； 加強了側(cè)面渦流，從而增強了下洗作用。加強了側(cè)面渦流，從而增強了下洗作用。4. 空氣升力空氣升力u后背傾角對空氣升力的影響后背傾角對空氣升力的影響u前風窗下部分離區(qū)對空氣升力的影響前風窗下部分離區(qū)對空氣升力的影響u行李廂上的分離區(qū)對空氣升力的影響行李廂上的分離區(qū)對空氣升力的影響4. 空氣升力空氣升力5.5.側(cè)向氣流和空氣動力穩(wěn)定性側(cè)向氣流和空氣動力穩(wěn)定性5.1 側(cè)向氣流對側(cè)向氣流對空氣動力特性系數(shù)的影響空氣動力特性系數(shù)的影響u氣流側(cè)偏角與空氣動力特性系數(shù)氣流側(cè)偏角與空氣動力特性系數(shù)各種汽車的空氣動力特性各種汽車的空氣動力特性系數(shù)隨側(cè)偏

28、角的變化而變化的系數(shù)隨側(cè)偏角的變化而變化的規(guī)律是不同的。多數(shù)汽車的空規(guī)律是不同的。多數(shù)汽車的空氣動力特性系數(shù)是隨氣流側(cè)偏氣動力特性系數(shù)是隨氣流側(cè)偏角的增加而增大。角的增加而增大。汽車空氣動力學汽車空氣動力學側(cè)偏角5.2 汽車空氣動力穩(wěn)定性汽車空氣動力穩(wěn)定性 汽車空氣動力穩(wěn)定性是指汽車在氣流作用下，保持或恢復原有行駛汽車空氣動力穩(wěn)定性是指汽車在氣流作用下，保持或恢復原有行駛狀態(tài)的能力。狀態(tài)的能力。5.側(cè)向氣流和空氣動力穩(wěn)定性側(cè)向氣流和空氣動力穩(wěn)定性氣壓中心越靠后，汽車空氣動力穩(wěn)定性越好。氣壓中心越靠后，汽車空氣動力穩(wěn)定性越好。氣壓中心在質(zhì)心之前：氣壓中心在質(zhì)心之前：氣壓中心在質(zhì)心之后：氣壓中心在

29、質(zhì)心之后：車身側(cè)視輪廓圖的形心位置越靠后，其氣壓中心越靠后，空氣動力車身側(cè)視輪廓圖的形心位置越靠后，其氣壓中心越靠后，空氣動力穩(wěn)定性越好。穩(wěn)定性越好。形心形心形心形心5.側(cè)向氣流和空氣動力穩(wěn)定性側(cè)向氣流和空氣動力穩(wěn)定性6.汽車空氣動力學裝置6.1 6.1 前阻風板（前阻風板（air dam)air dam)u阻風板的作用：阻風板的作用： 減少進入底部的空氣量。減少進入底部的空氣量。 阻風板后形成局部高壓區(qū)。阻風板后形成局部高壓區(qū)。u前阻風板的優(yōu)化前阻風板的優(yōu)化不同的汽車，前阻風板的位置、尺寸均有一最佳值。不同的汽車，前阻風板的位置、尺寸均有一最佳值。汽車空氣動力學汽車空氣動力學u阻風板示例阻風

30、板示例6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.2 6.2 后擾流器（后擾流器（spoilerspoiler） u后擾流器的作用后擾流器的作用 在擾流器前形成局部高壓區(qū)，可減小空氣升力在擾流器前形成局部高壓區(qū)，可減小空氣升力； 使氣流在擾流器上穩(wěn)定地分離，可減小誘導阻力使氣流在擾流器上穩(wěn)定地分離，可減小誘導阻力； 使分離提前，可增大形狀阻力；使分離提前，可增大形狀阻力； 有的后擾流器對氣流的導向，可推遲分離，清潔后有的后擾流器對氣流的導向，可推遲分離，清潔后窗。窗。u后擾流器的優(yōu)化后擾流器的優(yōu)化 在流速較高的氣流中，后擾流器作用較明顯。在流速較高的氣流中，后擾流器作用較明顯。 不同的汽車，后

31、擾流器的形狀、位置、尺寸均有最不同的汽車，后擾流器的形狀、位置、尺寸均有最佳值。佳值。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置u 后擾流器形式后擾流器形式6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.3 6.3 導流罩（導流罩（air deflector/air shieldair deflector/air shield ） u導流罩的作用導流罩的作用避免在駕駛室與貨廂連接處產(chǎn)生氣流分離，以減小空氣阻力。避免在駕駛室與貨廂連接處產(chǎn)生氣流分離，以減小空氣阻力。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置u貨車的后導流罩貨

32、車的后導流罩6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.4 6.4 底板底板u底板的作用底板的作用 使汽車底面平整光滑，以減小空氣阻力和空氣升力。使汽車底面平整光滑，以減小空氣阻力和空氣升力。 降低車外噪聲。降低車外噪聲。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.5 6.5 裙邊（裙邊（side fairing)side fairing)u裙邊的作用裙邊的作用 使前后輪之間的車身側(cè)面下部平整，減少車輪與氣流的相互作用，使前后輪之間的車身側(cè)面下部平整，減少車輪與氣流的相互作用，以降低空氣阻力。以降低空氣阻力。 阻礙底部氣流從側(cè)面流出。減小側(cè)面渦流強度；可能增大底部壓阻礙底部氣流從側(cè)面流出。減小

33、側(cè)面渦流強度；可能增大底部壓力。力。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置u貨車的裙邊貨車的裙邊6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.6 6.6 垂直尾翼垂直尾翼u垂直尾翼的作用垂直尾翼的作用 使氣壓中心后移，改善空氣動力穩(wěn)定性。使氣壓中心后移，改善空氣動力穩(wěn)定性。 增大空氣側(cè)向力。增大空氣側(cè)向力。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.7 6.7 車輪整流罩車輪整流罩(Wheel cover)(Wheel cover)u車輪整流罩的作用車輪整流罩的作用 減小車輪轉(zhuǎn)動引起的干擾阻力；減小車輪轉(zhuǎn)動引起的干擾阻力； 減小翼子板開口引起的干擾阻力。減小翼子板開口引起的干擾阻力。6.汽車空

34、氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.8 6.8 車輪導流板車輪導流板u車輪導流板的作用車輪導流板的作用減小車輪引起的空氣阻力。減小車輪引起的空氣阻力。前輪前導板前輪前導板后輪前導板后輪前導板后輪后導板后輪后導板前輪前導板前輪前導板后輪前導板后輪前導板后輪后導板后輪后導板6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.9 6.9 負升力翼負升力翼u 負升力翼的作用負升力翼的作用產(chǎn)生向下的空氣升力，提高附著力。產(chǎn)生向下的空氣升力，提高附著力。 例：例：總質(zhì)量總質(zhì)量750kg，附著系數(shù)，附著系數(shù)1.4，轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)彎半徑200m，無負升力裝置，最大車速無負升力裝置，最大車速190km/h，向心加速度，向心

35、加速度1.4g；負升力為車重的負升力為車重的36%，最大車速，最大車速222km/h ，向心加速度，向心加速度1.94g；負升力為車重的負升力為車重的106%，最大車速，最大車速270km/h ，向心加速度，向心加速度2.88g。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.10 6.10 輪輻蓋輪輻蓋u輪輻蓋的作用輪輻蓋的作用 防止氣流進入車輪，減小輪輻對氣流的干擾防止氣流進入車輪，減小輪輻對氣流的干擾, ,從而減小干擾阻力。從而減小干擾阻力。 制動器散熱效果差。制動器散熱效果差。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置6.11 6.11 輪轂罩輪轂罩u

36、輪轂罩的作用輪轂罩的作用引導氣流，減小空氣阻力，產(chǎn)生負升力，冷卻制動器。引導氣流，減小空氣阻力，產(chǎn)生負升力，冷卻制動器。6.汽車空氣動力學裝置汽車空氣動力學裝置汽車的楔形造型趨勢汽車的楔形造型趨勢u楔形楔形前低后高，后端垂直截斷。前低后高，后端垂直截斷。u楔形造型的空氣動力學特點楔形造型的空氣動力學特點 前端低矮，進入底部的空氣量少，底部產(chǎn)生的空氣阻力?。磺岸说桶?，進入底部的空氣量少，底部產(chǎn)生的空氣阻力?。?發(fā)動機罩與前風窗交接處轉(zhuǎn)折平緩，產(chǎn)生的空氣阻力??；發(fā)動機罩與前風窗交接處轉(zhuǎn)折平緩，產(chǎn)生的空氣阻力?。?后端上緣的尖棱，使誘導阻力較??；后端上緣的尖棱，使誘導阻力較??； 前低后高，前低后高，

37、“翼形翼形”迎角小，使空氣升力??；迎角小，使空氣升力??； 側(cè)視輪廓圖前小后大，氣壓中心偏后，空氣動力穩(wěn)定性好。側(cè)視輪廓圖前小后大，氣壓中心偏后，空氣動力穩(wěn)定性好。汽車空氣動力學汽車空氣動力學6.1 汽車風洞汽車風洞風洞是產(chǎn)生人工氣流的裝置。風洞是產(chǎn)生人工氣流的裝置。u 風洞類型風洞類型按尺寸大小分為：按尺寸大小分為：整車風洞、模型風洞；整車風洞、模型風洞；按氣流是否循環(huán)分為：按氣流是否循環(huán)分為：直流式風洞直流式風洞(開式風洞開式風洞)、回流式風洞、回流式風洞(閉式風洞閉式風洞)。按氣流速度分為：按氣流速度分為：低速風洞、高速風洞低速風洞、高速風洞(亞音速、跨音速、超音速、高超音速亞音速、跨音速

38、、超音速、高超音速)。6.6.汽車風洞試驗汽車風洞試驗汽車空氣動力學汽車空氣動力學u 風洞結(jié)構(gòu)風洞結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定段穩(wěn)定段 由蜂窩器、陰尼網(wǎng)構(gòu)成。其作由蜂窩器、陰尼網(wǎng)構(gòu)成。其作用是衰減渦流，提高氣流品質(zhì)。用是衰減渦流，提高氣流品質(zhì)。 收縮段收縮段 是一截面積逐漸縮小的通道。是一截面積逐漸縮小的通道。其作用是使氣流加速。其作用是使氣流加速。試驗段試驗段 是試件、測試裝置安放區(qū)。有是試件、測試裝置安放區(qū)。有開式試驗段和閉式試驗段兩種類型。開式試驗段和閉式試驗段兩種類型。擴散段擴散段 是一截面積逐漸擴大的通道。是一截面積逐漸擴大的通道。其作用是使氣流減速，以減小流動其作用是使氣流減速，以減小流動的能耗。的

39、能耗。 風扇及整流裝置風扇及整流裝置 風扇使空氣流動。整流裝置將風扇使空氣流動。整流裝置將旋轉(zhuǎn)氣流導直。旋轉(zhuǎn)氣流導直。 對于回流式風洞，還有冷卻裝置、對于回流式風洞，還有冷卻裝置、換氣裝置、拐角導直片等。換氣裝置、拐角導直片等。6.汽車風洞試驗汽車風洞試驗u風洞的應用風洞的應用6.汽車風洞試驗汽車風洞試驗6.汽車風洞試驗汽車風洞試驗6.2 汽車風洞試驗汽車風洞試驗 空氣動力及空氣動力矩試驗空氣動力及空氣動力矩試驗測量汽車受到的空氣動力及空氣動力矩，得到動力系數(shù)有動力矩系數(shù)。測量汽車受到的空氣動力及空氣動力矩，得到動力系數(shù)有動力矩系數(shù)。 壓力分布試驗壓力分布試驗測定汽車表面壓力分布，得到表面的壓力系數(shù)。測定汽車表面壓力分布，得到表面的壓力系數(shù)。 流動顯示試驗流動顯示試驗觀察氣流流動狀態(tài)，顯示汽車周圍氣流流譜。觀察氣流流動狀態(tài)，顯示汽車周圍氣流流譜。 煙流法煙流法 飄帶法飄帶法 油膜法油膜法 升華法升華法6.汽車風洞試驗汽車風洞試驗 煙流法煙流法層流附面層，煙流的輪廓清晰；層流附面層，煙流的輪廓清晰；層流轉(zhuǎn)捩為紊流時，煙流突然沖散；層流轉(zhuǎn)捩為紊流時，煙流突然沖散；產(chǎn)生氣流分離時，煙流離開物面。產(chǎn)生氣流分離時，煙流離開物面。 飄帶法飄帶法層流附面層，飄