汽车空气动力学 教学课件 作者 傅立敏 第四章　汽车空气动力学设计.pptx

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1、KQ3主编第四章　汽车空气动力学设计第一节　汽车空气动力学设计准则第二节　汽车空气动力学设计方法第三节　最佳气动外形第一节　汽车空气动力学设计准则一、对汽车造型的要求二、汽车造型设计与空气的流态一、对汽车造型的要求纵观汽车的发展历史可以看到,在人们不断地追求汽车的快速、安全、舒适性和经济性的同时,汽车技术也在不断地发展。汽车技术是在以提高发动机的功率、传动系的效率为中心，寻求汽车构造的合理化，采用新材料，降低汽车自重以及减小汽车的滚动阻力等技术的综合应用过程中不断发展的，而开发空气动力特性好的低阻汽车是降低汽车燃料消耗和提高最高车速的最有效

2、的途径。二、汽车造型设计与空气的流态空气动力特性好的物体，沿着其表面的气流没有涡流和分离，飞机的机身和机翼的设计大致实现了这一状态。第二节　汽车空气动力学设计方法一、汽车空气动力学设计程序二、汽车气动阻力的估算三、气动阻力的估算值转换为实车阻力值四、车身表面压力分布的计算五、汽车风洞试验一、汽车空气动力学设计程序图4-1　汽车空气动力学设计程序一、汽车空气动力学设计程序1.基本外形的创造2.空气动力特性分析1.基本外形的创造(1)确定驾驶室有足够的居住空间　为保证舒适性，首先应保证座椅在前后左右合适的位置，座椅的周围乘员有必要充分的居住空间

3、，驾驶操纵有足够的空间，眼睛的位置保证视野的要求，保障根据SAEJ100a的要求，确定室内的主要尺寸，这些分析应采用标准的人体模型。(2)进行汽车外形设计　确定车身前端与后部形状、发动机罩的倾斜、前风窗的倾斜、后端的倾斜、车身下面后半部的倾斜等基本外形。(3)考虑安全法规的要求　如灯光、后视镜、安全器、视野等相关的安全法规的要求。(4)确定车长、车高、轴距等外形尺寸　在确保乘员居住空间的前提下，在可能限度内尽量缩短车身总长。(5)发动机冷却系与冷却格栅的设空气动力特性不仅取决于其外形，而且还取决于底板下部的平滑程度、凸凹处理的影响，不可忽视

4、的是发动机冷却和驾驶室内空调、换气等内流损失。图4-2　轿车的总高与总长之比与的关系1.基本外形的创造2.空气动力特性分析由于下述原因，应灵活地采用估算法：1)根据大量的估算数据，进行汽车空气动力特性分析，减少模型的制作个数。2)缩短试验时间，节省费用。二、汽车气动阻力的估算1.升力的估算2.诱导阻力的估算3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算4.细部形状的修正1.升力的估算升力可用下式进行估算（4-1）1.升力的估算图4-3　升力计算模型α—俯仰角　/100L—挠曲度诱导阻力是由于翼端涡的影响而诱起的阻力，它是由车身上下表面的压力差而产生的

5、升力的水平分力，可根据下式用升力系数求出2.诱导阻力的估算（4-2）2.诱导阻力的估算图4-4　基本升力计算结果的一例3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算图4-5　基本外形车的阻力系数、升力系数的比较3.形状阻力和表面摩擦阻力的估算图4-6　″-与/A的关系4.细部形状的修正表4-1给出了内部阻力及细部形状的修正，修正值为（4-4）三、气动阻力的估算值转换为实车阻力值1.气动阻力系数估算值转换为实车的值2.估算值的精度确认1.气动阻力系数估算值转换为实车的值上述相当于模型的气动阻力系数CD′、升力系数CL′

6、的估算值为通过下式的换算，最后得出相当于实车的气动阻力系数和升力系数为（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）2.估算值的精度确认四、车身表面压力分布的计算定常状态的位势流的速度势ϕ为把定常流与湍流成分分开，则速度势为由此可以得出（4-9）（4-10）（4-11）四、车身表面压力分布的计算在无限远处，物体表面(包括地面)满足的边界条件为无限远处：物体表面：（4-12）（4-13）四、车身表面压力分布的计算图4-7　表面压力分布计算值与试验值比较的一例a)车身上面中心线上的压力分布b)车身侧面门把手高度的压力分布五、汽车风洞试验在基本设计阶段

7、，除用上述估算法对全新的设计进行空气动力特性分析外，对新设计的外形在初步气动估算进行选型之后，还要用模型车和样车进行选择最佳气动外形的风洞试验。在一辆新车的设计过程中，大约要进行1000h的风洞试验(参考文献［2］美国玛利兰大学的风洞试验程序)。关于汽车空气动力学试验将在第七章详述。第三节　最佳气动外形一、最佳造型二、汽车造型的发展变化一、最佳造型图4-8　最理想的车身外形一、最佳造型1.车身侧面2.车身正面1.车身侧面1)尽量降低车身总高。2)离地间隙尽量小。3)前脸扁平，后端处理应尽量使阻力降低(采用切尾、加尾翼或采用鸭尾形)。4)发动

8、机罩和顶盖尽量扁平。5)为确保方向稳定性而加上尾翼。2.车身正面1)宽而低的扁平形。2)采用无棱角的扁平和圆形过渡。3)当驾驶室要求有必要的棱角时，在腰线部位可装置倾斜的侧翼，使