汽车空气动力学(ppt)

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第三章汽车空气动力学

第三章汽车空气动力学
车行驶中流场的管状试验场中,用巨型风扇造成所 需的汽车气流的相对速度,测定各种气动力和气动 力矩的一种试验装置,这种装置称为风洞( Wind Tunnel )。
室外实验是把实车在室外试验场上进行空气阻力 系数的测定和研究横风对汽车的作用。
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3.7.1 风洞试验设施和技术
汽车风洞由大功率电动机带动鼓风机和按一定要 求设计的管道构成,可分为直流式和回流式两种:
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:
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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列出了国内外对六分力名称和系数公式的对照表
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 。
58 0 0
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图3-3 汽车表面气流图
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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。
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2、模拟边界条件
汽车在路上行驶,四周气流均匀,风洞中除地板 上有附面层外,管径如太小,其附面层也影响气流 特性,为此设计的风洞试验段截面积与模型的正面 投影面积之比有一定要求:
地板以模上型面的积正,面模投型影高面度积要要小小于于试5验0 0的段试高验度段3面0 0积0。,

汽车空气动力学

汽车空气动力学

(3-13)
可以看出,当Ftmax和G一定时,减小气动 阻力系数CX使最高车速Vamax提高,或提高升 力系数CZ可以使最大车速提高。但应注意到 提高汽车的升力会影响到汽车的稳定性,所 以不能通过提高CZ来提高Vamax。
3.3.4
气动阻力对加速度的影响
加速性能是汽车的动力性指标之一,因 此我们需要研究气动阻力对汽车加速度的影 响。为简单起见,我们可以利用式(3-11) 来研究这一问题。如对此式两边求时间t的导 数并加以整理,即可得汽车加速度:
气动阻力系数是一个无量纲数,它代表了气动 阻力与气流能量之比。对于其它气动力系数也 类似,对于气动力矩系,上式应除以一个特征 长度单位,使其成为无因次量,例如侧倾力矩 系数CMx MX CMX (3-2) 1 Vr2 AL 2 式中,L为汽车特征长度(如轴距L)。
表3-1给出了六分力的名称及系数公式。
由于空气的粘性作用,使与平板表面接 触的那层空气粘附在平板表面上,于是这层 气流的速度v降为零。紧靠这层气流上面部分 的气流,由于空气微团之间的摩擦作用,部 分地降低了它的运动速度,在它更上面的那 部分,气流由于受到的影响更小,因而其运 动速度减小量也更小。这样最下面的那层气 流速度v为零,随着距平板距离的增加,气流 的速度逐渐增大,一直增至与来流速度v∞相 等,形成了薄薄的附面层,如图3-3示。由于
图 3-2 汽车表面附面层
对于运动的物体,分离现象产生越晚,空 气阻力越小,所以在设计上力求将分离点向后 推移。在一定形体上作局部调整即可推迟涡流 的生成。从而减少形状阻力。 3.2.2 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。

汽车的空气动力学

汽车的空气动力学

150
200
速度 (Km/h)
(气动阻力系数)
CD= 0.30
0.25 时
日本JC08工况
3%
北美工况
5%
100km/h定速
8%
以某小型混动轿车为例
特别在高速走行时,低油耗开发是必不可少的技术。
汽车上的气动力
气动力(F) = ½ ρ V2 CD A
气动阻力系数(CD) =
F ½ ρ V2 A
ρ:空气密度 V:速度 A:正投影面积
涡街噪声的特点
风振
由前方来流撞击在天窗开口后部,产生涡 乘员舱内产生强烈震动,发出压迫耳朵的声音。
导风板
天窗开
涡 导风板 ル天ー窗フ前先端端部部分分
车顶钣金 车顶玻璃
特征
・涡较大时⇒ 频率低 ・涡的能量大 ・变化不大
笛吹音 由于压力变动产生、在狭小的空间发生共鸣
现象
发生部位
段差处的笛吹音
去除段差 增大段差
侧倾力矩(CR)
升力(Lift) 横摆力矩(CY)
横力(CS) 纵倾力矩 (CP)
空力性能对整车性能有非常大的影响。
气动阻力的贡献度
100km/h时占全部行驶阻力7成 200km/h时占全部行驶阻力9成
气动阻力降低,燃料经济性提升效果
行驶阻力
空气阻力
空气阻力


90%


空气阻力
70%
0
50
100
例如:
100km行驶时 ⇒ 140km时!?
50kg
〇98〇kgkg
速度增加1.4倍 ⇒ 那么、汽车行驶阻力增加约2倍
气动阻力较小的车辆
正面投影面积小

第六讲汽车造型设计与空气动力学

第六讲汽车造型设计与空气动力学

•一、汽车的空气动力学性能
阻力名称 形状阻力
摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 内部阻力
产生原因
汽车前后压 差
空气与车身 摩擦 空气升力的 纵向分力 扰动
内循环阻力
影响因素
车身表面形状 及其交接处的 转折方式 车身表面的面 积和光顺程度
气动升力
表面突起和各 种附件
冷却气流和车 内通风
一般轿车 CD=0.45
•一、汽车的空气动力学性能
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第六讲汽车造型设计与空气动力学
•一、汽车的空气动力学性能
•Audi100 C3整体优化设 计•1.设计基本形体
•多种缩比模型风洞试验。 •2.改造为基本汽车外形
•按空气动力学原理处理局部细节,如车身底部部 件、冷却系前端保险杠的缝隙等 。 •3.精制基本模型
•(4)汽车造型的整体优化阶段 •首先确定一个符合总布置要求的理想的低阻形体,在其发展 成实用化汽车的每一设计步骤中,都应严格地保证形体的光顺 性,在不改变其整体流场的条件下,使其逐步形成具有低气动 阻力系数的实车 ,称之为形体最佳化(Shape Optimization)。
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第六讲汽车造型设计与空气动力学
•(3)造型构思草图
•(4)造型彩色效果图
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第六讲汽车造型设计与空气动力学
•一、汽车的空气动力学性能
•(5)油泥模型制作或数字化构造模型-三维数字化过程 •手工缩比模型制作、全尺寸油泥模型
•(6)数控加工模型
•(7)测量与曲面光顺-数字化 •反求:Surface •曲面、结构:UG、Proe、Catia
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第六讲汽车造型设计与空气动力学
•一、汽车的空气动力学性能

汽车空气动力学课件 第二章

汽车空气动力学课件  第二章

8. 现代SONATA御翔:没查到? 9. 丰田锐志:0.28 10.丰田普锐斯:0.26 11.新Mazda6:没查到? 12.三菱戈蓝:0.32 13.上汽荣威750:没查到?
30万以上热点车型
1. 丰田皇冠:0.27 2. 奥迪 A4 :0.28 3. 奥迪 A6L:0.30 4. 华晨宝马新3系:0.28 5. 华晨宝马5系:0.28 6. 奔驰 E级:0.26 7. 凯迪拉克CTS:0.31 8. 现代Azera(雅尊):0.29 9. Acura讴歌RL:0.29
不考虑空气动力学的卡车流场
分离流的扩展区
考虑空气动力学的卡车流场
分离流的区域变小
摩擦阻力
由于空气的粘性作用使得空气与汽车车身
表面产生摩擦而形成的阻力。约占汽车总 气动阻力的6%~11%。
与车身表面面积和粗糙度有关
宾利
诱导阻力
诱导阻力由车身附着涡诱导而成,实际上是汽 车升力在水平方向的分力。约占汽车总气动阻 力的8%~15%。
汽车正投影面积A的测量
汽车的正投影面积A应 包括车身、轮胎、发动 机及底盘等零部件的前 视投影。其测量方法是 将汽车置于平行光源与 屏幕之间,此时其正投 影面积便既不放大也不 缩小地投在屏幕上。
气动阻力
D
=
1 2
ρv∞2
ACD
D取决于正面投影面积A和气动阻力系数CD;通
常正面投影面积A取决于汽车的外形尺寸,这是由
绕y轴的纵倾力矩MP
绕z轴的横摆力矩MY
阻力系数
CD
=
1 2
D ρυ∞2

A
升力系数
CL
=
1 2
L ρυ∞2

A
侧向力系数

《汽车动力学》课件

《汽车动力学》课件

风阻系数性 的重要参数
阻力面积:影响 汽车空气阻力的 重要参数
空气动力学中心: 影响汽车行驶稳 定性的重要参数
汽车空气动力学设计优化
空气动力学原 理:流体力学、 空气阻力、升
力等
汽车空气动力 学设计:车身 形状、轮胎设 计、发动机进
气口设计等
03 汽车动力学基本原理
牛顿运动定律
第一定律:物体在 没有外力作用的情 况下,保持静止或 匀速直线运动状态
第二定律:物体受 到外力作用时,其 加速度与外力成正 比,与物体的质量 成反比
第三定律:作用力 和反作用力总是大 小相等、方向相反 、作用在同一直线 上
应用:汽车动力学 中,牛顿运动定律 用于分析汽车的加 速、减速、转弯等 运动状态
刚体动力学
刚体动力学定义:研究刚体在力作 用下的运动规律
刚体动力学应用:汽车悬挂系统设 计、汽车转向系统设计等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
刚体动力学基本方程:牛顿第二定 律
刚体动力学与汽车动力学的关系: 刚体动力学是汽车动力学的基础
弹性力学基本原理
弹性力学的定 义:研究物体 在外力作用下 的变形和应力
侧向力:轮胎在转弯时产生的侧向力 纵向力:轮胎在加速或减速时产生的 纵向力
轮胎磨损:轮胎在使用过程中的磨损 情况
轮胎寿命:轮胎的使用寿命和更换周 期
轮胎噪音:轮胎在行驶过程中产生的 噪音水平
轮胎动力学实验研究
实验目的:研究轮胎在不同路面、速度、载荷下的动力学特性 实验方法:使用轮胎动力学测试设备,如轮胎测试台、道路模拟器等 实验内容:测量轮胎在不同条件下的滚动阻力、侧向力、纵向力等参数 实验结果:分析轮胎在不同条件下的动力学特性,为轮胎设计和优化提供依据

第二章汽车空气动力性能

第二章汽车空气动力性能

2020/12/12
第二章汽车空气动力性能
空气的分离现象及涡旋的形成
Ø 减少或消除尾涡,延 缓分离现象的方法
Ø截面应逐渐变化,避免 流管截面骤然增大,从 而使气流保持相当速度
Ø采取措施,加快可能出 现分离区域的气流速度 (见P15图2-3)
2020/12/12
第二章汽车空气动力性能
空气的分离现象及涡旋的形成
F
2020/12/12
第二章汽车空气动力性能
作用在汽车上的气动阻力
Ø 摩擦阻力
Ø由于空气的粘滞性而形成的空气与车身表面以及 附面层之间的摩擦力造成的
Ø取决于车身面积和光滑程度
Ø 总气动阻力
Ø车身气动设计时主要内容,它取决于气动阻力系数 、汽车正投影面积和车速
Ø其中正投影面积A可以估算 A=0.81BH
第二章汽车空气动力性能
作用在车身上气动力和力矩
Ø 车身上压力分布的两种表示方法
2020/12/12
第二章汽车空气动力性能
作用在车身上气动力和力矩
•思
• 打开天窗换气时,天窗

上方的压力低于车内的压力。
•打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同?
•夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油?
2020/12/12
Ø 干扰阻力
Ø汽车表面凸起物对气流的干扰形成的 Ø要避免凹、凸起物,仔细设计门把保险杠等附件
2020/12/12
第二章汽车空气动力性能
作用在汽车上的气动阻力
2020/12/12
第二章汽车空气动力性能
作用在汽车上的气动阻力
Ø 诱导阻力
Ø 气动升力在水平方向的分离 Ø 诱导阻力与升力和车身宽长比有关(见P17公式2-10) Ø 减小升力系数和适当增宽车身可以减小诱导阻力
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2.2 前提假设
①车速小于360km/h ,空气不受压缩,即空气密 度不变; ②外层空气(远离物体表面)为无粘滞性的理想 气体; ③相对运动等效:把汽车看成静止的,空气绕汽 车周围流动。
2.3 流体流动的连续性
由于流体流动的连续性,并且流体又不可压缩, 因而在相同的时间内流过前后两个截面的流体质 量应相同,即流速v与截面积A的乘积不变:
横摆力矩Mz
MyFyXcpqSLMCz
侧倾力矩Mx
MxFyZcpqSLMCx
Xc、Zc——风压中心到质心距离; L——为特征长度,一般指轴距。
气动力和气动力矩
4、汽车气动阻力的组成
汽车的阻力系数Cd可以定义作用在迎风面积上的平均 压力Fx /S与基准动压的比值,是一个无因次量,与汽 车尺寸无关,仅仅取决于形状。
2.5 分离现象与涡流
图所示是物体表面各部位的速度梯度的情况。从a到最 大截面d空气流速逐渐增加,而流过最大截面后,流 速又逐渐减少。由于空气附面层的粘性,e、f、g的流 速已不可能与c、b、a的流速对称,而是更慢,在k处 就使得某微层的速度为零,k以下的微层发生倒流现象, 产生涡流。
分离和涡流耗费能量,使阻力增大。
5、内部阻力 又称内循环阻力,是由冷却发动机等的气流和车内通 风气流而形成的阻力,约占气动阻力的10~13%。
典型轿车发动机室内部的流谱
5、汽车的气动升力
汽车的气动升力垂直于汽车的运动方向,即垂直于地面。升力 向上为正,向下为负。气动升力对汽车是有害的,必须尽可能 设法减小。因为它会降低轮胎的附着力从而影响汽车的驱动性、 操纵性和稳定性。
轿车空气动力学研究内容
2.1 空气动力学基本概念
“流场”——空气动力学中,把流经物体的气流的属性,如
速度v,压强p,密度 等,表示为空间坐标(x,y,z)和时间t 的函数, 如v=v(x,y,z,t)、p=p(x,y,z,t)、 x,y,分z,别t称为
速度场,压强场和密度场,统称为“流场”。随时间变化 的流场,称为“非定常流场”;不随时间变化的流场,称 做“定常流场”。 “流线”——为了研究气流的运动,在气流中引人一条假 想的曲线,它任何一点切线的方向都与该时刻气流质点速 度向量的方向相同。流线所给出的,是在同一瞬时,线上 各气流质点运动方向的图形。 “流谱”——在某一瞬时的流场中,许多流线的集合,可 通过流谱来描述气体流动的全貌。
v*A=常数
2.4 伯努利方程式
根据伯努利原理,气流静压强p与动压强pq之和 为常数。
2.4 附面层
理论上假设空气是非粘滞性的,而实 际上空气具有粘滞性,即当其相对于 表面运动时会产生内摩擦作用。与物 体表面接触的气体将受到该表面的阻 滞使相对速度变为零。邻近该表面的 空气层也被粘滞摩擦力所阻滞,其相 对于表面的运动速度也随与表面的距 离而变化。当与表面的距离超过一定 数值时,空气粒子的运动已不受粘滞 性的影响,其速度与外部气流速度相 等。因此,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,又称为边界层。
汽车的气动阻力由五部分组成:
1、形状阻力 又称表面压差阻力,是由汽车前部的正压力和车身后 部的负压力的压力差而产生的。是气动阻力的主要部 分。汽车车身各个表面的形状及其交接处的转折方式 是影响形状阻力的主耍因素约占60%;
无粘流绕二元圆柱的流动
粘流绕二元圆柱的流动
车身表面压强分布特性
4、汽车气动阻力的组成
汽车空气动力学 (ppt)
优选汽车空气动力学
空气动力学基础
1、汽车空气动力学研究的主要内容:
①汽车行驶中的气动力和力矩,主要研究怎样使汽车具有较小 的气动阻力,以减少油耗,怎样使汽车具有较小的升力、侧向力 和横摆力矩,以保证良好的稳定性; ②汽车表面及周围的流谱和局部流场的研究,以分析作用在 汽车上的气动力机理,有利于改善汽车表面雨水流的路径, 减少尘土堆积、风噪声和面板振颤; ③发动机和制动装置的空气冷却问题,目的是减少冷却通路 和散热器的内部空气阻力,提高冷却效果; ④汽车内部的自然通风和换气问题,研究车身进出风口的合 理布置,车内进出风量、风速、风路,使汽车具有良好的通 风和换气性能,保证舒适性。
迎风面积的定义
3、汽车行驶时受到的气动力和力矩
气动力分量:Fx气动阻力、Fy侧向分力、Fz气动升力。
相应的阻力系数Cd、侧力 系数Cy、升力系数Cz
3、汽车行驶时受到的气动力和力矩
3.2 气动力矩
气动力的三个分力转化到汽车的质心上,则气动力矩如下: 纵倾力矩又称附仰力矩My
M y F x Z c F z X c p q S ( C d Z c C z X c ) p q SM LyC
6、汽车的空气动力稳定性
主要表现为横摆运动的稳定性:
造型上改善空气动力性能的措施
基原则: 1、降低高静压区气体静压,升高低静压区的气体静压; 2、延缓分离现象; 3、负迎角造型,疏导底部气流; 4、使风压中心位于汽车质心之后。
造型上改善空气动力性能的措施
1、汽车前部 ➢使迎面气流顺畅的流过:车头部前端低矮,后倾圆化,保险
2、摩擦阻力 它是由于空气的粘滞性在车身表面所产生的摩擦力, 其数值取决于车身表面的面积和光滑程度,约占气动 阻力的9%左右。
3、诱导阻力 它是气动升力所产生的纵向水平分力,一般约占气动 阻力的5%~7%。要减小诱导阻力,就应设法减小升 力;
4、汽车气动阻力的组成
4、干扰阻力 又称附件阻力,是由暴露在汽车外部的各种附件引起 气流相互干扰而形成的阻力。这些附件包括后视镜、 门把手、雨刷、流水槽、前牌照、照明灯、前保险杠 以及天线和装饰物等。它约占气动阻力的15%左右;
汽车表面的附面层
发动机罩与前风窗凹处的涡系
3、汽车行驶时受到的气动力和力矩
3.1 气动力
将整个汽车外表面上压力合成而得到作用在汽车上的 合力,称为气动力F。合力在汽车上的作用点称为风 压中心,记作C.P。气动力F与气流速度的平方,迎风 面积S以及车身形状系数CF成正比,即:
式中,迎风面积S为汽车正面投影面积,又 称参考面积,CF与车身形状有关。
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