車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)-第6章汽車的空氣動(dòng)力性能課件

第六章汽車的空氣動(dòng)力性能第六章汽車的空氣動(dòng)力性能第一節(jié)概述第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施主要內(nèi)容第一節(jié)概述主要內(nèi)容

空氣動(dòng)力學(xué)（Aerodynamics）是研究物體在與周圍空氣作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)兩者之間相互作用力的關(guān)系及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它屬于流體力學(xué)的一個(gè)重要分支。長(zhǎng)期以來，空氣動(dòng)力學(xué)成果的應(yīng)用多側(cè)重于航空及氣象領(lǐng)域，特別是在航空領(lǐng)域內(nèi)這門科學(xué)取得了巨大的進(jìn)展，給汽車或路面車輛的空氣動(dòng)力學(xué)（AutomotiveAerodynamics-RoadVehicleAerodynamics）研究提供了借鑒。然而進(jìn)一步的深入研究表明，汽車或車輛的空氣動(dòng)力學(xué)問題從理論到實(shí)際兩方面都與航空等問題有本質(zhì)的區(qū)別，汽車空氣動(dòng)力學(xué)已逐步發(fā)展成為了空氣動(dòng)力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，在方程式賽車領(lǐng)域更是得到了極大的應(yīng)用。第一節(jié)概述空氣動(dòng)力學(xué)（Aerodynamics）是研究物體研究?jī)?nèi)容：1）汽車行駛中的氣動(dòng)力和力矩的研究2）汽車表面及周圍的流譜和局部流場(chǎng)的研究3）發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)裝置的空氣冷卻問題的研究4）汽車內(nèi)部自然通風(fēng)和換氣問題的研究第一節(jié)概述研究?jī)?nèi)容：第一節(jié)概述理論計(jì)算方法：1）無粘流理論，不考慮空氣的粘滯性（歐拉方程）2）粘滯理論，考慮空氣的粘滯性（有限差分法）第一節(jié)概述理論計(jì)算方法：第一節(jié)概述第一節(jié)概述研究手段：風(fēng)洞風(fēng)洞（windtunnel），是能人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動(dòng)，并可量度氣流對(duì)物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效的工具。1）全尺寸模型（實(shí)車）風(fēng)洞試驗(yàn)2）縮尺型風(fēng)洞模型第一節(jié)概述研究手段：風(fēng)洞汽車風(fēng)洞由大功率電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和按一定要求設(shè)計(jì)的管道構(gòu)成，風(fēng)洞可分為直流式和回流式兩種直流式又稱埃菲爾式風(fēng)洞，其結(jié)構(gòu)是鼓風(fēng)機(jī)在試驗(yàn)階段下游靠吸入空氣形成氣流回流式又稱哥廷根式風(fēng)洞，通過試驗(yàn)段的氣流經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)再返回流動(dòng)形成回流故得此名，其優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省驅(qū)動(dòng)功率汽車風(fēng)洞中用來產(chǎn)生強(qiáng)大氣流的風(fēng)扇是很大的，比如奔馳公司的汽車風(fēng)洞，其風(fēng)扇直徑就達(dá)8.5m，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電動(dòng)功率高達(dá)4000kW，風(fēng)洞內(nèi)用來進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)段的空氣流速達(dá)270km／h。建造一個(gè)這樣規(guī)模的汽車風(fēng)洞往往需要耗資數(shù)億美元，甚至10多億，而且每做一次汽車風(fēng)洞試驗(yàn)的費(fèi)用也是相當(dāng)大的。第一節(jié)概述汽車風(fēng)洞由大功率電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和按一定要求設(shè)計(jì)第一第一節(jié)概述第一節(jié)概述第一節(jié)概述中國(guó)汽車風(fēng)洞（2009年同濟(jì)大學(xué)）第一節(jié)概述中國(guó)汽車風(fēng)洞（2009年同濟(jì)大學(xué)）第一節(jié)概述風(fēng)阻系數(shù)風(fēng)阻系數(shù)是通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和下滑實(shí)驗(yàn)所確定的一個(gè)數(shù)學(xué)參數(shù)，用它可以計(jì)算出汽車在行駛時(shí)的空氣阻力。風(fēng)阻系數(shù)的大少取決于汽車的外形。風(fēng)阻系數(shù)愈大，則空氣阻力愈大。已知雨滴的風(fēng)阻系數(shù)最小，在0.05左右。第一節(jié)概述風(fēng)阻系數(shù)第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩2汽車的空氣阻力3汽車的氣動(dòng)升力4汽車的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩1.汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩氣動(dòng)力F：將整個(gè)汽車外表面上壓力合成而得到作用在汽車上的合力。風(fēng)壓中心C．P．：合力在汽車上的作用點(diǎn)。質(zhì)心C．G．迎風(fēng)面積S車身形狀系數(shù)第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1.汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩氣動(dòng)力F：將整個(gè)汽車外表面空氣阻力：氣動(dòng)升力:側(cè)向分力：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩空氣阻力：氣動(dòng)升力:側(cè)向分力：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)縱傾力矩又稱俯俯仰力矩My，(以使汽車抬頭為正)：式中Xc，Zc——風(fēng)壓中心到質(zhì)心的距離；L——特征長(zhǎng)度，一般指汽車軸距；CMy——俯仰力矩系數(shù)。橫擺力矩Mz(以汽車右偏為正)：側(cè)傾力矩Mx(以汽車右傾為正)：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩縱傾力矩又稱俯俯仰力矩My，(以使汽車抬頭為正)：式中X2.汽車的空氣阻力正比：空氣阻力系數(shù)CD，迎風(fēng)面積S，空氣密度ρ及車速v2分為5個(gè)部分：形狀阻力摩擦阻力誘導(dǎo)阻力干擾阻力內(nèi)部阻力第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩2.汽車的空氣阻力正比：空氣阻力系數(shù)CD，迎風(fēng)面積S，空氣密阻力名稱產(chǎn)生原因影響因素一般轎車CD=0.45理想型跑車CD=0.20形狀阻力汽車前后壓差車身表面形狀及其交接處的轉(zhuǎn)折方式58%70%摩擦阻力空氣與車身摩擦車身表面的面積和光順程度9%20%誘導(dǎo)阻力空氣升力的縱向分力氣動(dòng)升力7%0干擾阻力擾動(dòng)表面突起和各種附件14%5%內(nèi)部阻力內(nèi)循環(huán)阻力冷卻氣流和車內(nèi)通風(fēng)12%5%第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩阻力名稱產(chǎn)生原因影響因素一般轎車CD=0.45理想型跑車CD（一）空氣阻力與最大車速的關(guān)系如果汽車在水平路面上作等速行使，驅(qū)動(dòng)力全部用來克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力，即：

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（一）空氣阻力與最大車速的關(guān)系第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受在其它因素不變情況下，具有最大驅(qū)動(dòng)力Ftmax時(shí)，可以獲得最高車速：

可以看出，當(dāng)Ftmax和G一定時(shí)，減小阻力系數(shù)CD使最高車速Vamax提高，或提高升力系數(shù)CZ可以使最大車速提高。但應(yīng)注意到提高汽車的升力會(huì)影響到汽車的穩(wěn)定性，所以不能通過提高CZ來提高Vamax。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩在其它因素不變情況下，具有最大驅(qū)動(dòng)力Ftmax時(shí)，可以獲得最（二）空氣阻力對(duì)加速度的影響

加速性能是汽車的動(dòng)力性指標(biāo)之一，因此我們需要研究空氣阻力對(duì)汽車加速度的影響。我們對(duì)下式兩邊求時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)并加以整理，即可得汽車加速度：

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩

式中，dPe/dt是表示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨時(shí)間的增長(zhǎng)率，它取決于發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線。其值可由發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)確定。由上式可見，汽車的加速能力首先取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能，其次，汽車加速度還與汽車的空氣阻力系數(shù)CD近似反比關(guān)系，減小汽車的空氣阻力，就可以使汽車的加速度增大。同時(shí)看出，減小汽車重量G，也會(huì)有利于汽車加速度的提高。

（二）空氣阻力對(duì)加速度的影響第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力（三）空氣阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響

汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽車行駛的里程來衡量。在中國(guó)及歐洲，燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的單位為L(zhǎng)/100km，即行駛100km所消耗的燃油升數(shù)，其數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性越差。美國(guó)為MPG線mile/USgal，指的是每加侖燃油能行駛的英里數(shù)，這個(gè)數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性越好。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（三）空氣阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素包括發(fā)動(dòng)機(jī)性能、傳動(dòng)系性能、汽車重量、汽車外形、輪胎性能、行駛車速、擋位選擇和使用保養(yǎng)等。

下面主要就汽車外形所決定的空氣阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響加以舉例說明。

空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響，是與車種、行使道路和使用情況有關(guān)，因?yàn)楦鞣N汽車的空氣阻力的大小是各不相同的。當(dāng)汽車在丘陵地帶行駛時(shí)，在汽車上除作用有滾動(dòng)阻力和空氣阻力外，還作用有加速阻力和爬坡阻力，這些阻力都要由驅(qū)動(dòng)力來克服，因而都要消耗燃油，各種車輛的每100km的燃油消耗量，以及各種阻力燃油消耗量的百分比例示如圖。第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素包括發(fā)動(dòng)機(jī)性能、傳動(dòng)各種車輛燃油消耗量

各種車輛燃油消耗量

由圖可見，小型客車用于克服空氣阻力的燃油消耗量的比例最大，其次是普通貨車。前者占總?cè)加拖牧康谋壤秊?0%左右而后者為32%左右。如汽車在平路上行使，當(dāng)車速Va=80～100km/h時(shí)，空氣阻力占城際客車總阻力的相當(dāng)大一部分。而市內(nèi)客車，由于其停車次數(shù)的增加，平均速度下降而空氣阻力也就大大減小。但其加速阻力卻增大很多，因而其空氣阻力所占比例較小?？諝庾枇ο禂?shù)降低對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性是很可觀的。下圖為AUDI100轎車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，例如，CD從0.42降到0.30，在混合循環(huán)時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)性可改善9%左右，而當(dāng)以150km/h高速行駛時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)性竟能改善25%左右。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩由圖可見，小型客車用于克服空氣阻力的燃油消耗AUDI100空氣阻力系數(shù)降低導(dǎo)致的燃油經(jīng)濟(jì)性改善半掛車空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩AUDI100空氣阻力系數(shù)降低導(dǎo)致的燃油經(jīng)濟(jì)性改善半掛車空氣半掛車、大客車和輕型客車在各種道路條件下空氣阻力減小帶來的燃油節(jié)省量如圖。大客車空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響輕型客車空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩半掛車、大客車和輕型客車在各種道路條件下空氣阻力減小國(guó)產(chǎn)CA141貨車曾進(jìn)行了公路實(shí)車百公里油耗試驗(yàn)，采用加與不加附加裝置對(duì)比試驗(yàn)，得出百公里油耗降低量如表。結(jié)果表明，加前阻風(fēng)板、蓬和導(dǎo)流罩等空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置，可使CA141油耗降低2～4L/100km。

附加裝置工

況加前阻風(fēng)板加車箱及保險(xiǎn)架輔助板加

蓬加蓬及導(dǎo)流罩滿載v=45km/h0.5～0.80.2～0.53～3.53～4空載v=45km/h0.2～0.50.15～0.22～32～3.5v=60km/h1～21～1.53.5～3.93.5～4.2CA141貨車采用附加裝置后的百公里油耗降低量（L/100km）第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩國(guó)產(chǎn)CA141貨車曾進(jìn)行了公路實(shí)車百公里油耗試驗(yàn)，采

下面我們舉例計(jì)算一輛CA141貨車的年油耗節(jié)省量。假設(shè)貨車以45km/h的平均車速，每天行駛3h，每年使用260天，則年行駛里程為81900km，采用空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置后年油耗節(jié)省量為1638～3272L。這個(gè)數(shù)字是非?？捎^的第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩下面我們舉例計(jì)算一輛CA141貨車的年油耗節(jié)省量。假3汽車的氣動(dòng)升力正比升力產(chǎn)生的原理CZ上下表面曲率上下表面壓差f(x)反映了車身形狀和位置狀態(tài)對(duì)升力的影響程度，是評(píng)價(jià)汽車升力特性的重要指標(biāo)。提示：為安全考慮，減小氣動(dòng)升力比降低空氣阻力更為重要!!!第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩3汽車的氣動(dòng)升力正比升力產(chǎn)生的原理CZ上下表面曲率f(x)降低升力的措施：（1）采用負(fù)迎角迎角:汽車前、后形心的連線與水平線的夾角。前高后低為正,迎角越大,升力越大造型應(yīng)前低后高，產(chǎn)生負(fù)升力更好！第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩降低升力的措施：（1）采用負(fù)迎角迎角:汽車前、后形心的連線與（2）在汽車前端底部、后端加擾流板第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（2）在汽車前端底部、后端加擾流板第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到（3）車尾地板向上翹起一個(gè)角度第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（3）車尾地板向上翹起一個(gè)角度第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣（4）汽車底部板向兩側(cè)略微上翹使底部氣流有一部分流向兩個(gè)側(cè)面。當(dāng)氣流向兩側(cè)疏導(dǎo)時(shí)加快了底部的氣流速度而使升力下降。（5）斜背加”鴨尾”第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（4）汽車底部板向兩側(cè)略微上翹第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩4汽車的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性影響汽車操縱穩(wěn)定性的氣動(dòng)力可分為：⑴升力和縱傾力矩：關(guān)系到附著力和牽引力；⑵側(cè)向力和橫擺力矩：關(guān)系到側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性和直線行駛性；⑶側(cè)傾力矩：關(guān)系到側(cè)向穩(wěn)定性；第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩4汽車的空氣動(dòng)力穩(wěn)定1.升力及縱傾力矩由于汽車車身上部和下部氣流流速不同而產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生升力FZ。由于升力而產(chǎn)生繞y的俯仰力矩MY。2.側(cè)向力及橫擺力矩當(dāng)汽車受到非正迎面風(fēng)時(shí)，氣流的合成相對(duì)速度與x軸成β角，在y方向上受到了側(cè)向力，側(cè)向力將隨β角的增加而直線上升。如果側(cè)向力的作用點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)有個(gè)距離（這個(gè)值指隨車身形狀和橫擺角而變化），即產(chǎn)生繞z軸回轉(zhuǎn)的橫擺力矩。3．側(cè)傾力矩由于來自車身側(cè)面及其周圍氣流的影響，產(chǎn)生了繞x軸的側(cè)傾力矩。這個(gè)力矩通過懸掛裝置到車架至左右車輪，引起車輪負(fù)荷的變化，對(duì)應(yīng)于力矩回轉(zhuǎn)的方向，使一側(cè)車輪的負(fù)荷增加，而另一側(cè)車輪負(fù)荷減小。第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1.升力及縱傾力矩第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩側(cè)向力對(duì)穩(wěn)定性的影響風(fēng)壓中心在質(zhì)心前邊不好！側(cè)向力對(duì)穩(wěn)定性的影響風(fēng)壓中心在質(zhì)心前邊不好！克服側(cè)向力和橫擺力矩的措施橫擺力矩關(guān)系到行駛時(shí)的直線性和側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性，它具體表現(xiàn)在側(cè)向力對(duì)重心的關(guān)系上（如上圖）。⑴側(cè)向力作用于重心之前，這時(shí)汽車頭部將隨側(cè)向風(fēng)向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，它趨向于使側(cè)向力增大，導(dǎo)致穩(wěn)定性惡化。⑵側(cè)向力作用于重心之后時(shí)，汽車頭部將向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，有利于減弱側(cè)向力，提高穩(wěn)定性。⑶側(cè)向力作用在重心點(diǎn)上時(shí)，汽車將有側(cè)移，但能基本保持行駛方向。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩克服側(cè)向力和橫擺力矩的措施第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和克服橫擺力矩的汽車造型措施：⑴總體設(shè)計(jì)時(shí)，盡量合理安排各總成，做到風(fēng)壓中心處于重心之后，以提高穩(wěn)定性。⑵盡量壓低車身高度，處理好橫截面的流線型性，以降低橫擺力矩。⑶車身后端加尾翹或采用方背式布置，使風(fēng)壓中心后移，以減小橫擺力矩的不安定成分。但加尾翹后，汽車承受的側(cè)向風(fēng)將增大，此點(diǎn)不容忽視。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩克服橫擺力矩的汽車造型措施：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力一般前置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，其風(fēng)壓中心與車身的重心較接近，而后置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車則往往因其車身重心后移，因側(cè)向風(fēng)的作用而產(chǎn)生不安定性。箱型車比一般小轎車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性要好一些，因箱型車的車身截面后部較大，風(fēng)壓中心在重心之后，當(dāng)遭受側(cè)風(fēng)時(shí)，側(cè)向偏移及橫擺角速度不致太大。使風(fēng)壓中心后移的附加措施a）加尾翹b）方背式第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩一般前置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，其風(fēng)壓中心與車身的重心較接近，而使風(fēng)壓中心和汽車重心重合;形心在質(zhì)心之后,靠近后輪;質(zhì)心在L(軸距)/2之前；盡量使風(fēng)壓中心和汽車重心位于同一水平面.第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩使風(fēng)壓中心和汽車重心重合;第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1、附面層與分離點(diǎn)

2、汽車前部的流譜

3、汽車尾部的流譜

4、汽車底部的流譜

5、汽車周圍的流譜

6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1、附面層空氣的力學(xué)特性

空氣具有可壓縮、粘性和熱傳導(dǎo)性等性質(zhì)。但是在實(shí)際研究中為了研究的方便，一般不考慮空氣的壓縮性，稱為理想空氣。1、流線和流譜流線：空氣流動(dòng)的軌跡，即該假想曲線上任一點(diǎn)的切線方向與該時(shí)刻氣流質(zhì)點(diǎn)速度向量的方向相同。流譜：在某一瞬時(shí)的流場(chǎng)中，許多流線的集合稱為該時(shí)刻氣流的流譜。通過流譜來描述氣流流動(dòng)的全貌。2、流體流動(dòng)的連續(xù)性流體的流速與流管的截面積的關(guān)系第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布空氣的力學(xué)特性第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)1、附面層與分離點(diǎn)附面層研究表明，附在運(yùn)動(dòng)物體表面一層很薄的空氣的流動(dòng)情況與外層空氣不同。在附面層內(nèi)的空氣流動(dòng)存在速度梯度，空氣的粘性不可忽略。附面層各層間的速度變化小，各層間是以不同速度錯(cuò)動(dòng)的，稱之為“層流”。而當(dāng)附面層內(nèi)各層間的速度梯度較大時(shí)，整個(gè)附面層充滿了渦流，稱之為“湍流”第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1、附面層與分離點(diǎn)第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布汽車表面附面層分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布汽車表面附分離現(xiàn)象與渦流空氣由a到d流速逐漸增加，過最大截面d后逐漸減小，而產(chǎn)生空氣堆積，于是在K點(diǎn)使氣流的速度為零，K以下微層的氣流方向變?yōu)樨?fù)值，產(chǎn)生倒流現(xiàn)象。從K點(diǎn)形成一個(gè)分離面K-K‘，在分離面下面產(chǎn)生渦流，渦流被外層空氣帶走，同時(shí)在分離面又卷入新的渦流，這種現(xiàn)象稱為分離現(xiàn)象，K點(diǎn)稱為分離點(diǎn)。會(huì)使運(yùn)動(dòng)阻力增大。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布分離現(xiàn)象與渦流第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布2、汽車前部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布通過觀察流譜，確定氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)罩上的分離線和在風(fēng)窗玻璃上的再附著線影響其轉(zhuǎn)角部位氣流的主要因素有：1)發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗的交角γ，轎車一般在35°～50°2)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的三維曲率和結(jié)構(gòu)3)前風(fēng)窗的三維曲率和結(jié)構(gòu)2、汽車前部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布3、汽車尾部的流譜當(dāng)氣流沿汽車表面流動(dòng)到汽車尾部時(shí)，氣流分離而形成尾隨汽車后面的湍流尾流。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1)在汽車造型中的短尾就是將尾流區(qū)中的車身切短，且產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)阻力不變；2)在造形設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮運(yùn)用引導(dǎo)氣流對(duì)后風(fēng)窗玻璃的沖刷作用3、汽車尾部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布4、汽車底部的流譜一般認(rèn)為，汽車底部和地面之間的氣流狀態(tài)受下列因素的影響：地面和底部間的距離（離地間歇）。車輛寬度、長(zhǎng)度和高度之比及車身造型。底部的平整程度。地板的縱向曲率和橫向曲率。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布4、汽車底部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面5、汽車周圍的渦系第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布5、汽車周圍的渦系第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布研究車內(nèi)氣流的目的在于如何恰當(dāng)?shù)匾胪獠繗饬饕宰钣行У赝瓿衫鋮s、通風(fēng)后再排出車外，并使氣流的進(jìn)出對(duì)整車氣動(dòng)性能的影響最小。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布車身的表面壓強(qiáng)分布與車內(nèi)的通風(fēng)根據(jù)車身表面的壓強(qiáng)分布特性，在有高的正壓強(qiáng)系數(shù)的前格柵處和駕駛室前圍板處及發(fā)動(dòng)機(jī)罩后部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口?？稍O(shè)置出風(fēng)口的部位：后柱、后窗下方、車頂后端、地板下方。轎車的進(jìn)風(fēng)口一般在發(fā)動(dòng)機(jī)罩的后部，出風(fēng)口設(shè)置在后窗柱下部第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布2）發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻問題應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)問題：A、如何減小空氣阻力B、如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效果根據(jù)車內(nèi)的風(fēng)路圖，合理的設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口和出氣口的形狀、大小及其位置。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布2）發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布湍流也會(huì)起到冷卻引擎的作用

第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布湍流也會(huì)起第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施確定汽車車身造型有三個(gè)基本要素，即機(jī)械工程學(xué)、人體工程學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)。對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的主要要求有兩個(gè)：

一是減小空氣阻力(與最高車速，加速性能和燃油經(jīng)濟(jì)性相關(guān)聯(lián))；

二是減小氣動(dòng)升力和受橫向風(fēng)的不穩(wěn)定性。長(zhǎng)期以來使用的汽車空氣動(dòng)力學(xué)強(qiáng)調(diào)減少空氣阻力，后來安全性和穩(wěn)定性問題也受到了足夠的重視。第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施確定汽車車身造型有第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化二、采用各種氣動(dòng)附加裝置三、外形設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化及汽車?yán)硐胪庑蔚谒墓?jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化1、車身頭部棱角圓滑對(duì)阻力的影響頭部棱角圓化可防止氣流在轉(zhuǎn)角處分離，減小阻力系數(shù)較長(zhǎng)的車體有助于降低阻力系數(shù)，但長(zhǎng)度過大阻力系數(shù)又會(huì)增加車頭部不同流線型對(duì)阻力系數(shù)的影響程度不同車頭邊角圓化有助于降低阻力系數(shù)第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施不同形狀及不同圓角對(duì)CD值的影響第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施不同形狀及不同圓角對(duì)CD值第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施車頭及車頭邊角的最佳化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施車頭及車頭邊角的最佳化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施大客車車頭邊角倒圓和流線化對(duì)阻力系數(shù)的影響第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施大客車車頭邊角倒圓和流線化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施2、前風(fēng)窗立柱及流水槽形狀對(duì)阻力的影響由于A柱在使用、設(shè)計(jì)、制造中的原因，一般都有凹面或凸面，則會(huì)造成氣流的分離，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲，同時(shí)增加阻力系數(shù)。第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施2、前風(fēng)窗立柱及流水槽形狀第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施3、車身后部形狀對(duì)阻力的影響后背傾角小于30°對(duì)應(yīng)的流譜稱為快背型流譜，大于30°的稱為方背型流譜。30°傾角稱為臨界后背傾角4、表面的光潔程度第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施3、車身后部形狀對(duì)阻力的影a)后風(fēng)窗大傾角b)后風(fēng)窗小傾角第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施a)后風(fēng)窗大傾角b)后風(fēng)窗小傾角第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施二、采用各種氣動(dòng)附加裝置在汽車上安裝各種氣動(dòng)附加裝裝置，可以使汽車的氣動(dòng)性能得到明顯改善。1、前部擾流器在車頭下部安裝擾流器，可減小阻力系數(shù)和升力系數(shù)，但擾流器必須有適當(dāng)?shù)母叨燃敖嵌鹊谒墓?jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施二、采用各種氣動(dòng)附加裝置第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施前擾流器對(duì)阻力系數(shù)和前軸升力的影響第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施前擾流器對(duì)阻力系數(shù)和前軸升第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施2、后擾流器在轎車后部設(shè)置后擾流器的目的：推遲渦流的產(chǎn)生（或氣流的分離）、減弱渦流的強(qiáng)度并形成局部正壓以降低阻力系數(shù)和升力系數(shù)。右圖是行李箱蓋后端的擾流器高度與空氣阻力及空氣升力系數(shù)的關(guān)系。第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施2、后擾流器第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施右圖是不同結(jié)構(gòu)形式的擾流器對(duì)阻力系數(shù)和升力系數(shù)的影響是否需要加裝后擾流器，需要根據(jù)后車體的形狀及在其上的氣流流動(dòng)狀況而定。一般而言，對(duì)具有平順氣流的快背形車，有可能起到好作用；而對(duì)于有些階梯背的轎車，由于氣流早已分離，所以無需再裝擾流器。第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施右圖是不同結(jié)構(gòu)形式的擾流器第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施3、導(dǎo)流罩一般為了降低空氣阻力系數(shù)，降低油耗，在有的貨車、大客車和半掛車上應(yīng)用。導(dǎo)流罩和減阻裝置一般可按功能分三種型式：減阻型調(diào)整壓力分布型改善氣流型第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施3、導(dǎo)流罩第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施牽引掛車的車身細(xì)節(jié)和導(dǎo)流罩對(duì)阻力系數(shù)的影響（菲亞特研究中心）第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施牽引掛車的車身細(xì)節(jié)和導(dǎo)流罩第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施4、隔離裝置在牽引車和半掛車間應(yīng)用，與導(dǎo)流罩配合使用，可起到穩(wěn)定導(dǎo)流罩后部氣流的作用，保證導(dǎo)流罩的減阻作用第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施4、隔離裝置第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施三、外形設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化車身的特點(diǎn)：車身表面積較小，可減小摩擦阻力車頂呈凸線型，可減小壓差阻力和空氣升力此概念車的風(fēng)洞試驗(yàn)阻力系數(shù)為0.16平寧－法利那公司的研究成果第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施三、外形設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化車身第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施汽車外形空氣動(dòng)力學(xué)開發(fā)過程：汽車的造形設(shè)計(jì)必須以空氣動(dòng)力學(xué)開發(fā)為中心。對(duì)初期造型完成的多個(gè)縮小比例模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，并根據(jù)結(jié)果修改再進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，最后定型；按定型方案制作1：1模型，并加裝各種附件，再進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，作改進(jìn)；按改進(jìn)的模型設(shè)計(jì)樣車，并進(jìn)行最終的風(fēng)洞試驗(yàn)第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施汽車外形空氣動(dòng)力學(xué)開發(fā)過程第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施小結(jié)：本節(jié)由汽車外形與空氣動(dòng)力學(xué)特性的關(guān)系出發(fā)，介紹了汽車空氣動(dòng)力學(xué)開發(fā)的途徑：一、細(xì)節(jié)優(yōu)化從現(xiàn)有汽車外形出發(fā)，通過其各部分外形的細(xì)部?jī)?yōu)化，逐步改進(jìn)，使其接近理想的流線型外形，獲得理想的氣動(dòng)力學(xué)特性（理想流線型的阻力系數(shù)僅為0.04～0.05）二、從低阻外形開始的設(shè)計(jì)（整體優(yōu)化設(shè)計(jì)）第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施小結(jié)：第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施車身外形設(shè)計(jì)各階段的空氣阻力系數(shù)變化及其空氣氣流的變化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施車身外形設(shè)計(jì)各階段的空氣阻第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施理想氣動(dòng)外形1、車身側(cè)面盡量降低車很總高減小離地間隙前領(lǐng)扁平，后端處理盡量使阻力降低（加尾翼等）發(fā)動(dòng)機(jī)罩和頂蓋扁平為確保方向穩(wěn)定性加尾翼2、車身正面寬而低的扁平形采用無棱角的圓滑過渡第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施理想氣動(dòng)外形第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施根據(jù)上述原則常采用的方法：將車身設(shè)計(jì)成楔形或快背式，車前端壓低，俯視圖為半圓形，前風(fēng)窗與發(fā)動(dòng)機(jī)罩、頂蓋與側(cè)面的過渡部分圓滑光順，前窗與水平面之間的夾角一般為25°～33°汽車設(shè)置前后擾流裝置等空氣動(dòng)力附加裝置，改善氣流狀況車身底面平滑化，或加設(shè)光滑底版，以降低阻力和升力。平寧－法利那設(shè)計(jì)的汽車底部采用上凹曲面，降低升力車身外表面減少凸凹面和凸出物控制發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻氣流，強(qiáng)制空氣處于有理流動(dòng)狀態(tài)，提高冷卻效果和減小阻力第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施根據(jù)上述原則常采用的方法：實(shí)例達(dá)到低空氣阻力系數(shù)的轎車車身開發(fā)以奧迪轎車改型設(shè)計(jì)最為代表，其空氣阻力系數(shù)由早期產(chǎn)品的0.45降到目前的0.28~0.30,其車身外形修改設(shè)計(jì)達(dá)17處:1、水箱面罩及前大燈處從垂直狀態(tài)改為向后傾斜，并且更加圓形化；2、冷卻空氣口經(jīng)過最佳化設(shè)計(jì)，提高進(jìn)風(fēng)效率；3、加大發(fā)動(dòng)機(jī)罩的傾斜角；4、改變前風(fēng)窗傾角，與水平線夾角為29°；5、增加頂蓋曲線的弧度；6、改變后窗傾角，與水平線夾角為25°45′；實(shí)例達(dá)到低空氣阻力系數(shù)的轎車車身開發(fā)以奧迪轎車改型設(shè)計(jì)最為代7、增加行李艙蓋的高度8、車身后下部增加翹度；9、翼子板上輪罩凸起邊緣取消；10、車身底部平滑化；11、采用圓形輪罩；12、車輪裝飾罩扁平化；13、車身前部轉(zhuǎn)角處俯視收攏并圓滑化；14、前風(fēng)窗支柱表面圓滑化；15、采用圓滑的前窗，加大前窗的曲率16、后窗柱側(cè)面向內(nèi)收攏；17、車身尾部向內(nèi)收攏，并呈圓滑化實(shí)例7、增加行李艙蓋的高度實(shí)例實(shí)例實(shí)例附：簡(jiǎn)介：汽車風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞可以做成無紊亂的氣流，人工控制的均勻的空氣密度；可以按要求的空氣流速?gòu)囊欢ń嵌认蛟囼?yàn)對(duì)象吹風(fēng)。一般風(fēng)洞按噴口斷面和最大風(fēng)速來分類。其結(jié)構(gòu)基本相同：試驗(yàn)段，氣流發(fā)生器，天平等。1、按氣流循環(huán)方式分為：封閉回路式風(fēng)洞直流式風(fēng)洞2、汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)法天平測(cè)力法4)進(jìn)行駕駛室通風(fēng)、換氣試驗(yàn)流態(tài)顯示法5)空調(diào)試驗(yàn)流場(chǎng)測(cè)量法6)環(huán)境試驗(yàn)附：簡(jiǎn)介：汽車風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞可以做成無紊亂的氣流，人工控制的均回流型風(fēng)洞回流型風(fēng)洞直流型風(fēng)洞直流式風(fēng)洞直流型風(fēng)洞直流式風(fēng)洞典型汽車風(fēng)洞典型汽車風(fēng)洞絲線法試驗(yàn)場(chǎng)景絲線法試驗(yàn)場(chǎng)景油膜法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)階梯背快背直背油膜法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)階梯背快背直背油膜法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)油膜法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)網(wǎng)格絲帶法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)網(wǎng)格絲帶法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)煙流法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)煙流法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)煙流法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)煙流法進(jìn)行汽車表面流態(tài)顯示試驗(yàn)第六章汽車的空氣動(dòng)力性能第六章汽車的空氣動(dòng)力性能第一節(jié)概述第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施主要內(nèi)容第一節(jié)概述主要內(nèi)容

空氣動(dòng)力學(xué)（Aerodynamics）是研究物體在與周圍空氣作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)兩者之間相互作用力的關(guān)系及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，它屬于流體力學(xué)的一個(gè)重要分支。長(zhǎng)期以來，空氣動(dòng)力學(xué)成果的應(yīng)用多側(cè)重于航空及氣象領(lǐng)域，特別是在航空領(lǐng)域內(nèi)這門科學(xué)取得了巨大的進(jìn)展，給汽車或路面車輛的空氣動(dòng)力學(xué)（AutomotiveAerodynamics-RoadVehicleAerodynamics）研究提供了借鑒。然而進(jìn)一步的深入研究表明，汽車或車輛的空氣動(dòng)力學(xué)問題從理論到實(shí)際兩方面都與航空等問題有本質(zhì)的區(qū)別，汽車空氣動(dòng)力學(xué)已逐步發(fā)展成為了空氣動(dòng)力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，在方程式賽車領(lǐng)域更是得到了極大的應(yīng)用。第一節(jié)概述空氣動(dòng)力學(xué)（Aerodynamics）是研究物體研究?jī)?nèi)容：1）汽車行駛中的氣動(dòng)力和力矩的研究2）汽車表面及周圍的流譜和局部流場(chǎng)的研究3）發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)裝置的空氣冷卻問題的研究4）汽車內(nèi)部自然通風(fēng)和換氣問題的研究第一節(jié)概述研究?jī)?nèi)容：第一節(jié)概述理論計(jì)算方法：1）無粘流理論，不考慮空氣的粘滯性（歐拉方程）2）粘滯理論，考慮空氣的粘滯性（有限差分法）第一節(jié)概述理論計(jì)算方法：第一節(jié)概述第一節(jié)概述研究手段：風(fēng)洞風(fēng)洞（windtunnel），是能人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動(dòng)，并可量度氣流對(duì)物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效的工具。1）全尺寸模型（實(shí)車）風(fēng)洞試驗(yàn)2）縮尺型風(fēng)洞模型第一節(jié)概述研究手段：風(fēng)洞汽車風(fēng)洞由大功率電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和按一定要求設(shè)計(jì)的管道構(gòu)成，風(fēng)洞可分為直流式和回流式兩種直流式又稱埃菲爾式風(fēng)洞，其結(jié)構(gòu)是鼓風(fēng)機(jī)在試驗(yàn)階段下游靠吸入空氣形成氣流回流式又稱哥廷根式風(fēng)洞，通過試驗(yàn)段的氣流經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)再返回流動(dòng)形成回流故得此名，其優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省驅(qū)動(dòng)功率汽車風(fēng)洞中用來產(chǎn)生強(qiáng)大氣流的風(fēng)扇是很大的，比如奔馳公司的汽車風(fēng)洞，其風(fēng)扇直徑就達(dá)8.5m，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電動(dòng)功率高達(dá)4000kW，風(fēng)洞內(nèi)用來進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)段的空氣流速達(dá)270km／h。建造一個(gè)這樣規(guī)模的汽車風(fēng)洞往往需要耗資數(shù)億美元，甚至10多億，而且每做一次汽車風(fēng)洞試驗(yàn)的費(fèi)用也是相當(dāng)大的。第一節(jié)概述汽車風(fēng)洞由大功率電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和按一定要求設(shè)計(jì)第一第一節(jié)概述第一節(jié)概述第一節(jié)概述中國(guó)汽車風(fēng)洞（2009年同濟(jì)大學(xué)）第一節(jié)概述中國(guó)汽車風(fēng)洞（2009年同濟(jì)大學(xué)）第一節(jié)概述風(fēng)阻系數(shù)風(fēng)阻系數(shù)是通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和下滑實(shí)驗(yàn)所確定的一個(gè)數(shù)學(xué)參數(shù)，用它可以計(jì)算出汽車在行駛時(shí)的空氣阻力。風(fēng)阻系數(shù)的大少取決于汽車的外形。風(fēng)阻系數(shù)愈大，則空氣阻力愈大。已知雨滴的風(fēng)阻系數(shù)最小，在0.05左右。第一節(jié)概述風(fēng)阻系數(shù)第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩2汽車的空氣阻力3汽車的氣動(dòng)升力4汽車的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩1.汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩氣動(dòng)力F：將整個(gè)汽車外表面上壓力合成而得到作用在汽車上的合力。風(fēng)壓中心C．P．：合力在汽車上的作用點(diǎn)。質(zhì)心C．G．迎風(fēng)面積S車身形狀系數(shù)第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1.汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩氣動(dòng)力F：將整個(gè)汽車外表面空氣阻力：氣動(dòng)升力:側(cè)向分力：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩空氣阻力：氣動(dòng)升力:側(cè)向分力：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)縱傾力矩又稱俯俯仰力矩My，(以使汽車抬頭為正)：式中Xc，Zc——風(fēng)壓中心到質(zhì)心的距離；L——特征長(zhǎng)度，一般指汽車軸距；CMy——俯仰力矩系數(shù)。橫擺力矩Mz(以汽車右偏為正)：側(cè)傾力矩Mx(以汽車右傾為正)：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩縱傾力矩又稱俯俯仰力矩My，(以使汽車抬頭為正)：式中X2.汽車的空氣阻力正比：空氣阻力系數(shù)CD，迎風(fēng)面積S，空氣密度ρ及車速v2分為5個(gè)部分：形狀阻力摩擦阻力誘導(dǎo)阻力干擾阻力內(nèi)部阻力第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩2.汽車的空氣阻力正比：空氣阻力系數(shù)CD，迎風(fēng)面積S，空氣密阻力名稱產(chǎn)生原因影響因素一般轎車CD=0.45理想型跑車CD=0.20形狀阻力汽車前后壓差車身表面形狀及其交接處的轉(zhuǎn)折方式58%70%摩擦阻力空氣與車身摩擦車身表面的面積和光順程度9%20%誘導(dǎo)阻力空氣升力的縱向分力氣動(dòng)升力7%0干擾阻力擾動(dòng)表面突起和各種附件14%5%內(nèi)部阻力內(nèi)循環(huán)阻力冷卻氣流和車內(nèi)通風(fēng)12%5%第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩阻力名稱產(chǎn)生原因影響因素一般轎車CD=0.45理想型跑車CD（一）空氣阻力與最大車速的關(guān)系如果汽車在水平路面上作等速行使，驅(qū)動(dòng)力全部用來克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力，即：

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（一）空氣阻力與最大車速的關(guān)系第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受在其它因素不變情況下，具有最大驅(qū)動(dòng)力Ftmax時(shí)，可以獲得最高車速：

可以看出，當(dāng)Ftmax和G一定時(shí)，減小阻力系數(shù)CD使最高車速Vamax提高，或提高升力系數(shù)CZ可以使最大車速提高。但應(yīng)注意到提高汽車的升力會(huì)影響到汽車的穩(wěn)定性，所以不能通過提高CZ來提高Vamax。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩在其它因素不變情況下，具有最大驅(qū)動(dòng)力Ftmax時(shí)，可以獲得最（二）空氣阻力對(duì)加速度的影響

加速性能是汽車的動(dòng)力性指標(biāo)之一，因此我們需要研究空氣阻力對(duì)汽車加速度的影響。我們對(duì)下式兩邊求時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)并加以整理，即可得汽車加速度：

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩

式中，dPe/dt是表示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨時(shí)間的增長(zhǎng)率，它取決于發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線。其值可由發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)確定。由上式可見，汽車的加速能力首先取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能，其次，汽車加速度還與汽車的空氣阻力系數(shù)CD近似反比關(guān)系，減小汽車的空氣阻力，就可以使汽車的加速度增大。同時(shí)看出，減小汽車重量G，也會(huì)有利于汽車加速度的提高。

（二）空氣阻力對(duì)加速度的影響第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力（三）空氣阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響

汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽車行駛的里程來衡量。在中國(guó)及歐洲，燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的單位為L(zhǎng)/100km，即行駛100km所消耗的燃油升數(shù)，其數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性越差。美國(guó)為MPG線mile/USgal，指的是每加侖燃油能行駛的英里數(shù)，這個(gè)數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性越好。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（三）空氣阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性常影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素包括發(fā)動(dòng)機(jī)性能、傳動(dòng)系性能、汽車重量、汽車外形、輪胎性能、行駛車速、擋位選擇和使用保養(yǎng)等。

下面主要就汽車外形所決定的空氣阻力對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響加以舉例說明。

空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響，是與車種、行使道路和使用情況有關(guān)，因?yàn)楦鞣N汽車的空氣阻力的大小是各不相同的。當(dāng)汽車在丘陵地帶行駛時(shí)，在汽車上除作用有滾動(dòng)阻力和空氣阻力外，還作用有加速阻力和爬坡阻力，這些阻力都要由驅(qū)動(dòng)力來克服，因而都要消耗燃油，各種車輛的每100km的燃油消耗量，以及各種阻力燃油消耗量的百分比例示如圖。第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素包括發(fā)動(dòng)機(jī)性能、傳動(dòng)各種車輛燃油消耗量

各種車輛燃油消耗量

由圖可見，小型客車用于克服空氣阻力的燃油消耗量的比例最大，其次是普通貨車。前者占總?cè)加拖牧康谋壤秊?0%左右而后者為32%左右。如汽車在平路上行使，當(dāng)車速Va=80～100km/h時(shí)，空氣阻力占城際客車總阻力的相當(dāng)大一部分。而市內(nèi)客車，由于其停車次數(shù)的增加，平均速度下降而空氣阻力也就大大減小。但其加速阻力卻增大很多，因而其空氣阻力所占比例較小?？諝庾枇ο禂?shù)降低對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性是很可觀的。下圖為AUDI100轎車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，例如，CD從0.42降到0.30，在混合循環(huán)時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)性可改善9%左右，而當(dāng)以150km/h高速行駛時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)性竟能改善25%左右。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩由圖可見，小型客車用于克服空氣阻力的燃油消耗AUDI100空氣阻力系數(shù)降低導(dǎo)致的燃油經(jīng)濟(jì)性改善半掛車空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩AUDI100空氣阻力系數(shù)降低導(dǎo)致的燃油經(jīng)濟(jì)性改善半掛車空氣半掛車、大客車和輕型客車在各種道路條件下空氣阻力減小帶來的燃油節(jié)省量如圖。大客車空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響輕型客車空氣阻力對(duì)燃油消耗量的影響

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩半掛車、大客車和輕型客車在各種道路條件下空氣阻力減小國(guó)產(chǎn)CA141貨車曾進(jìn)行了公路實(shí)車百公里油耗試驗(yàn)，采用加與不加附加裝置對(duì)比試驗(yàn)，得出百公里油耗降低量如表。結(jié)果表明，加前阻風(fēng)板、蓬和導(dǎo)流罩等空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置，可使CA141油耗降低2～4L/100km。

附加裝置工

況加前阻風(fēng)板加車箱及保險(xiǎn)架輔助板加

蓬加蓬及導(dǎo)流罩滿載v=45km/h0.5～0.80.2～0.53～3.53～4空載v=45km/h0.2～0.50.15～0.22～32～3.5v=60km/h1～21～1.53.5～3.93.5～4.2CA141貨車采用附加裝置后的百公里油耗降低量（L/100km）第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩國(guó)產(chǎn)CA141貨車曾進(jìn)行了公路實(shí)車百公里油耗試驗(yàn)，采

下面我們舉例計(jì)算一輛CA141貨車的年油耗節(jié)省量。假設(shè)貨車以45km/h的平均車速，每天行駛3h，每年使用260天，則年行駛里程為81900km，采用空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置后年油耗節(jié)省量為1638～3272L。這個(gè)數(shù)字是非?？捎^的第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩下面我們舉例計(jì)算一輛CA141貨車的年油耗節(jié)省量。假3汽車的氣動(dòng)升力正比升力產(chǎn)生的原理CZ上下表面曲率上下表面壓差f(x)反映了車身形狀和位置狀態(tài)對(duì)升力的影響程度，是評(píng)價(jià)汽車升力特性的重要指標(biāo)。提示：為安全考慮，減小氣動(dòng)升力比降低空氣阻力更為重要!!!第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩3汽車的氣動(dòng)升力正比升力產(chǎn)生的原理CZ上下表面曲率f(x)降低升力的措施：（1）采用負(fù)迎角迎角:汽車前、后形心的連線與水平線的夾角。前高后低為正,迎角越大,升力越大造型應(yīng)前低后高，產(chǎn)生負(fù)升力更好！第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩降低升力的措施：（1）采用負(fù)迎角迎角:汽車前、后形心的連線與（2）在汽車前端底部、后端加擾流板第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（2）在汽車前端底部、后端加擾流板第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到（3）車尾地板向上翹起一個(gè)角度第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（3）車尾地板向上翹起一個(gè)角度第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣（4）汽車底部板向兩側(cè)略微上翹使底部氣流有一部分流向兩個(gè)側(cè)面。當(dāng)氣流向兩側(cè)疏導(dǎo)時(shí)加快了底部的氣流速度而使升力下降。（5）斜背加”鴨尾”第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩（4）汽車底部板向兩側(cè)略微上翹第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩4汽車的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性影響汽車操縱穩(wěn)定性的氣動(dòng)力可分為：⑴升力和縱傾力矩：關(guān)系到附著力和牽引力；⑵側(cè)向力和橫擺力矩：關(guān)系到側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性和直線行駛性；⑶側(cè)傾力矩：關(guān)系到側(cè)向穩(wěn)定性；第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩4汽車的空氣動(dòng)力穩(wěn)定1.升力及縱傾力矩由于汽車車身上部和下部氣流流速不同而產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生升力FZ。由于升力而產(chǎn)生繞y的俯仰力矩MY。2.側(cè)向力及橫擺力矩當(dāng)汽車受到非正迎面風(fēng)時(shí)，氣流的合成相對(duì)速度與x軸成β角，在y方向上受到了側(cè)向力，側(cè)向力將隨β角的增加而直線上升。如果側(cè)向力的作用點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)有個(gè)距離（這個(gè)值指隨車身形狀和橫擺角而變化），即產(chǎn)生繞z軸回轉(zhuǎn)的橫擺力矩。3．側(cè)傾力矩由于來自車身側(cè)面及其周圍氣流的影響，產(chǎn)生了繞x軸的側(cè)傾力矩。這個(gè)力矩通過懸掛裝置到車架至左右車輪，引起車輪負(fù)荷的變化，對(duì)應(yīng)于力矩回轉(zhuǎn)的方向，使一側(cè)車輪的負(fù)荷增加，而另一側(cè)車輪負(fù)荷減小。第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩1.升力及縱傾力矩第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩側(cè)向力對(duì)穩(wěn)定性的影響風(fēng)壓中心在質(zhì)心前邊不好！側(cè)向力對(duì)穩(wěn)定性的影響風(fēng)壓中心在質(zhì)心前邊不好！克服側(cè)向力和橫擺力矩的措施橫擺力矩關(guān)系到行駛時(shí)的直線性和側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性，它具體表現(xiàn)在側(cè)向力對(duì)重心的關(guān)系上（如上圖）。⑴側(cè)向力作用于重心之前，這時(shí)汽車頭部將隨側(cè)向風(fēng)向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，它趨向于使側(cè)向力增大，導(dǎo)致穩(wěn)定性惡化。⑵側(cè)向力作用于重心之后時(shí)，汽車頭部將向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，有利于減弱側(cè)向力，提高穩(wěn)定性。⑶側(cè)向力作用在重心點(diǎn)上時(shí)，汽車將有側(cè)移，但能基本保持行駛方向。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩克服側(cè)向力和橫擺力矩的措施第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和克服橫擺力矩的汽車造型措施：⑴總體設(shè)計(jì)時(shí)，盡量合理安排各總成，做到風(fēng)壓中心處于重心之后，以提高穩(wěn)定性。⑵盡量壓低車身高度，處理好橫截面的流線型性，以降低橫擺力矩。⑶車身后端加尾翹或采用方背式布置，使風(fēng)壓中心后移，以減小橫擺力矩的不安定成分。但加尾翹后，汽車承受的側(cè)向風(fēng)將增大，此點(diǎn)不容忽視。

第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩克服橫擺力矩的汽車造型措施：第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力一般前置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，其風(fēng)壓中心與車身的重心較接近，而后置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車則往往因其車身重心后移，因側(cè)向風(fēng)的作用而產(chǎn)生不安定性。箱型車比一般小轎車的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性要好一些，因箱型車的車身截面后部較大，風(fēng)壓中心在重心之后，當(dāng)遭受側(cè)風(fēng)時(shí)，側(cè)向偏移及橫擺角速度不致太大。使風(fēng)壓中心后移的附加措施a）加尾翹b）方背式第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩一般前置發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，其風(fēng)壓中心與車身的重心較接近，而使風(fēng)壓中心和汽車重心重合;形心在質(zhì)心之后,靠近后輪;質(zhì)心在L(軸距)/2之前；盡量使風(fēng)壓中心和汽車重心位于同一水平面.第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩使風(fēng)壓中心和汽車重心重合;第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩第二節(jié)汽車行駛時(shí)所受到的氣動(dòng)力和力矩第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1、附面層與分離點(diǎn)

2、汽車前部的流譜

3、汽車尾部的流譜

4、汽車底部的流譜

5、汽車周圍的流譜

6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1、附面層空氣的力學(xué)特性

空氣具有可壓縮、粘性和熱傳導(dǎo)性等性質(zhì)。但是在實(shí)際研究中為了研究的方便，一般不考慮空氣的壓縮性，稱為理想空氣。1、流線和流譜流線：空氣流動(dòng)的軌跡，即該假想曲線上任一點(diǎn)的切線方向與該時(shí)刻氣流質(zhì)點(diǎn)速度向量的方向相同。流譜：在某一瞬時(shí)的流場(chǎng)中，許多流線的集合稱為該時(shí)刻氣流的流譜。通過流譜來描述氣流流動(dòng)的全貌。2、流體流動(dòng)的連續(xù)性流體的流速與流管的截面積的關(guān)系第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布空氣的力學(xué)特性第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)1、附面層與分離點(diǎn)附面層研究表明，附在運(yùn)動(dòng)物體表面一層很薄的空氣的流動(dòng)情況與外層空氣不同。在附面層內(nèi)的空氣流動(dòng)存在速度梯度，空氣的粘性不可忽略。附面層各層間的速度變化小，各層間是以不同速度錯(cuò)動(dòng)的，稱之為“層流”。而當(dāng)附面層內(nèi)各層間的速度梯度較大時(shí)，整個(gè)附面層充滿了渦流，稱之為“湍流”第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1、附面層與分離點(diǎn)第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布汽車表面附面層分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布汽車表面附分離現(xiàn)象與渦流空氣由a到d流速逐漸增加，過最大截面d后逐漸減小，而產(chǎn)生空氣堆積，于是在K點(diǎn)使氣流的速度為零，K以下微層的氣流方向變?yōu)樨?fù)值，產(chǎn)生倒流現(xiàn)象。從K點(diǎn)形成一個(gè)分離面K-K‘，在分離面下面產(chǎn)生渦流，渦流被外層空氣帶走，同時(shí)在分離面又卷入新的渦流，這種現(xiàn)象稱為分離現(xiàn)象，K點(diǎn)稱為分離點(diǎn)。會(huì)使運(yùn)動(dòng)阻力增大。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布分離現(xiàn)象與渦流第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布2、汽車前部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布通過觀察流譜，確定氣流在發(fā)動(dòng)機(jī)罩上的分離線和在風(fēng)窗玻璃上的再附著線影響其轉(zhuǎn)角部位氣流的主要因素有：1)發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗的交角γ，轎車一般在35°～50°2)發(fā)動(dòng)機(jī)罩的三維曲率和結(jié)構(gòu)3)前風(fēng)窗的三維曲率和結(jié)構(gòu)2、汽車前部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布3、汽車尾部的流譜當(dāng)氣流沿汽車表面流動(dòng)到汽車尾部時(shí)，氣流分離而形成尾隨汽車后面的湍流尾流。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布1)在汽車造型中的短尾就是將尾流區(qū)中的車身切短，且產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)阻力不變；2)在造形設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮運(yùn)用引導(dǎo)氣流對(duì)后風(fēng)窗玻璃的沖刷作用3、汽車尾部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布4、汽車底部的流譜一般認(rèn)為，汽車底部和地面之間的氣流狀態(tài)受下列因素的影響：地面和底部間的距離（離地間歇）。車輛寬度、長(zhǎng)度和高度之比及車身造型。底部的平整程度。地板的縱向曲率和橫向曲率。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布4、汽車底部的流譜第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面5、汽車周圍的渦系第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布5、汽車周圍的渦系第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布研究車內(nèi)氣流的目的在于如何恰當(dāng)?shù)匾胪獠繗饬饕宰钣行У赝瓿衫鋮s、通風(fēng)后再排出車外，并使氣流的進(jìn)出對(duì)整車氣動(dòng)性能的影響最小。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布車身的表面壓強(qiáng)分布與車內(nèi)的通風(fēng)根據(jù)車身表面的壓強(qiáng)分布特性，在有高的正壓強(qiáng)系數(shù)的前格柵處和駕駛室前圍板處及發(fā)動(dòng)機(jī)罩后部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口?？稍O(shè)置出風(fēng)口的部位：后柱、后窗下方、車頂后端、地板下方。轎車的進(jìn)風(fēng)口一般在發(fā)動(dòng)機(jī)罩的后部，出風(fēng)口設(shè)置在后窗柱下部第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布6、汽車的內(nèi)部氣流與表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布2）發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻問題應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)問題：A、如何減小空氣阻力B、如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效果根據(jù)車內(nèi)的風(fēng)路圖，合理的設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口和出氣口的形狀、大小及其位置。第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布2）發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布湍流也會(huì)起到冷卻引擎的作用

第三節(jié)空氣的粘滯現(xiàn)象、汽車的流譜和表面壓強(qiáng)分布湍流也會(huì)起第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施確定汽車車身造型有三個(gè)基本要素，即機(jī)械工程學(xué)、人體工程學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)。對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的主要要求有兩個(gè)：

一是減小空氣阻力(與最高車速，加速性能和燃油經(jīng)濟(jì)性相關(guān)聯(lián))；

二是減小氣動(dòng)升力和受橫向風(fēng)的不穩(wěn)定性。長(zhǎng)期以來使用的汽車空氣動(dòng)力學(xué)強(qiáng)調(diào)減少空氣阻力，后來安全性和穩(wěn)定性問題也受到了足夠的重視。第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施確定汽車車身造型有第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化二、采用各種氣動(dòng)附加裝置三、外形設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化及汽車?yán)硐胪庑蔚谒墓?jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化1、車身頭部棱角圓滑對(duì)阻力的影響頭部棱角圓化可防止氣流在轉(zhuǎn)角處分離，減小阻力系數(shù)較長(zhǎng)的車體有助于降低阻力系數(shù)，但長(zhǎng)度過大阻力系數(shù)又會(huì)增加車頭部不同流線型對(duì)阻力系數(shù)的影響程度不同車頭邊角圓化有助于降低阻力系數(shù)第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施一、汽車外形設(shè)計(jì)的局部?jī)?yōu)化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施不同形狀及不同圓角對(duì)CD值的影響第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施不同形狀及不同圓角對(duì)CD值第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施車頭及車頭邊角的最佳化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施車頭及車頭邊角的最佳化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施大客車車頭邊角倒圓和流線化對(duì)阻力系數(shù)的影響第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施大客車車頭邊角倒圓和流線化第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施2、前風(fēng)窗立柱及流水槽形狀對(duì)阻力的影響由于A柱在使用、設(shè)計(jì)、制造中的原因，一般都有凹面或凸面，則會(huì)造成氣流的分離，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲，同時(shí)增加阻力系數(shù)。第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施2、前風(fēng)窗立柱及流水槽形狀第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施3、車身后部形狀對(duì)阻力的影響后背傾角小于30°對(duì)應(yīng)的流譜稱為快背型流譜，大于30°的稱為方背型流譜。30°傾角稱為臨界后背傾角4、表面的光潔程度第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施3、車身后部形狀對(duì)阻力的影a)后風(fēng)窗大傾角b)后風(fēng)窗小傾角第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施a)后風(fēng)窗大傾角b)后風(fēng)窗小傾角第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施二、采用各種氣動(dòng)附加裝置在汽車上安裝各種氣動(dòng)附加裝裝置，可以使汽車的氣動(dòng)性能得到明顯改善。1、前部擾流器在車頭下部安裝擾流器，可減小阻力系數(shù)和升力系數(shù)，但擾流器必須有適當(dāng)?shù)母叨燃敖嵌鹊谒墓?jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施二、采用各種氣動(dòng)附加裝置第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施前擾流器對(duì)阻力系數(shù)和前軸升力的影響第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施前擾流器對(duì)阻力系數(shù)和前軸升第四節(jié)改善汽車空氣動(dòng)力性能的措施2、后擾流器在轎車后部設(shè)置后擾流器的目的：推遲渦流的產(chǎn)生（或氣流的分離）、減弱渦流的強(qiáng)度并形成局部正壓以降低阻力系數(shù)和升力系數(shù)。右圖