小轿车高速行驶空气阻力特性研究毕业论文.doc
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1、摘 要汽车车速的提高受到许多因素的制约。根据汽车空气动力学的原理,汽车行驶时的空气阻力是一个不可忽视的关键因素,并且空气阻力的影响因素也是多方面的。为了提高汽车的行车速度,从汽车空气阻力空气阻力的影响因素出发,分汽车迎风面积和空气阻力系数两个方面,说明了降低汽车空气阻力与提高车速的理论基础。并引用具体事例及试验数据,对汽车车身结构设计(分前部、中部、后部)进行了分析改进,以期探讨降低汽车空气阻力的措施和方法,从而达到提高车速的目的。关键词: 汽车;车身结构;空气阻力;AbstratThe improvement of vehicle speed is restricted by many fa
2、ctors. According to the principle of aerodynamics, the air resistance when the automobile runs is a key factor that can not be ignored, and the influence of the air resistance factors are in many aspects. In order to improve the speed of the car, starting from the influencing factors of automobile a
3、ir resistance and air resistance, divided into two parts for automotive frontal area and air resistance coefficient, illustrates the theoretical basis of lower speed automotive air drag and improve. And citing specific examples and test data, the car body structure design (anterior, middle, posterio
4、r branch) is analyzed and improved, in order to explore the measures and methods to reduce the air resistance, so as to improve the speed of.Keywords: automobile body structure; air resistance;目 录摘 要1前 言31 空气阻力51.1空气阻力的概念及分类51.2 摩擦阻力. 51.3 压力阻力51.4 形状阻力51.5 干扰阻力51.6内循环阻力51.7诱导阻力52 降低汽车空气阻力的措施和方法52.1
5、 降低汽车空气阻力系数的意义62.2 汽车车身的设计要求72.3 扰流器82.4 汽车加装尾翼法82.5 新型涂料法92.6 新型喷射系统9结 论10参考文献11致 谢12前 言汽车问世后的100多年间,科技突飞猛进,时至今日,已成为集当代高科技于一身且与人类生活息息相关的时代骄子。尤其是近年来,国家加大交通设施的投资力度,高速公路等交通网络四通八达,大大缩短了城市之间的距离,方便了人们的日常生活。欣喜之余,能否进一步提高汽车车速摆在了每一个汽车工作者的面前。随着汽车速度的不断提高,随之出现的与汽车气动性能有关的问题也越来越多,如空气阻力(当车速达到250300km/h时,空气阻力占总阻力的5
6、0%以上)、气动噪声以及对周围环境的影响等,均与汽车外形的流线程度有关。为此,还必须进一步优化车体外形,减少空气阻力等对汽车的影响。从时速不超过50km/h的马车型汽车,发展到现在的流线型汽车时速可以达到200300km/h,百年的汽车发展给人类社会带来了巨大而深刻的变化。为此,本文将对汽车行驶时的空气阻力这一不可忽视的关键因素进行具体分析,以期探讨降低汽车空气阻力,提高汽车车速的措施和方法。小轿车在高速行驶中所受空气阻力主要包括以下几种:一、 摩擦阻力二、 压力阻力三、 形状阻力四、 干扰阻力五、 内循环阻力六、 诱导阻力针对汽车高速行驶的空气阻力的的特点,就对应解决降低汽车空气阻力的办法,
7、其中有:一、 汽车车身的设计二、 汽车加装尾翼法三、 新型涂料法四、 新型喷射系统1 空气阻力11空气阻力的概念及分类:空气阻力指空气对运动物体的阻碍力,是运动物体受到空气的弹力而产生的。物体在运行时,由于前面的空气被压缩,两侧表面与空气的摩擦,以及尾部后面的空间成为部分真空,这些作用所引起的阻力。在逆风运行时,还要把风力附加在内。 空气阻力是汽车在空气介质中行驶,汽车相对于空气运动时空气作用力在行驶方向形成的分力,与汽车速度的平方成正比,车速越快阻力越大。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大,则会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。在一级方程式赛车界中有这么一句话:“谁控制好空气,谁
8、就能赢得比赛!”。追求最佳的空气动力是现代一级方程式赛车中最重要的部分之一。在时速达300km以上的赛车世界中,空气在很大程度上决定了赛车的速度。空气动力中,要考虑的要素简而言之有两点。1:减少空气阻力;2:增加把赛车下压的下压力。空气阻力越小赛车的速度越能越快,下压力越大赛车在弯道时的速度就越快。空气动力学简单说就是如何取决在某些时候这两个完全相反的力的最佳平衡。实际操作时要与环境因素造成的气流量的压强挂钩。 否则你将区别不出什么是空气动力和空气阻力。空气阻力是汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力。空气阻力系数,又称风阻系数,是计算汽车空气阻力的一个重要系数。它是通过风洞实验和下滑实验所确
9、定的一个数学参数, 用它可以计算出汽车在行驶时的空气阻力。风阻系数的大小取决于汽车的外形.风阻系数愈大,则空气阻力愈大.现代汽车的风阻系数一般在0.3-0.5之间。风阻是车辆行驶时来自空气的阻力,一般空气阻力有好几种形式,其中一种是气流撞击车辆正面所产生的阻力,就像拿一块木板顶风而行,所受到的阻力几乎都是气流撞击所产生的阻力。还有就是摩擦阻力,空气与划过车身一样会产生摩擦力,然而以一般车辆能行驶的最快速度来说,摩擦阻力小到几乎可以忽略。另外还有外型阻力,一般来说,车辆高速行驶时,外型阻力是最主要的空气阻力来源。外型所造成的阻力来自车后方的真空区,真空区越大,阻力就越大。 一般来说,三厢式的房车
10、之外型阻力会比掀背式休旅车小。车辆在行驶时,所要克服的阻力有机件损耗阻力、轮胎产生的滚动阻力(一般也称做路阻)及空气阻力。 随著车辆行驶速度的增加,空气阻力也逐渐成为最主要的行车阻力,在时速200km/h以上时,空气阻力几乎占所有行车阻力的85%。 一般车辆在前进时,所受到风的阻力大致来自前方,除非侧面风速特别大。不然不会对车辆产生太大影响,就算有,也可通过方向盘来修正。风阻对汽车性能的影响甚大。根据测试,当一辆轿车以80公里/时前进时,有60%的耗油是用来克服风阻的。 风阻系数Cd是衡量一辆汽车受空气阻力影响大小的一个标准。风阻系数越小,说明它受空气阻力影响越小,反之亦然,因此说风阻系数越小
11、越好。一般来讲,流线性越强的汽车,其风阻系数越小。 风阻系数可以通过风洞测得。当车辆在风洞中测试时,借由风速来模拟汽车行驶时的车速,再以测试仪器来测知这辆车需花多少力量来抵挡这风速,使这车不至于被风吹得后退。在测得所需之力后,再扣除车轮与地面的摩擦力,剩下的就是风阻了,然后再以空气动力学的公式就可算出所谓的风阻系数。风阻系数=正面风阻力 2(空气密度x车头正面投影面积x车速平方)。一辆车的风阻系数是固定的,根据风阻系数即可算出车辆在各种速度下所受的阻力。12摩擦阻力指空气粘度在车身表面产生的切向力在行驶方向的分力;该力仅占空气阻力总额的9%,在航空和航天中其作为重点考虑对象,在地面一般车辆中可
12、予以忽略。13压力阻力指汽车外表面大气作用的法向压力在行驶方向的分力;根据阻力源的不同,压力阻力又分为:形状阻力、干扰阻力、内循环阻力及诱导阻力。14形状阻力由车身形状的不同而产生的空气阻力(主要由作用在汽车前、后两面的压力差所至),其占空气阻力总额的58%;15干扰阻力车身中局部突起部分(如:反光镜、车门把手等)产生的空气阻力,其占空气阻力总额的14%;16内循环阻力发动机进、排气系统、冷却系、车身通风系统等所需要和产生的空气流流经车体内部所产生的阻力,其占空气阻力总额的12%;17诱导阻力空气升力在水平方向的投影(主要由作用在车身上、下两面的压力差所至),其占空气阻力总额的7%;2降低汽车
13、空气阻力的措施和方法汽车空气动力学性能对汽车的安全性、经济性和舒适性具有重要影响。文中通过分析汽车前部、客舱、尾部、底部、附加装置和车轮对汽车空气动力学性能的影响,从汽车空气动力学设计的角度优化汽车造型,进而提高汽车的安全性、经济性和舒适性。汽车具有良好的空气动力学性能,有利于提高 汽车的动力性和燃油经济性、改善汽车的操纵性和行驶稳定性进而提高汽车的安全性、改善汽车的乘坐舒适性。随着汽车设计、制造技术的进步和对汽车性能的要求越来越高,汽车空气动力学性能已成为汽车车身设计中必须考虑的重要因素。通过改善汽车的空气动力学性能,比如变化尾翼、底盘罩、前部进风口和轮毂帽,都能降低风阻系数。而降低车身高度
14、,等于减小了截面积,或使车身更多的覆盖住轮子,也有利于降低空气阻力。2.1汽车空气阻力系数的意义汽车的空气阻力系数是一种车型的重要参数。对新车型设计和车型改装来说,为减少空气阻力系数,以获得良好的汽车动力性和燃料经济性,是汽车设计者的一项重要工作。1970年美国人设计了一辆名为/蓝色火焰0(TheblueFlame)的赛车,其最高速度纪录已近1000kmPh;1983年英国/推力2号0火箭车在美国的黑石沙漠创1020kmPh的世界陆地速度记录;日本近年来研制成功的磁悬浮列车,其原理就是它们的外形似火箭,迎风面积小,速度极快,降低了空气阻力系数。从本世纪初期的汽车发展到现在,车身外形从箱形v甲虫
15、形v船形v鱼形v楔形,其主要目的之一就是降低空气阻力系数。汽车在行驶中由于空气阻力的作用,围绕着汽车重心同时产生纵向、侧向和垂直等三个方向的空气动力量,其中纵向空气力量是最大的空气阻力,大约占整体空气阻力的80%以上。由于空气阻力与空气阻力系数成正比关系,现代轿车为了减少空气阻力就必须要考虑降低空气阻力系数。从20世纪50年代到70年代初,轿车的空气阻力系数维持在0.4至0.6之间。70年代能源危机后,各国为了进一步节约能源,降低油耗,都致力于降低空气阻力系数。现在轿车的空气阻力系数一般在0.28至0.4之间。试验表明,空气阻力系数每降低10%,燃油节省7%左右。曾有人对两种相同质量、相同尺寸
16、;但具有不同空气阻力系数(分别是0.44和0.25)的轿车进行比较,以每小时88km的时速行驶了100km,燃油消耗后者比前者节约了1.7L。小轿车高速行驶中空气在汽车头部气流开始分流,而汽车外形的变化使流速开始加快。在汽车的顶部和底部产生高速区,且在车顶部分产生最高流速,然后开始逐渐回落。汽车尾流中有纵向的涡流产生,随尾流的发展,涡流由强到弱,涡心降低(逐渐接近轨面),涡核向外移动。通过比较,流线型车型优于其他车型,且在低速和高速时都有较好的空气动力性能。故在汽车外形发展设计研究时,应尽量将汽车外形设计成流线型,外形曲面曲率不应出现突变或变化过大,避免产生流动分离。针对摩擦阻力、诱导阻力,轿
17、车车身应该尽量设计成流线型,横向截面面积不要太大,车身各部分用适当的圆弧过渡,尽量减少突出车身的附件,前脸、发动机舱盖、前挡风玻璃适当向后倾斜,后窗、后顶盖的长度、倾角的设计要适当。此外,还可以在适当的位置安装导流板或 扰流板。通过研究汽车外部的气流规律,不仅可以设计出更加合理的车身结构,还可以巧妙地引导气流,适当利用局部气流的冲刷作用减少车身上的尘土沉积。针对形状阻力、内循环阻力阻力,要设法降低行驶中的升力,包括使弦线前低后高,底版尾部适当上翘,安装导流板和扰流板等措施。一部分外部气流被引进汽车内部,可能会在一定程度上减少了外部气流对汽车的阻力,但气流在流经内部气道时也产生的摩擦、旋涡损失。
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