汽车造型与空气动力学

汽车造型与空气动力学

●轿车前部

●轿车客舱

●轿车尾部

●轿车底部

●附加装置

●车轮

一、轿车前部

车头造型对气动阻力影响因素很多，主要有：车头边角、车头形状、车头高度、发

动机罩与前风窗造型、前凸起唇及前保险杠的形状与位置、进气口大小、格栅形状等。

1.车头边角的影响：车头边角主要是车头上缘边角和横向两侧边

角。

●对于非流线型车头，存在一定程度的尖锐边角会产生有利

于减少气动阻力的车头负压区。

●车头横向边角倒圆角，也有利于产生减小气动阻力的车头

负压区。

2.车头形状的影响

●整体弧面车头比车头边角倒圆气动阻力小。

3.车头高度的影响

●头缘位置较低的下凸型车头气动阻力系数最小。但不是越

低越好，因为低到一定程度后，车头阻力系数不再变化。

●车头头缘的最大离地间隙越小，则引起的气动升力越小，

甚至可以产生负升力。

4.车头下缘凸起唇的影响

●增加下缘凸起唇后，气动阻力变小。减小的程度与唇的位

置有关。

5.发动机罩与前风窗的影响

●发动机罩的三维曲率与斜度。

（1）曲率：发动机罩的纵向曲率越小（目前大多数采用的纵向曲率为0.02m-1），气动阻力越小；发动机罩的横向曲率

均有利于减小气动阻力。

（2）斜度：发动机罩有适当的斜度（与水平面的夹角）对降低气动阻力有利，但如果斜度进一步加大对将阻效果不

明显。

（3）发动机罩的长度与轴距之比对气动升力系数影响不大。

●风窗的三维曲率与斜度。

（1）曲率：风窗玻璃纵向曲率越大越好，但不宜过大，否则导致工艺难实现、视觉视真、刮雨器的刮扫效果。前风

窗玻璃的横向曲率均有利于减小气动阻力。

（2）斜度：前风窗玻璃的斜度（与垂直面的夹角）<=300时，

降阻效果不明显，但过大的斜度，使视觉效果和舒适

性降低。前风窗斜度=480时，发动机罩与前风窗凹处

会出现一个明显的压力降，因而造型时应避免这个角

度。

(3)前风挡玻璃的倾斜角度（与垂直面的夹角）越大，气动

升力系数略有增加。

●发动机罩与前风窗的夹角与结合部位的细部结构。

6. 汽车前端形状

●前凸且高不仅会产生较大的阻力而且还将会在车头上部形

成较大的局部负升力区。

●具有较大倾斜角度的车头可以达到减小气动升力乃至产生

负升力的效果。

二、轿车客舱

1.A柱

●前立柱上的凹槽、小台面和细棱角，处理不当，将导致较

大的气动阻力和较严重的气动噪声和测窗污染。应设计成

圆滑过渡的外形。

2.侧壁

●轿车侧壁略有外鼓，将增加气动阻力，但有利于降低气动阻

力系数。但外鼓系数（外鼓尺寸与跨度之比）应避免在

0.02~0.04之间。

3.顶盖

●综合气动阻力系数、气动阻力、工艺、刚度、强度等方面的

因素，顶盖的上扰系数（上鼓尺寸与跨度之比）应在0.06以

下。

4. 客舱长度

●对阶背式轿车而言，客舱长度与轴距之比由0.93增至1.17，

会较大程度的减小气动升力系数。

三、轿车尾部

车身尾部造型对气动阻力的影响主要因素有：后风窗的斜度与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度、尾部横向收缩。

1.后风窗斜度

●后风窗斜度（后风窗弦线与水平线的夹角）对气动阻力影

响较大，对斜背式轿车，斜度等于300时，阻力系数最大；

斜度小于300时，阻力系数较小。

●后挡风玻璃的倾斜角控制在25度之内。

●尾窗与车顶的夹角介于28至32度时，车尾将介于稳定和

不稳定的边缘。

2.尾部造型式样

●典型的尾部造型有斜背式、阶背式、方（平）背式。由于具

体后部造型与气流状态的复杂性，一般很难确切的断言或部

造型式样的优劣。但从理论上说，小斜背（角度小于300）

具有较小的气动阻力系数。

3.车尾高度

●流线型车尾的轿车存在最佳车尾高度，此状态下，气动阻力

系数最小。此高度需要根据具体车型以及结构要求而定。

4.后车体的横向收缩

●一定程度的后车体的横向收缩对降低气动阻力系数有益，但

过多的收缩会引起气动阻力系数的增加。收缩程度受具体车型而定。

5.车尾形状

●车尾最大离地间隙越大，车尾底部的流线越不明显，则气动

升力越小，甚至可以产生负升力。

四、轿车底部

1.车身底部离地高度

●一般虽车身底部离地高度的增加气动阻力系数上升，但高度

过小，将增加气动升力，影响操作稳定性及制动性。另外离地高度的确定还要考虑汽车的通过性与汽车中心高度。

2.车身底部纵倾角

●车身底部纵倾角对气动阻力影响较大，纵倾角越大，气动阻

力系数越大，故底板应尽量具有负的纵倾角。

●将汽车底板做成前底后高的形状对减小气动升力有用。

3.车身底板的曲率

●纵向曲率：适度的纵向曲率可以减小压差阻力。

●横向曲率：适度的横向曲率可以减小气动升力。

最佳曲率视具体车型而定。

4.扰流器对气动阻力的影响

●前扰流器（车底前部）：适当的前扰流器高度和位置对减小

气动阻力非常重要。

●后扰流器（车尾上部）:后扰流器的形状尺寸和安装位置对减

小气动阻力和气动升力也是非常重要。但后扰流器对于气流到达扰流器之前就已分离的后背无效。

五、减小气动升力的附加装置

1.扰流器

●前扰流器：前扰流器的位置和大小对气动升力至关重要。

目前多采用将前保险杠位置下移并加装车头下缘凸起唇以

起到前扰流器的作用。

●后扰流器：通过对流场的干涉，调整汽车表面压强分布，

以达到减小气动升力的目的。

●车体尾部增加后扰流器

●天线外形设计成扰流器，装在后风窗顶部。

2.负升力翼—主要用于赛车

●前负升力翼：用于产生汽车前部的负升力，从而改善汽车

转向轮的附着性能，还可以部分平衡由负升力翼引起的车