6章轿车车身的空气动力学特性解析.pptx

汽车车身设计汽车工程系李长威第四章 轿车车身的空气动力学特性 学习要点：4.1 轿车的空气阻力 空气阻力的组成及其影响因素4.2 轿车的横向稳定性 风压中心与重心的位置关系影响横向稳定性4.3 轿车的升力 轿车的流线与升力之间的关系4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱 空气的粘滞现象对轿车空气动力学性能的影响4.5 车身造型应用空气动力学研究 针对空气动力学问题的车身造型优化设计4.6 轿车的空气动力性试验 利用风动试验和道路试验提高轿车空气动力学性能l：汽车的轴距t：汽车的轮距q：动压q=1/2v2(为空气密度)A：汽车的前视投影面积，该面积应包括汽车底部零件及轮胎的前视投影面积。对轿车可用英国人推荐的公式估算（误差一般不超过6）：式中 B和H轿车的总宽和总高；由此可推出：第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.1 轿车的空气阻力轿车的空气阻力 4.1 轿车的空气阻力轿车的空气阻力 4.1.1 空气阻力的组成 4.1 轿车的空气阻力轿车的空气阻力 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性由轿车表面凸出的零件引起气流相互干扰而产生的阻力 车身前部的正压力和车身后部的负压力所产生的压力差而引起的阻力由轿车室内通风的气流和冷却发动机的气流所造成的阻力。由升力引起的 由于空气的粘滞性在车身表面所产生的摩擦力 降低值是提高最大车速的关键 41.2 空气阻力与最大车速的关系 4.1 轿车的空气阻力轿车的空气阻力 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性汽车的升力汽车的牵引力最大车速4.1.3 空气阻力与轿车加速性能的关系 阻力功率发动机功率对时间t求导4.1 轿车的空气阻力轿车的空气阻力 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性 轿车的加速度与阻力系数有近似反比关系。减小空气阻力和轿车的重力，都可以使轿车的加速能力提高。4.1.4 空气阻力与燃油消耗量的关系 降低空气阻力即可降低油耗；当高速行驶时，降低空气阻力节油的效果更大 燃油消耗量也可换算成与空气阻力和滚动阻力的关系又4.1 轿车的空气阻力轿车的空气阻力 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性当汽车以等速行驶时的百公里油耗为：式中 燃油的密度。汽油为0.710.73kgL，柴油为0.810.83kgL。B发动机相应工况的有效油耗率，单位为g/kwh W行驶100Km所消耗的功率kwh气动力中心与重心的位置关系对轿车横向稳定性的影响 风压中心在重心前，轿车绕轴顺时针方向转动，进一步增强侧向风的作用，使轿车失稳 风压中心在重心后，轿车绕轴逆时针方向转动，减弱侧向风的作用，使轿车趋于稳定 4.14.2 轿车的横向稳定性轿车的横向稳定性4.2 轿车的横向稳定性轿车的横向稳定性第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.3 轿车的升力轿车的升力升力产生的原理4.3 轿车的升力轿车的升力第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性作用在轿车上的空气，有3540在车身上部流过，1015从底部流过，两边各流过25。如果能设法提高底部气流的速度而形成一种文氏喉管的气流，则可由此产生负升力。l 负迎角能提高汽车底部气流速度，减小升力l 轿车前段底部加扰流板可使升力下降影响升力的因素4.14.3 轿车的升力轿车的升力第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.24.14.24.3 轿车的升力轿车的升力影响升力的因素l 轿车底板的尾部向上翘起一个角度可疏导底部的气流，从而降低升力系数l 轿车地板向两边略翘起，使底部气流有一部分流向两个侧面，也能使升力下降车尾地板的后翘效应第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱空气的粘滞现象及轿车的流谱4.4.1 附面层与分离点 涡旋的形成和分离现象4.14.24.34.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱空气的粘滞现象及轿车的流谱附面层：附面层：围绕着运动物体的一个相对薄的空气层内，气流速度有着急剧的变化，存在着速度梯度。该气流层称为附面层。轿车表面的附面层分离现象：分离现象：在分离点K起形成一个分离面K-K，在分离面后部，产生一个个涡漩，涡漩被外层气流带走，同时又从分离面上卷进新的涡漩以补充被带走的部分，这种现象称为分离现象。第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.4.2 轿车前部的流谱 4.14.24.34.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱空气的粘滞现象及轿车的流谱 通过试验得到发动机罩分离线和风窗玻璃上的再附着线，可利用右图的经验公式研究其影响因素。发动机罩和风窗上分离点S及再附着点R的位置 汽车前部的流谱情况 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱空气的粘滞现象及轿车的流谱4.4.3 轿车尾部的流谱 应该设法使基面面积尽可能小，以使尾流负压值减小，从而减小车身运动阻力。“短尾”原理 尾流导致后窗易沉积尘土 尾流冲刷后窗沉积的尘土 优良的造型设计，首先应避免尾流涡漩造成对路面过大的紊流,以减少尘土飞扬；其次应考虑到引导气流对后窗玻璃等部位有一定的冲刷作用，以防止尘土的沉积。第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱空气的粘滞现象及轿车的流谱4.4.4 轿车底部的流谱 离地间隙对气流阻力的影响光滑底部对气流阻力的影响 离地间隙对气动升力的影响 轿车底部的气流特性：轿车底部的气流特性：地板形状对阻力升力的关系：地板形状对阻力升力的关系：装有光滑地板的汽车地板的纵向曲率和横向曲率 地板造型对尾流的影响 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.4.5 轿车周围的涡系 为减小和消除涡流及气流分离引起的摩擦阻力和动能损耗，有些轿车尾部加装窗后扰流板。4.14.24.34.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱空气的粘滞现象及轿车的流谱后扰流板尺寸对 和 值的影响 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.4 空气的粘滞现象及轿车的流谱空气的粘滞现象及轿车的流谱4.4.6 轿车的内部气流与表面压强分布 轿车车内空气的流向 货车驾驶室换气情况 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性不同车身的表面压强分布进气口开设在侧面 l 光顺车身表面的曲线形状，消除或延迟空气附面层剥离和涡流的产生l 调整迎面和背面的倾斜角度 l 减少凸起物，形成平滑表面l 设计空气动力附件，整理与引导气流 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 4.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性车身造型的空气动力学设计的目标4.5.1 轿车外形的空气动力性最佳设计 l 车身前端形状的最佳化 前保险杠形状与气流阻滞区 l 车头部分形状的最佳化 倾角为负，有利于气流通过；倾角为正，易造成气流阻滞而使阻力和升力增加。4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 l 前窗倾角的最佳化 前风窗倾斜（以前风窗下沿为基点）与水平线的夹角为2530时，风阻系数最低。第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 车身侧面形状的最佳化 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 前支柱型式对侧部涡流的影响 轮口外部拱起，控制轮口内气流对侧面平顺气流的干扰 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 车身侧面形状的最佳化 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 车身后部俯仰向内收敛使阻力发生变化的情况 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 车身侧面形状的最佳化 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 车身最宽点与空气动力学中心距离的关系 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 车身后部形状的最佳化 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 后倾角的定义后窗倾斜增加对尾流的影响 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 车身后部形状的最佳化 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 比值不同时，不同后倾角对阻力变化的影响 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 车身后部形状的最佳化 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 利用后扰流板，控制车后部涡流的形成与发展，“整理”不稳定的涡流，推迟涡流产生或形成一定方向的小涡流，以填充后窗后部的低压区，削减前风窗和后窗后部分的压力差。具有后扰流板形状的后行李箱盖造型 顶盖后缘导流板控制局部气流 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 车身底部形状的最佳化 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 车身底部平整，避免湍流和升力后翘起形状对阻力与升力的影响 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 后视镜的位置与形状4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 对前、侧方气流疏导的外后视镜造型 l 进气口和排气口 前风窗下沿进风口 散热器框架进风口 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性l 减小空气动力的噪音 4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 4.5.2 车身的空气动力学设计方法与程序 判定（与目标对照）基础数据推算启动特性探讨目标性能设计试验车的制造用试验车进行讨论外形决定判定（与目标对照）NO生产程序OK居住性动力性能燃油经济性行驶稳定性风哨噪声车内换气性能冷却性能挡泥性能目标性能模型风洞试验原型车试验外形开发基本计划NO问题：问题：l 什么样的车身外形具有低的空气阻力系数？l 达到低的空气阻力系数的车身设计途径是什么？第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性式样车型基本形状基础模型基本形体对于全新车型的开发4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性风洞试验影响因素总结改进措施制定原有外形的空气动力学分析对于原有车型的改进4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性新外形确定4.14.24.34.44.5 车身造型应用空气动力学研究车身造型应用空气动力学研究 将风阻系数做到极致车型将风阻系数做到极致车型第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.44.54.6 轿车的空气动力性试验轿车的空气动力性试验 4.6 轿车的空气动力性试验轿车的空气动力性试验 风洞试验风洞试验第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.44.54.6 轿车的空气动力性试验轿车的空气动力性试验 模型风洞模型风洞实车风洞实车风洞 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.44.54.6 轿车的空气动力性试验轿车的空气动力性试验 风洞试验法的演变风洞试验法的演变 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性空气动力及声学风洞的功用降低汽车风阻，优化汽车造型；测试接地负荷流场显示，测定风压测试侧风稳定性 空气动力噪声试验 空调系统试验 发动机冷却试验 车窗玻璃除霜去雾试验 4.14.24.34.44.54.6 轿车的空气动力性试验轿车的空气动力性试验 第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性4.14.24.34.44.54.6 轿车的空气动力性试验轿车的空气动力性试验 道路试验：道路试验：轿车在无风的条件下开到高速，使之空档滑行经过水平跑道的特定路段。轿车滑行的总阻力可由测得的轿车减速度求出，空气阻力就等于总阻力减去车轮的滚动阻力。第第4 4章章 轿车车身的空气动力学特性轿车车身的空气动力学特性