2019年 汽车空气动力学ppt课件.ppt

《2019年 汽车空气动力学ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、汽车空气动力学3.1概述汽车空气动力学是研究汽车与周围空气在相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的学科，它属于流体力学的一个重要部分。汽车向前行使时与空气产生复杂的相互作用，对汽车的行使状态影响很大，特别是汽车高速行使时会承受强大的气动力作用。众所周知，汽车行使时受到的气动力是与汽车速度平方成正比，而汽车克服气动阻力所消耗的功率和燃料是随车速的三次方急剧增加的，因此，使汽车具有良好的形状以降低汽车的气动阻力，不但可以提高汽车的动力性，而且还可以提高汽车的燃料经济性。对于高速汽车来说，空气动

2、力稳定性是汽车高速安全行使的前提。随着汽车工业发展与汽车行驶速度日益提高，汽车空气动力学亦愈来愈受到重视，其研究工作日益深入，汽车空气动力学已发展成为流体力学一个重要分支学科。汽车空气动力学与航空、船舶、铁路车辆，在研究流场、空气动力学方面有许多相似之处，但是汽车行驶在地面上是种钝头体，汽车行驶状态异常复杂，因而汽车空气动力学亦区别于上述分支学科，具有自身的特点。例如：汽车空气动力学与航空空气动力学有着非常相似之处，都需要降低气动阻力并保持行驶稳定性或飞行稳定性，从而得到良好的行驶性能或飞行性能。

3、另外，航空动力学仅承受空气动力学；汽车行驶在地面，除空气动力学外，还受地面传来的各种力，汽车底部的气流状况与飞机底部完全不同；汽车与飞机在处理升力问题上差别很大；此外飞机速度接近或超过声速，而汽车的速度远小于声速，在研究空气动力性质和基本假设是不同的。气动六分力与坐标系汽车在行使时，受到气流的气动力作用，该作用力在汽车上的作用点，我们通常称作为风压中心，记作C.P，由于汽车外型的对称性，风压中心在汽车的对称平面内，但它不一定与重心（CG）重合。为了研究方便，建立一套坐标系，通常把汽车空气动力坐标系

4、原点设在车辆纵向对称面与地面的交线上，前后轴中点处。规定三个力和三个力矩方向如图3-1所示。上述三个力和三个力矩统称为六分力，六分力的数值就是气图3-1汽车空气动力坐标系动力合力在这个坐标系上的分解。为了评价汽车的空气动力性能，引入气动力系数的概念。如气动阻力系数CX定义为：(3-1)式中，FX为X向气动阻力；ρ为空气密度；Vr为汽车与空气相对速度；A为汽车的正投影面积。气动阻力系数是一个无量纲数，它代表了气动阻力与气流能量之比。对于其它气动力系数也类似，对于气动力矩系，上式应除以一个特征长度单位

5、，使其成为无因次量，例如侧倾力矩系数CMx(3-2)式中，L为汽车特征长度（如轴距L）。表3-1给出了六分力的名称及系数公式。应该指出的是，汽车正投影面积A应包括车身、轮胎、发动机及底盘等零件的前视投影。名称代号美日规定德国规定系数公式气动阻力DragFX(CX)D(CD)D(CD)侧向力SideforceFY(CY)S(CS)Y(CY)升力LiftFZ(CZ)L(CL)L(CL)侧倾力矩RollingmomentMX(CMX)MR(CRM)R(CR)俯仰力矩PitchingmomentMY(CM

6、Y)MP(CPM)M(CM)横摆力矩YawingmomentMZ(CMZ)MY(CYM)N(CCN)表3-1六分力名称及系数公式3.2气动阻力空气作用于车身的向后的纵向分力称为气动阻力，这种阻力与车速平方成正比，为了克服气动阻力所消耗的功率和燃料是随车速的三次方急剧增加的，当车速超过100km/h时，发动机功率有80%用来克服气动阻力，要消耗很多燃料，在高速行使时，如能减少10%的气动阻力，就可使燃料经济性提高百分之几十，当前汽车设计师十分重视气动阻力系数Cx，因为它直接关系到汽车动力性，经济性和

7、轻量化带来很多好处。气动阻力由五部分组成：1．形状阻力，占总阻力58%；2．摩擦阻力，占总阻力9%；3．诱导阻力，占总阻力7%；4．干扰阻力，占总阻力14%；5．内循环阻力，占总阻力12%。3.2.1形状阻力当汽车行使时，气流流经汽车表面过程，在汽车表面局部气流速度急剧变化部位会产生涡流，涡流产生意味着能量的消耗，使运动阻力增大，汽车在前窗下凹角处，在后窗和行李箱凹角处，以及后部尾流都出现了气流分离区，产生涡流，即形成负压，而汽车正面是正压，所以涡流引起的阻力也称压差阻力，又因为这部阻力与车身形状

8、有关，也称形状阻力，它占整个阻力的58%。图3-2详细地显示了汽车周围流谱的情况，可见汽车仅前部很小区域存在层流，其余大部分区域中的气流状态是紊流。图3-2汽车表面附面层对于运动的物体，分离现象产生越晚，空气阻力越小，所以在设计上力求将分离点向后推移。在一定形体上作局部调整即可推迟涡流的生成。从而减少形状阻力。3.2.2摩擦阻力汽车空气阻力中的摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面上产生的切向力造成的。空气与其它流体一样都具有粘性，当气流流过平板时，由于粘性作用，空气微团与平板表面之间