汽车空气动力学课件

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1、汽车空气动力学设计吴允柱yzwu@jlu.edu.cn第四章汽车空气动力学设计4.1汽车空气动力特性对汽车性能的影响4.2汽车空气动力学设计准则4.3汽车空气动力学设计方法4.4最佳气动外形2009-3-264.1汽车空气动力特性对汽车性能的影响4.1.1汽车空气动力特性对动力性的影响汽车空气动力特性是指汽车在流场中所受到的以阻力为主的包括升力、侧向力的三个气动力及其相应的力矩（即六分力）的作用而产生的车身外部和内部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、泥土、灰尘的附着和上卷、刮水器上浮以及发动机冷却、驾驶室内通风、空气调节等特性。评价汽车动力性的主要指标：汽车的最高车速、加

2、速时间和最大爬坡度2009-3-264.1.1汽车空气动力特性对动力性的影响气动阻力与最高车速式中——最高车速；Fmax——最大驱动力；G——车重；f——滚动阻力系数；——空气密度；A——汽车正面投影面积；CD——汽车气动阻力系数；CL——汽车气动升力系数。减小CD，增大CL，可提高最高车速由于升力对汽车操纵稳定性的影响，不能简单地增大CL2009-3-264.1.1汽车空气动力特性对动力性的影响气动阻力与汽车加速度——发动机功率随时间的增长率；——车速；——汽车传动系效率。汽车的加速能力首先取决于发动机的加速特性，同时还与汽车的气动阻力系数CD近似成反比关系，减小汽车的气动

3、阻力，就可增加汽车的加速度。2009-3-264.1.2汽车空气动力特性对经济性的影响气动阻力占总阻力的比例v＝80km/h时，气动阻力与滚动阻力几乎相等；当v=150km/h时，气动阻力相当于滚动阻力的2～3倍。2009-3-264.1.2汽车空气动力特性对经济性的影响消耗于气动阻力的功率消耗于气动阻力的功率与速度的三次方成正比2009-3-264.1.2汽车空气动力特性对经济性的影响气动阻力与燃料消耗量左图为各种车辆的每100km的燃料消耗量。小型客车用于克服气动阻力的燃油消耗量为50％左右，比例最大，其次是普通货车，占32％左右。2009-3-264.1.3汽车空气动力

4、特性对操纵稳定性的影响升力与纵倾力矩对操纵稳定性的影响升力和纵倾力矩都将减小汽车的附着力，因而使转向轮失去转向力，使驱动轮失去牵引力，影响汽车的操纵稳定性。质量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮的升力特别敏感。这个情况对行驶中的汽车非常危险，即当前轮有升力使汽车上浮时，升力又随着车速的增加而继续增加，由于前轮失去附着力而使汽车失去控制。为提高车辆高速行驶的直进性和侧风稳定性，应减小升力。升力减小可防止汽车的摆头，附着力增大使稳定性提高。2009-3-264.1.3汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响侧向力及横摆力矩对操纵稳定性的影响如果侧向力的合力通过侧向反作用力中心，车辆

5、将保持直线行驶，但相对原行驶方向会有偏移。如果侧向力的合力作用在侧向反作用力中心以前时，车辆将顺着风的方向转向，并且产生横摆力矩，使车辆向着风的方向摆动，造成稳定性恶化。为提高汽车的方向稳定性，不仅要减少侧向力，而且应使侧向力的作用点移向车身后方。2009-3-264.1.3汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响侧倾力矩对操纵稳定性的影响由于来自车身侧面及其周围气流的影响，产生了绕x轴的侧倾力矩。这个力矩通过悬挂系统至车架及左右车轮，引起了车轮负荷的变化。对应于力矩回转的方向，使一个车轮负荷增加，另一个车轮负荷减少，从而改变了汽车的转向特性。2009-3-264.1汽车空气动力特

6、性对汽车性能的影响综上所述，在激烈的市场竞争中，汽车所面临的首要问题是向汽车空气动力特性的挑战，因为只有空气动力特性好的汽车，才能保障其具有好的动力性、经济性和操纵稳定性以及舒适性，只有最佳气动外形的造型才有生命力；可以说，汽车空气动力特性是决定汽车在市场竞争中能否取胜的重要性能。2009-3-264.2汽车空气动力学设计准则4.2.1对汽车造型的要求：在满足结构设计、美学、人体工程学（居住性）以及法规要求的同时，降低气动阻力是汽车空气动力学设计的准则。机械工程学+人体工程学+美学+空气动力学=完美的汽车造型2009-3-264.2汽车空气动力学设计准则汽车造型设计与空气流态

7、汽车的空气动力学设计就是以满足气流沿光滑表面流动的创造性的设计。气流沿汽车表面流动时，由于气流的惯性和粘性，而产生分离、涡流等状态，并伴随产生气动噪声，同时气动阻力增加，所以成功的设计应维持气流沿汽车光滑的表面流动。为设计出光滑的汽车车身表面，应保证曲线的连续性、曲线曲率的连续性，以及线的曲率变化的连续性。在车身外形设计过程中，需反复修正曲线的连续性。2009-3-26通过外形的基本构思和空气动力特性最佳处理这两个过程，巧妙地运用曲线的特性，在符合美学要求的前提下进行汽车的空气动力学设计，这是汽车空气动