concept6汽车空气动力学.ppt

第二章：汽车空气动力学,空气流动情况,汽车在行驶过程中和周围的空气产生复杂的相互作用，为分析方便，在车速不高的情况下可以认为汽车周围的空气不受压缩，气流密度不受影响，除接近汽车车身的一层很薄的空气层外，气流没有粘滞性，下图表示圆柱体物体周围的空气流动情况。,空气流动情况,我们可以把物体周围看作理想空气流场，在流场里密布着流管，空气沿着流管运动物体截面形状的变化，流管沿着空气截面的位置大小相应变化，截面小的地方空气流速高，截面大的地方流速低。对于汽车而言，在空气在和车头接触的部分狭小空间里形成一个滞点区域，在这个下区域内，空气相对汽车速度为零，随后，空气沿着车身表面流动，对于小轿车而言，其可流动是一个加速的过程，在汽车截面最大处达到最大。,空气流动情况,空气流动车身的表面压力也产生变化，风洞试验得出：,或,空气分离现象,气流分离现象,汽车表面涡流形成示意图,汽车行驶中可以采用使气流加速来降低蜗旋和气流分离现象危害，方法有1：后置发动机的吸气使气流加速，2：借内通风出口驱动气流，3：局部突起使气流加速，4：借导翼使气流加速,气动力和力矩,气动力和力矩,空气阻力,作用在车身上的气动阻力有五部分组成，形状阻力，诱导阻力，干扰阻力，内部阻力，摩擦阻力。形状阻力时车身前后气流的压力差造成的，需要采取合理的断面来降低形状阻力。干扰阻力造成因素是由于车身表面的不平滑，有凸起件，诱导阻力是升力造成，事实上，升力并不和水平成90度，水平方向的分量就形成诱导阻力，车身越宽，可以降低诱导阻力，摩擦阻力是空气表面和车身表面以及空气层之间的摩擦力而引起的，内部阻力由车身的冷却和通风系统引起的。最气动阻力影响最大的是形状阻力。也是我们首要关注的问题。,空气形状阻力,诱导阻力,气动升力L和纵倾力矩PM,汽车在行使时候，下上表面形成的压力差产生升力，考虑到汽车安全因素，在一些车辆设计中，升力的应该放在首要地位。影响升力的因素有地板弧度倾斜度，前后风窗的斜度，车身各部分的分配比例等。影响因素：（1）车前端的布置对气动升力影响很大，前端位置高，在车底越易产生涡流，升力也越大，正确确定车前端的位置，要综合考虑风窗曲率倾角，整车底盘高度等。（2）车的纵向轮廓，如平头，长头等形状布置对升力影响也很大，一般将车头设计成低矮状，减小迎角可以降低升力，（3）附加尾翼对气动升力也有影响。,气动升力L和纵倾力矩PM,车头布置对气动性能的影响,汽车气动侧向力S、横摆力矩YM和侧摆力矩RM,形成原因：车的行驶方面和车身成一定角度，其影响汽车左右负荷，影响汽车的转向半径等，进而汽车在高速环境下的操纵稳定性。,不稳定,稳定,X,Z,Y,风合力,汽车行驶方向,O,车质心,力臂,汽车侧面形状和表面光洁度好的汽车具有较好的气动性能，在设计的时候应使气压中心接近侧倾轴线,气流的物理特性,知识点：（1）空气的粘滞性（2）在相对很薄的边界层内，气流呈梯度变化明显（3）梯度变化很大的地方产生涡流使汽车气动阻力增加,气流物理特征汽车表面边界层,汽车表面的边界层,汽车前端对气动特性的影响,（1）气流在车窗玻璃处，由于气流急剧变化而形成其气流分离现象，在分离区，产生涡旋。（2）涡旋在前车窗玻璃表面向两侧流动，并合成新的气流。（3）影响车前部流动的因素有，保险杠，风窗玻璃件，翼子板，发动机箱盖等。（4）设计中应使气流分离线靠近气流再生成附着线，减小风窗夹角。（5）使气流尽量向车顶方向流动，防止气流两侧流动而产生横力和干扰噪声。（6）应将车身A柱设计成光滑的圆弧状,汽车前部和气流特性,x的相对值越小，即S点越靠前，会造成气流分离过早。R点越靠前，可以使附着线靠近分离线效果较好。减小r可以达到要求，但当r减小到30度以后效果不明显,车顶对气动特性的影响,为使气流平顺的通过车顶，可将车顶设计成弧状，但也使车的投影面积变大，将车尾上翘使其表面空气不易和车底部气流混合而产生涡流，减小气动阻力，同时上翘的形状可以减小气动升力。,汽车侧面外形对气动特性的影响,（1）一般来说汽车上方的流速高于汽车底部，压力较底部低，所以汽车底部部分气流会向上流动后在沿车身两侧流动。（2）底部向上流动一部分气流的由于周围气流相互作用形成涡流，和前窗玻璃形成的涡流在汽车开始侧面合成，在汽车尾部形成一股涡流。（3）和车顶设计一样，车身的侧面可以设计成外鼓带弧状的结构,侧面形状对气动特性的影响,轿车侧面涡流图,车身底部对气动特性的影响,（1）汽车底部表面气流和地面的气流相互作用，形成气流边界层。（2）在气流向车身后部流动，气流淤积量便大，变成层变厚。（3）涡流在车前端就已经开始形成，在车身表面不平处涡旋加强。（4）汽车离地不高时，气流边界层可能由车底表面延伸到地面，我们把车身前部到汽车对应边界层延伸到地面的水平距离称为混合距离。（5）减小底部流入气流量，设计可以增加挡风板。合理车身离地间隙等；使底部空气流动顺畅，设计时平顺底部曲面，设计成下鼓的曲面形状。,车身后背对气动特性的影响,（1）汽车车身向下倾斜，气流流管界面变小，流速减低。前后表面气压形成压差阻力。（2）补充：方背式汽车，尾部会在汽车高速行驶时形成较大区域的真空区，这个真空区将对汽车有吸力作用。（3）按后背倾角和气动阻力的关系将车分为三类：直背式、舱背式和方背式（4）后背倾角30度为临界角，阻力在此点达到最大，超过30度左右，其阻力急剧减小，通常在20度作用增加角度会使阻力急剧增加。（5）后背倾角影响升力,汽车后背对气动特性的影响,90,CD,汽车内部气流对气动特性的影响,（1）汽车内部气流有冷却气流和通风气流两部分，冷却气在冷凝系统中运动对汽车造成影响，排出后和外界气流相互作用也会对汽车形成阻力。（2）汽车内部阻力和内部气流的流动相关，车身通风出口的位置，和通风量等都影响汽车气流的内部阻力。（3）一般将冷却气流从发动机室下方排出。出风口设在后柱旁,汽车的气动力性能对汽车性能的影响,（1）最大车速的影响（2）加速度的影响（3）燃油经济性能的影响（4）操纵稳定性能的影响 气动升力和俯仰力矩对稳定性影响 侧向力和合横摆力矩对稳定性影响 横向力和责侧倾力矩对稳定性影响,改善轿车措施气动性能的措施,（1）车顶设计（2）车头前端设计（3）车尾设计（4）侧面设计（5）前后风窗和侧面风窗设计（6）离地高度、车底部设计（7）冷却气流进出风口、通风设计（8）凸出件设计（9）安装挡风板和扰流板（10）汽车迎角设计、地板设计等（11）车身过渡线设计（12）车轮装盖件设计,冷却气入口,顶盖平滑,前端上翘弧度优化,后风窗增大倾角,侧面形状设计,A柱优化,底部平顺,采用内收拢的后柱,车前转角,车尾设计,门把手内置,安装扰流板,