汽车空气动力学概述.ppt

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1、第三章汽车空气动力学3.1概述3.2气动阻力3.3升力和俯仰力矩3.4侧向力和横摆力矩3.5侧倾力矩3.6侧风作用下的气动阻力系数3.7汽车空气动力学试验第一节概述定义：汽车在路面上行驶，除受到路面作用力外，还受到周围气流对它作用的各种力和力矩。研究这些力的特性及其对汽车性能所产生的影响的学科称为汽车空气动力学。汽车行驶中受到的气动力有迎面阻力、升力、侧向力及这些力形成的俯仰力矩、侧倾力矩和横摆力矩，他们的大小，大致都与空气对汽车的相对速度的平方成正比，因此随着汽车行驶速度的日益提高，其作用对汽车性能的影响也会愈来愈

2、显著。回主目录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。规定各轴的正值方向如图3-1示：回主目录所有的空气力向上述坐标原点化简，产生三个分力和三个绕坐标轴的力矩。各种气动力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影面积成正比，其比例系数称为气动力系数。表3-1列出了国内

3、外对六分力名称和系数公式的对照表回主目录名称代号美、日规定德国规定系数公式气动阻力Drag侧向力Sideforce升力Lift侧倾力矩Rollingmoment俯仰力矩Pitchingmoment横摆力矩Yawingmoment表3-1回主目录第二节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。在高速行驶时，如能减少10%的气动阻力，就可使燃料经

4、济性提高百分之几十。当前汽车设计师十分重视降低气动阻力系数Cx，因为它对汽车动力性、经济性和轻量化有很多好处。回主目录气动阻力由五部分组成：形状阻力，占总阻力58%；诱导阻力，占总阻力7%；摩擦阻力，占总阻力9%；干扰阻力，占总阻力14%；内循环阻力，占总阻力12%。这几部分阻力的大致比例如图3-2所示。图3-2回主目录3.2.1形状阻力当汽车行使时，气流流经汽车表面过程中，在汽车表面局部气流速度急剧变化部位会产生涡流，如图3-3中在车身后部有明显的涡流区，在涡流区产生负压，而汽车正面是正压，所以涡流引起的阻力是压差

5、阻力，又因为这都和车身形状有关，也称为形状阻力，它占整个阻力的。回主目录图3-3汽车表面气流图回主目录3.2.2诱导阻力诱导阻力是由于气流经车身上下部时，由于空气质点流经上下表面的路程不同，流速不同从而产生压差，即升力，升力在水平方向上的分力称为诱导阻力，如图3-4所示。图3-4汽车的诱导阻力回主目录诱导阻力系数升力系数间有如下近似关系：（3-1）式中，b为汽车宽度，m；为空气密度，A为汽车正投影面积，。诱导阻力占总空气阻力的。回主目录3.2.3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

6、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发生摩擦，这种摩擦阻碍了气体的流动，形成一种阻力称为摩擦阻力，约占总空气阻力的。回主目录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发生摩擦，这种摩擦阻碍了气体的流动，形成一种阻力称为摩擦阻力，约占总空气阻力的。3.2.4干扰阻力它是车身外面的凸起物如后视镜、流水槽、导流板、挡泥板、天线、门把手、底盘下面凸出零部件所

7、造成的阻力，占总阻力的14%。3.2.5内循环阻力它是指为了发动机冷却和乘坐舱内换气而引起空气气流通过车身的内部构造所产生的阻力，它占总阻力12%。回主目录3.2.5小结减少气动阻力系数在车身造型设计中主要采取下列措施：1、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；2、调整迎面和背面的倾斜角度，使车头、前窗、后窗等造型的倾斜角度有效地减少阻力的产生；3、减少凸起物，形成平滑表面；4、设计空气动力附件，整理和引导气流流向。回主目录第三节升力和俯仰力矩升力是由于汽车行驶中车身上部和车身底部空气流速不等

8、形成压力差而造成的。升力不通过重心时对汽车产生俯仰力矩。升力使车轮有抬升的趋势，减少驱动轮上的附着力，对转向车轮的影响是升力使侧向最大附着力和侧偏刚度降低，而使转向性能变坏。现代高速汽车特别是赛车在设计上都力图减少升力。回主目录影响因素：1、车身形状把车身前后端形心用直线连接，称此直线为中线，此中线与水平面的夹角称为迎角。中线前高后低，迎角为正