厢式货车降低气动阻力的研究

华中科技大学
硕士学位论文
厢式货车降低气动阻力的研究
姓名：傅强
申请学位级别：硕士
专业：车辆工程
指导教师：金国栋
2002.1.1
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摘要
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厢式货车在当今的公路运输中发挥着越来越大的作用，其气动阻力随着平均车速的提高而显著增大，因此研究厢式货车的减阻节能问题具有重要的意义。

进行汽车空气动力学性能研究主要有风洞实验和数值模拟两种方法，随着计算机技术的发展，计算流体力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃ，简称ＣＦＤ）被越来越多的应用到汽车的开发过程中ｏｉ本文在总结国内外参考文献的基础上介绍了汽车空气动力学性能研究以及汽车空气动力学仿真的发展和应用现状，讨论了开展汽车空气动力学的计算机仿真方法的研究的意义。

本文以ＣＦＤ理论为基础，在厢式货车外形三维ＣＡＤ模型基础上建立ＣＦＤ计算网格模型，运用计算机仿真软件进行汽车空气动力学的数值仿真研究。

仿真计算得到厢式货车表面和周围的流谱、局部流场，通过对流场的分析，探讨厢式货车外部流场的流动机理，流动特性和气动阻力特性之间的关系，明确了气动阻力产生的主要原因，为降低厢式货车气动阻力提供参考依据。

在不改变驾驶室和厢体等基本部件主要结构的情况下，安装空气动力学附加装置可以有效的改善厢式货车的流线型，达到消除涡流，降低空气阻力的目的。

本文在厢式货车外流场数值仿真的基础上，模型加装不同的气动附加装置，进行数值仿真，得出其减阻效果，通过对气动附加装置减阻机理的分析，提出了减小厢式货车气动阻力的几种有效途径。

／，÷／关键词：厢式盔军空气动≥《附加装置计算济Ｓ幸而学ＣＦＤ
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ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｏｄａｙｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｖａｎｂｏｄｙｔｒｕｃｋｓａｒｅｕｓｅｄｉｎｍｏｄｅｍｈｉｇｈｗａｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．ｔＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｒｕｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｒａｇｉｓｅｖｉｄｅｎｔｌｙｒａｉｓｅｄ．Ｓｏ
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｒｅｄｕｃｉｎｇａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｒａｇａｎｄｓａｖｉｎｇｅｎｅｒｇｙｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ．｛Ｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｔｗｏｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｓｕｓｅｄｉｎａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ
ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ａｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃ（ＣＦＤ）
ｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｏｕｒｓｅｓ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｈｉｓｔｏｒｙａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄＣＦＤａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ
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ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｖｅｈｉｃｌｅｉｓａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＣＦＤｔｈｅｏｒｙ，ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｇｒｉｄｉｓｂｕｉｌｔｆｒｏｍｔｈｉｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｍｏｄｅｌｏｆａｖａｎｂｏｄｙｔｒｕｃｋ．ＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｅｘｔｅｍａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆ
ｔｈｅｍｏｄｅｌ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆａｉｒｆｌｏｗｐａｓｓｉｎｇｅａｃｈｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖａｌｌｂｏｄｙｔｒｕｃｋＣａｎｂｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｆｌｏｗａｎｄｔｈｅ
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ｂｅｔｗｅｅｎｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｒａｇａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｍａｉｎ
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ｒｅａｓｏｎｓｃａｕｓｅｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｒａｇａｒｅｃｌａｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｓｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ
ｂａｓｉｓｆｏｒｒｅｄｕｃｉｎｇａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｒａｇｏｆｖａｎｂｏｄｙｔｒｕｃｋ．
ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔａｃｈｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｓＣａｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｏｆＶａｎｂｏｄｙ
ｔｒｕｃｋｗｉｔｈｏｕｔｃｈａｎｇｉｎｇｉｔｓｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｆｄｒａｇｒｅｄｕｃｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔａｃｈｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｓ，ａｆｅｗｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｐｐｒｏａｃｈｅｓｆｏｒ
ｒｅｄｕｃｉｎｇａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｒａｇｏｆｖａｎｂｏｄｙｔｒｕｃｋｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＶａｎＢｏｄｙＴｒｕｃｋＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＡｔｔａｃｈｍｅｎｔＤｅｖｉｃｅｓ
ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃ
Ⅱ
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Ｉ绪论
１．Ｉ课题的提出
随着我国公路建设的突飞猛进，城市间的高速公路网迅速扩展。

根据交通部综合规划司统计，到“九五”末（１９９９年底）全国通车总里程由“八五”末的１１５７００９公里增至１３５１６９１公里，其中高速公路由２１４１公里增至１１６０５公里，增幅达到４４２．０４％。

在公路交通运输中，厢式货车和半挂车等商用汽车发挥着日益显著的作用。

从速度上提高运输效率是目前的一种趋势，在高速公路上行驶的货车平均时速在不断的提高，可达８０～９０ｋｍ／ｈ。

为了在高速行驶时保证汽车的动力性、经济性、操纵稳定性和行车噪声等性能，货车的空气动力性能也越来越被人们所重视。

汽车的空气阻力系数ｃＤ主要决定于汽车的外形，是衡量和评价汽车空气动力性能的重要指标。

目前，货车的空气阻力系数ｃＤ一般为０．６～Ｏ．８，对于一辆中型厢式货车而言，当车速在ｌＯＯｋｍ］ｈ时，其气动阻力约为汽车总行驶阻力７５％～８０％。

为达到改善厢式货车空气动力学特征的目的，需要对厢式货车外表面以及其周围的流谱和局部流场进行研究。

由于汽车的外形复杂而且行驶的条件和气流状态有较大的随机性，目前主要采用风洞试验的手段进行研究，但风洞试验的成本高，且其试验条件与行驶条件也存在一些不易克服的差异。

随着计算机和计算技术迅速发展，计算流体力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃ，简称ＣＦＤ）得到了迅速的发展，数值模拟方法已成为在解决流体力学问题的有效手段。

本课题的提出，旨在将汽车ＣＡＤ技术与ＣＦＤ技术相结合，采用ＣＦＤ方法对厢式货车的外流场进行数值模拟，分析气流绕厢式货车各部位的流动特性，明确气动阻力产生的主要原因，提出减小厢式货车气动阻力的有效措施。

１．２本课题研究的意义
（１）节能和保护环境
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汽车行驶中的阻力包括空气阻力、滚动阻力、上坡阻力和加速阻力等，其中空气阻力和滚动阻力在任何行驶条件下均会产生，在车辆行驶中，需要消耗功率来克服这些阻力。

１１在水平路面上匀速行驶的汽车其总阻力Ｔ＝去∥２爿ｃ。

＋蚴矿，式中妻∥２４ｃＤ
二‘
为气动阻力，Ｍｇｆ为总的滚动阻力，厂为滚动阻力系数。

由上式可知气动阻力与速度平方成正比，高速行驶时，气动阻力比滚动阻力大得多。

与具有流线型好、封闭式车身的轿车相比，厢式货车等商用汽车具有更大的迎风面积以及受使用要求限定的多种多样的车厢结构，使它们难以具有低的气动阻力系数和最佳的空气流态。

某些厢式货车当车速达到６０ｋｎｇｈ时，气动阻力就己超过总阻力的５０％；而当车速达到１００ｋｍ／ｈ时，气动阻力约占汽车总行驶阻力的７５％８００／ｏ。

克服汽车的气动阻力要消耗发动机所产生功率中相当大的一部分。

消耗于气
１＇
动阻力的功率Ⅳ＝二妻ｃＤｐｖ３Ａ，式中珊为汽车总传动效率，可见，该功率消耗ｒ／ｒｚ
与速度的三次方成正比。

由于厢式货车的迎风面积一受到货运要求以及相关政策法规的限制而不易于进一步减少，所以降低空气阻力系数Ｃｂ是现代汽车高速运输节能的主要措施之一。

分析表明，通过改善货车的空气动力学特性，将由Ｃｂ目前的Ｏ．６－－０．８降到Ｏ．３５～０．４５是有可能的，Ｃ－Ｄ的降低不仅带来运输成本的降低，而且也因燃料消耗的减少而降低了运输中有害污染物排放以及温室效应气体Ｃ０２的排放，从而对保护人类生态环境也有十分重要的意义。

（２）缩短开发周期，降低开发成本
众所周知，风洞实验历来是进行汽车空气动力学研究最传统和有效的方法，但风洞投资大、实验时间长，而且容易受各种客观条件的影响。

据统计，中型以上风洞建设投资以亿元计算，为获得良好的气动外形，国外每开发一种轿车新车型都需经过１０００小时以上的风洞实验，Ｂ口费时，花费又大。

况且在风洞实验中，只能在有限个截面的有限个点上测得速度、压力和温度等数据，无法获得整个流
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场中任意点的详细信息。

与之相比，采用ＣＦＤ方法对厢式货车进行空气动力学分析，具有开发时间短，所需经费少等特点，而且能获取整个汽车外流场的大量相关数据。

当然，由于汽车外形复杂并且ＣＦＤ中的湍流模型和边界条件处理还需要进一步完善，目前尚不能完全代替风洞实验，但在预测汽车外形的变化对流场特征的影响方面非常有效，很适用于汽车外形的空气动力学优化。

大量ＣＦＤ计算分析辅以少量的风洞实验将大大的缩短车型的开发时间，降低开发成本，提高开发质量。

（３）提高我国汽车自主开发能力
汽车车身的气动力学分析是车身设计中的重要内容，尽管我国在汽车空气动力学实验和理论研究方面起步较晚，但掌握和应用汽车空气动力学的计算机仿真技术为我们在该领域赶上发达国家的研究水平提供了新的契机。

因此，为提高我国汽车自主开发的能力。

开展汽车空气动力学的计算机仿真研究具有极为重要的现实意义。

１．３本文工作的主要内容
本文研究主要针对当前厢式货车空气动力学性能差的问题，着重进行了下述三项工作：
（１）通过熟悉ＣＦＤ数学模型和消化商用ＣＦＤ计算工具，建立汽车的外部流场计算模型：
（２）分析影响厢式货车经济性和动力性的空气动力学因素，并据此形成研究改善厢式货车空气阻力的计算方案；
（３）在厢式货车外形三维ＣＡＤ模型基础上建立三维ＣＦＤ模型，运用计算机仿真软件就所提出的节能方案进行汽车空气动力学的数值仿真研究，并通过对流场的分析，明确各种减阻措施的减阻机理，提出减小厢式货车气动阻力的几种有效途径。

２汽车空气动力学性能研究的发展和现状
２．１汽车空气动力学性能研究的内容与特点
汽车空气动力学性能与汽车的动力性、经济性、操纵稳定性和舒适性等密切相关，空气动力学、机械工程学、人机工程学和商用学为确定汽车车身和车型的四个基本要素【２】ｏ随着空气动力学在汽车设计中日益深入和广泛的应用，作为一门交叉学科——汽车空气动力学已经成为汽车车型设计和性能研究重要的基础理论和工具。

２．１．１研究内容
汽车空气动力学是用流体力学、传热学等学科的基本定律、原理和方法，分析汽车绕流的速度场、压力场、温度场分布及其流动机理，通过优化设计控制流场结构，从而提高汽车性能和影响汽车外形设计的一门学科。

汽车空气动力学所研究的问题主要有以下几个方面【１，３，４】：
（１）气动力、力矩及其对汽车性能的影响
作用在汽车上的气动力和气动力矩与汽车的性能密切相关。

汽车的气动阻力直接影响汽车的加速性和燃油消耗率等经济性和动力性指标。

部分汽车气动阻力系数已低至Ｏ．３０，但从汽车设计对汽车空气动力学的要求来看，气动阻力需进一步降低。

对于电动车、混合动力汽车、燃料电池车等车辆来说，研究的主要困难是加大续驶里程，降低气动阻力更显重要。

随着汽车重量的减轻和速度的提高，升力、各种气动力矩的重要性日益增强。

升力和高速行驶稳定性问题已成为汽车空气动力学研究的主要内容。

减小升力可改进直线行驶稳定性，降低横摆力矩和侧向力可控制汽车的侧风稳定性。

不同用途的汽车对各个气动力和气动力矩分量的考虑也有所不同，需对汽车气动力与气动力矩进行多目标优化控制。

（２）流场结构分析与控制
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气动力和气动力矩与汽车绕流的流动过程和结构直接相关。

为有效降低气动阻力、升力，改善汽车表面雨水流的路径，减小表面尘土堆积、风噪声等，研究汽车绕流结构和旋涡特性，分析汽车绕流流动机理，对流动进行控制，为汽车空气动力学的主要研究内容之一。

（３）发动机等装置冷却流动控制
发动机和制动装置等需引入空气进行冷却，冷却效果在很大程度上决定于气流流动过程。

对冷却气流的流场进行分析与控制，减小冷却通路和散热器的内部气动阻力，提高冷却效果，是汽车空气动力学的重要研究课题。

随着汽车设计的发展，发动机罩下空气流动的控制将更加困难。

首先，燃油经济性要求车身形状更加紧凑，发动机的空间越来越小，但发动机需要的空气流量却越来越大。

其次，为保护大气层的臭氧层，要求广泛减少汽车目前使用的氟利昂空调机，导致需要更多的冷却空气流量。

此外，发动机罩内的高温对发动机和汽车附件的耐久性不利，必须加以控制。

然而，更大的空气流量、更高的空气流动阻力以及保险杠下的空气进口将使发动机罩内的热量控制比现在困难得多，这需要在新车设计中更加重视空气动力学问题。

（４）空气调节和换气系统特性设计分析
分析汽车绕流结构和流动机理，优化设计汽车车身进、出风口位置和气流通道，控制车内进出风量、风速，使汽车具有良好的空气调节与通风换气性能，以保证良好的舒适性。

２．１．２学科特点
汽车空气动力学在很大程度上受益于飞机空气动力学，但由于研究对象和目标的不同，其具有空间有限、准则模糊、目标多元化、底部效应等区别于飞机空气动力学的学科特点。

（１）空间有限
飞机的空气动力学设计者具有非常自由的发挥空间，气动性能是飞机的最主要性能评价指标。

而汽车的空气动力学设计者可发挥的空间有限，需充分考虑总布置、安全、舒适性和制造工艺等要求，并要以维持造型风格为前提。

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（２）准则模糊
飞机空气动力学领域的研究，具有非常明确的设计准则，如飞行马赫数、推重比等，并通过比较准则的重要程度来评价其相对重要性。

若不考虑其它因素，仅把汽车空气动力学性能作为设计目标，设计准则是确定的。

但汽车空气动力学研究的特别之处在于需考虑艺术、时尚和喜好，涉及人对自然社会或对人本身的判断，是典型的模糊问题，设计准则存在模糊性。

模糊数学、人工智能等领域的研究成果将对汽车空气动力学的发展与应用产生重要影响。

（３）目标多元化
低阻力是所有车的共同要求，但不同类型、不同用途汽车的其它空气动力学目标则有很大的不同。

负升力决定了赛车的急转弯性能，轿车和厢式车对侧风敏感，但这些对载货车来说并不重要；轿车和公共汽车要求降低空气噪声，而赛车对此并没有很高要求。

（４）底部效应
大气中自由飞行的飞行器多为流线型物体。

汽车为非常接近地面的钝体，汽车周围流场受地面影响，一部分气流必须从车身底部与路面之间强行流过。

汽车行驶时受到汽车底部和地面之间气流的干扰，存在复杂的地面效应和车轮旋转效应等底部效应Ｍ】。

旋涡分离引起的压差阻力为汽车的主要气动阻力，底部效应直接影响汽车绕流的旋涡结构和特性，影响汽车的气动阻力。

底部效应对于气动升力更是具有决定性的影响。

汽车底部形状复杂、离地间隙小、汽车与地面相对运动、车轮高速旋转等，使得汽车底部的流场结构极其复杂。

非定常流动、旋涡分离流动等为汽车底部的典型流动特征，其研究面临着巨大挑战，而这也正是当代空气动力学研究的主要前沿和难点Ｃ８，９】。

２．１．３研究方法
汽车空气动力学研究的主要手段是理论研究和实验研究，自计算机技术得到飞速发展之后，理论研究与计算技术相结合，形成了汽车空气动力学的数值仿真
６
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技术。

因此，当前应用于汽车空气动力学性能研究的主要方法是实验方法与数值仿真技术。

（１）汽车空气动力学实验方法
汽车空气动力学早期的研究主要以实验为主。

实验以相似理论为基础，通过全尺度或缩尺寸模型在风洞中模拟流过汽车的复杂流场，人们通过分析风洞中的各种传感器和流动显示装置所提供的数据和资料来揭示流动的本质，推断汽车行驶状态下的空气动力学特性，除风洞试验外，还有水下拖动实验和实车道路试验等用于研究汽车空气动力学性能的实验方法。

实验数据是建立汽车复杂流动模型、验算理论分析和计算结果的依据。

国外著名汽车公司和大学均具有相应的汽车专用风洞，国内第一个汽车专用风洞于２０００年在同济大学建成，可进行缩尺度汽车模型实验。

风洞实验也存在不少的缺点，风洞建设投资大、实验周期长，且存在堵塞效应、地面效应与车轮旋转效应模拟等问题。

仅采用风洞实验和道路实验技术研究汽车空气动力学，已经不能满足更快速度开发出更经济、安全、舒适的汽车的需要。

（２）汽车空气动力学数值仿真技术
随着计算机和计算技术迅速发展而蓬勃兴起的计算流体力学（ＣＦＤ）为汽车空气动力学的研究开辟了新的途径，数值仿真已成为汽车空气动力学研究与设计的基本工具。

同实验相比，数值仿真具有以下特斛５ｌ：
１）可预先研究
在车身开发过程中，可对汽车空气动力学性能进行预先研究。

汽车数值仿真分析可与计算机辅助造型设计交叉进行，得到最佳气动外形，在设计初期的造型阶段就能对汽车进行空气动力特性预测、分析和优化，为汽车造型提供依据。

２）无条件限制
数值仿真可在广泛流动参数范围内对汽车空气动力学性能进行研究，无湍流、风速、风向、气温、气压以及Ｒｅ数等限制。

没有洞壁干扰、风洞堵塞效应等影响，可避免支架干扰、模型弹性变形等技术问题以及道路实验条件和交通状况的影响。

３）信息丰富
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广泛设定条件对汽车各种行驶状况进行模拟，可获得比风洞实验更加丰富的信息，有些甚至是目前实验难以测量和解释的信息。

譬如，研究侧风条件下瞬态气动特性对汽车操纵稳定性的影响，数值仿真比风洞实验更具优势。

汽车同向近距离行驶和对开会车时的非定常相互作用问题，实验难以研究，数值仿真方法则具有独特的优点。

４）成本低、周期短
风洞实验是研究汽车空气动力学传统和有效的方法，但风洞投资大、实验厨期长，统计表明中型以上风洞投资以亿元计。

为获得良好气动外形，国外每种大批生产的轿车都需经过１０００ｈ以上的风洞实验。

从２０世纪７０年代到９０年代，风洞实验由ｌＯＯｈ增加到１８００ｈ，而数值仿真成本却下降了近１００倍，大大缩短了工程分析所需时间【ｌｏｌ。

然而，建立正确的数学物理模型，必须与实验研究相结合。

汽车流场数值仿真的数学模型为十分复杂的多维非线性偏微分方程组，其数值解的数学理论至今尚不够充分，严格的稳定性分析、误差估计和收敛性理论的研究还跟不上数值模拟研究的进展。

关于广义解唯一性、存在性等的研究虽已取得一定进展，但还不足以对一些具体的复杂问题给出明确的答案。

在汽车空气动力学数值仿真分析中，仍要在对一些较简单、线性化、与原问题有密切关系的模型方程严格数学分析的基础上，推理出求解问题数值解的理论依据，通过数值计算、风洞实验和物理特性分析，验证计算方法的可靠性，并进一步改进计算方法。

事实上，实验研究、理论分析和数值仿真是研究汽车流体运动规律的三种基本方法，它们的发展是相互依赖、相互促进的。

２．２汽车空气动力学性能研究的发展历史
汽车空气动力学是－－Ｉ＂３工程应用科学即所谓的经验科学，大量的汽车空气动力学方面的重要结论都来自对工程试验数据的分析和推理。

能源危机和高速公路的发展是推动汽车空气动力学发展的重要因素。

由于市场的激烈竞争以及人们对汽车舒适性、安全性的要求，促使生产厂商在寻求最佳气动外形的同时，寻求更为人们所接受的美的造型。

在汽车设计的过程中，人们通过大量的风洞试验，不
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断的改变汽车设计，而风洞试验又不断的揭示各种气动现象，推动汽车空气动力学研究的发展。

汽车依据其外形和用途可分为三类：乘用车辆（以轿车为主）、商用汽车（客车及货车）和赛车（高性能汽车）。

其中轿车的演变，反映了汽车空气动力学发展的过程。

汽车空气动力学的发展经历了如图２－１所列出的四个发展阶段。

特征年代
车型基盈蹬函本１９００
形１９３０
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整
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体
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化图２－１汽车空气动力学的四个发展阶段
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汽车空气动力学经历了上述发展过程，使普通轿车的气动阻力系数从２０年代的０．８左右降到３０年代至４０年代的０．６左右，又迸一步下降到５０年代至６０年代的０．４５左右。

然而，空气动力学在大量生产的车型上真正产生巨大影响还是近期的事。

继Ａｕｄｉｌ００Ｃ，诞生后，又有低阻车相继问世。

近１０年来，汽车空气动力学的研究受到极大重视，在降低气动阻力方面取得了很大进展，商品车平均气动阻力系数已降至Ｏ．３５以下，一些先进的气动设计的样车，气动阻力系数已降到０．１５～Ｏ．２０。

美国的“探索者５号”阻力系数为０．１３７，已优于人们所预言的气动阻力系数ｃｏ＝０．１５的值。

伴随着低阻轿车的开发，车身设计趋于挺拔、大方的棱角造型，但对空气动力学有影响的关键部位，都采用圆角过渡。

例如，雪佛兰Ｃｈｅｖｒｏｌｅｔ．ＰＰ６ＸＴ．２ｐａｌｅＴｒｕｋ轿车采用空气动力学原理进行了创造型的车身设计，发动机前置，全轮驱动，挡风玻璃就是发动机罩盖，整个发动机置于挡风玻璃之下，驾驶室内隔热采用太空时代的特殊材料。

英国的美洲虎概念车ＪａｇｕａｒＣｏｎｃｅｐｔＣａｒ，采用铝焊接车架及铝合金钢板焊接车身，用一个控制钮控制前后翼，汽车底部完全平滑，发动机和传动轴布置在汽车中心线上。

美国通用汽车公司的ＣＭＧ概念车，采用先进的自动调节空气弹簧悬架、电子控帝ｎ四轮转向、防抱死制动、涡轮增压发动机，由于其先进的空气动力学外形设计，０－１００ｋｍ／ｈ加速时间小于６ｓ。

凯迪拉克ＣａｄｉｌｌａｃＳｏｌｌｉｔａｉｒｔ四座豪华型概念车，它的顶盖从挡风玻璃到后座部位是一个整体的高致密的安全网栅玻璃，车身总长５．４６ｍ，采用Ｖ１２型双曲轴顶置气门直接喷射式发动机。

Ｓｏｌｌｉｔａｉｒｔ轿车的挡泥板罩是活动的，在正常行驶时，它与车身侧板齐平，以保持流过车身的气流流线连续。

但是，在转弯时，它能自动向外移动而不影响车轮转向。

该车在尾部装了多个微型录像机，代替了普通车上的车外后视镜，以降低外形阻力。

该车前悬架为独立悬架，后悬架为单横臂特殊玻璃纤维材料悬架，其气动阻力系数ｃＪ严０．２８。

当前的轿车与过去的轿车形状相比，车身变长而且也窄了，长宽比变大了，车身高度也逐渐降低，车身外形已接近人体工程的极限要求，这种变化使车身对侧风稳定性更为敏感，侧风的影响显得更为重要了。

２．３商用汽车空气动力学。

陛能研究的发展
常见的商用汽车有各类载货汽车、客车、集装厢车及载货篷车等。

商用汽车
１０
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的外形受到交通法规、法定尺寸标准、载货空间等多方面的限制。

在燃油价格不断上涨的情况下，为降低运输成本，各制造厂商们想尽各种办法以降低油耗，而汽车空气动力学的发展给燃料经济性的改善提供了重要途径。

商用汽车的空气动力学是随轿车的空气动力学的发展而形成的。

随着３０年代高速公路系统的建设，对高速货车和客车提出了要求，在高速公路和城间公路建设之前，大批的客运和货运是由火车完成的，最初的客车和货车只是把轿车拉长，１９３６年德国的高隆特（Ｇａｕｂｓｃｈａｔ）制造了无轨电车，采用矩形车身，从此客车的形状脱离了轿车。

伴随着对空气动力学认识的进步，商用汽车逐渐得至４发展。

空气动力学在商用汽车发展中的贡献，可作如下说明：
（１）厢式车前端两侧圆角半径与车宽之比（参见图２－２）适当就可保证边角后的流动连续
１９５１年，Ｍｏｉｌｅｒ（木勒）开发了第一辆大众厢式客车，其前端的设计得到了广泛的承认，这是空气动力学在商用汽车上应用的叉一里程碑。

该车除极明显的降低阻力外，最重要的是被广大用户所接受。

多年来，此车型占据了世界客车的大部分市场。

当时的研究表明，厢式车前端圆角半径ｒ与总宽ｂ之比为Ｏ．０４５，就足以使其边角后的流动保持连续。

图２．２为ｌ：ｌ全尺寸模型试验的结果。

‘＼
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００．０２Ｏ．０４０．０６０．∞０ｉ０
ｒ，ｂ
图２－２全尺寸模型试验的结果１１０ｌ
试验表明，仅需很小的曲率半径，就可防止边角处的气流分离。

这项研究很有实际意义，现在的客车及货车的驾驶室，及挂车前端边角半径都是以同样的方法来优化的。

Ｏ，８
ｌＯＯ。

芑。

苫。