车辆车辆工程概论

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1、1. 空气动力学的概述  空气动力学是流体力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。空气动力学特性直接影响汽车的经济性、动力性、操纵稳定性和乘坐舒适性等。为改进汽车性能，汽车工业界投人大量人力、物力和财力研究汽车内外的空气流动及其相关的各种现象。风洞试验是汽车空气动力学研究的传统而又有效的方法，但风洞建设投资大，试验周期长。随着计算机和计算技术的迅速发展而蓬勃兴起的数值仿真方法为汽车空气动力学的研究开辟了新的途径。近年来，汽车空气动力学数值仿真发展迅速

2、，数值仿真在汽车流场研究中的重要性不断增加，应用范围不断扩大。下面从不同方面阐述汽车空气动力学的发展情况。2 空气动力学的发展国外的汽车空气动力学研究可以追朔到本世纪的20-30年代，但直到7O年代以觑，还没有比较完整系统的研究。此学科在近3O年中得到了较大发展。7O年代以来，国外陆续发表了汽车空气动力学方面的研究成果、研究报告和专著，研究手段普遍采用航空试验用的风洞对汽车空气动力特性进行研究，研究的重点主要是空气动力的特性以及它们对汽车性能的影响。国内在这方面的研究起步较晚，尽管也开过专题性的学术会议，但总体上说还处于起步阶段。从有关学术刊物上看到，有关汽车空气动力学方面的论文很少，也还

3、没有见到国内学者编著有关汽车动力学方面的学术著作或教科书。也就是说，国内还没有有效地进行汽车空气动力学的研究。但是，鉴于这项课题研究的经济效益和社会效益，以及我国经济发展的中长期战略，都迫切地需要将这个课题的研究提到议事日程上来。就国内目前的情况看，无论从人力还是设备上都完全具备研究的条件与实力，关键是要引起国内学者对此项研究的重视以及有关部门的组织与必要的投资，从而有远见地对汽车空气动力学进行先期研究，以适应今后十年乃至更长期国民经济发展的需要，为国家创造较大的经济效益。3动力学空气的研究1.基础理论研究空气运动规律的基础是质量守衡、动量守衡和能量守衡定律，可由Euler、NS等数学方程

4、组来描述。然而有关不可压流体特性、流体阻力理论以及汽车绕流特性等基础理论研究还有待深化。2.风洞试验洞设计的主要任务是在动力装置功率最小和成本最低的情况下，提供各种速度范围内模型试验所必需的气动力环境，即希望在一个简单的风洞中能大范围地改变各种相似参数。然而经验表明，在技术上和经济上这都是不现实的。从而就出现了各种各样的风洞。风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而异。洞体有一个能对模型进行必要测量和观察的试验段。试验段上游有提高匀直度、降低湍流度的稳定段和使气流加速到所需流速的收缩段或喷管。试验段下游有降低流速、减少能量损失的扩压段和将气流引向风洞外的排气段或

5、导回到风洞入口的回流段。为了降低风洞内外的噪声，往往在稳定段和排气口等处装有消声器。4 空气动力学对汽车造型的影响  空气动力特性直接影响车辆的动力性、操纵稳定性、燃油经济性以及货车的噪声和车身美观。随着车速的提高，在汽车造型中越来越重视空气动力学这方面的影响。下面将从轿车前部、尾部、底部以及车轮浅谈对汽车造型的影响。  1.车头造型对气动阻力影响因素主要有：车头边角、车头形状、车头高度、发动机罩与前风窗造型等。 2.车身尾部造型对气动阻力的影响主要因素有：后风窗的斜度与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度、尾部横向收缩。 3.车身底部对对气动阻力的影响主要因素有：车身底部离地高度、纵倾角、曲

6、 率、扰流器 4.车轮对气动力的影响（被轮腔覆盖车轮的影响）5 改善汽车空气动力学性能的措施 1. 车头造型的设计车头造型中影响汽车空气动力学性能的因素很多，如车头边角、车头形状、车头高度、发动机罩与前风窗造型、前凸起唇及前保险杠的形状与位置、进气口大小和格栅形状等。车头边角主要是指车头上缘边角和横向两侧边角。对于非流线型车头，存在一定程度的尖锐边角会产生有利于减少气动阻力的车头负压区；R8车头横向边角倒圆角，也有利于产生减小气动阻力的车头负压区，整体弧面车头产生的气动阻力比车头边角倒圆产生的气动阻力小；车头头缘位置较低的下凸型车头的气动阻力系数最小。但气动阻力系数不是越低越好，因为低到一

7、定程度后，车头阻力系数不再变化，车头头缘的最大离地间隙越小，则引起的气动升力越小，甚至可以产生负升 力。增加下缘凸起唇，气动阻力变小，减小的程度与唇的位置有关。发动机罩与前风窗的设计可以改变再附着点的位置，从而影响汽车的气动特性。发动机罩的纵向曲率越小(目前采用的纵向曲率大多为0．02 m )，气动阻力越小；发动机罩的横向曲率也有利于减小气动阻力。发动机罩具有适当的斜度(与水平面的夹角)对降低气动阻力有利，但如果斜度进一