第六章 汽车的空气动力性能
汽车底盘设计中的空气动力学与空气动力性能
汽车底盘设计中的空气动力学与空气动力性能在汽车底盘设计中，空气动力学与空气动力性能是至关重要的因素。
通过对空气流动的研究和分析，可以优化车辆的性能和燃油效率。
因此，厂商们在设计新车型时往往将空气动力学考虑在内。
在汽车底盘设计中，空气动力学扮演着至关重要的角色。
空气动力学是研究空气在运动物体表面上的流动规律的科学。
在汽车行驶时，车辆底盘受到空气的阻力和阻力。
为了减小阻力，提高车辆的性能和燃油效率，设计师需要合理设计底盘结构，优化空气动力性能。
首先，在汽车底盘设计中，需要考虑底盘的平整度和倾斜度。
平整的底盘可以减小底盘和地面之间的空气阻力，提高车辆的行驶稳定性和舒适性。
而倾斜的底盘可以促进空气在车辆下方的流动，降低空气阻力，减小底盘下吸引的气流湍流，从而降低车辆的风阻系数，提高车辆的空气动力性能。
其次，在汽车底盘设计中，需要考虑底盘的造型和空气动力学外形。
通过设计底盘下后悬挂设计，减小下冲力和后升力，提高车辆的稳定性和操控性。
同时，通过在底盘前部设计增压槽和透风孔，可以有效减小车辆前部下压力，提高车辆的抓地力和离地间隙。
此外，在底盘后部设计扰流板和扰流翼，可以提高车辆的空气动力性能，减小气流在车辆尾部的湍流和漩涡，减小车辆的尾阻力，提高车辆的空气动力性能。
最后，在汽车底盘设计中，还需要考虑底盘的整体结构和强度。
通过在底盘结构中设计加强筋和加固板，可以提高车辆的结构强度和刚度，减小车辆在高速行驶时的振动和变形。
同时，在底盘下部设计防砸防碰板，可以有效保护底盘和底盘组件，避免受到外界撞击，提高车辆的安全性和可靠性。
综上所述，在汽车底盘设计中，空气动力学与空气动力性能是至关重要的因素。
通过合理设计底盘结构，优化车辆的空气动力学特性，可以提高车辆的性能和燃油效率，提升车辆的竞争力。
因此，对于汽车制造商和设计师来说，应该重视空气动力学在底盘设计中的作用，不断进行研究和创新，打造出更加优秀的汽车产品。
车辆空气动力学
车辆空气动力学车辆空气动力学是指车辆行驶时空气对车辆的影响和作用的学科。
空气动力学在汽车设计中起着至关重要的作用，它涉及到车辆的气动外形设计、空气阻力、升力、气流优化等方面，直接影响到车辆的性能、稳定性和燃油经济性。
车辆在行驶过程中，空气对车辆的影响主要表现为空气阻力和升力。
空气阻力是车辆行驶时空气对车辆前进方向施加的阻力，直接影响到车辆的速度和燃油消耗。
为了降低空气阻力，汽车设计师需要通过合理设计车身外形、减小车身侧面积、降低车身下压力等方式来优化车辆的空气动力学性能。
除了空气阻力，车辆在高速行驶时还会受到空气的升力影响。
升力会使车辆在高速行驶时产生不稳定的飘移现象，降低车辆的操控性和行驶稳定性。
为了减小升力，汽车设计师需要通过设计合理的车身下压力装置、增加车身稳定性等措施来改善车辆的空气动力学性能。
在汽车设计中，空气动力学设计是一个复杂而重要的领域。
设计师需要考虑车辆的外形、车身结构、进气口、排气口等因素，以确保车辆在高速行驶时具有良好的空气动力学性能。
通过使用计算流体力学（CFD）等工具，设计师可以模拟车辆在不同速度下的空气流动情况，优化车辆的空气动力学性能。
除了影响车辆性能和燃油经济性外，空气动力学还可以影响到车辆的外观设计。
许多现代汽车设计都采用了流线型的外形设计，以降低空气阻力和减小升力，提高车辆的性能和稳定性。
流线型的外形设计不仅具有美观的外观，也是对空气动力学原理的有效运用。
总的来说，车辆空气动力学是汽车设计中不可忽视的重要领域。
通过优化车辆的空气动力学性能，可以提高车辆的性能、稳定性和燃油经济性，为驾驶员提供更加安全和舒适的驾驶体验。
未来随着科技的不断发展，空气动力学在汽车设计中的作用将变得更加重要，为汽车工业的发展带来新的机遇和挑战。
第六章汽车的空气动力性能
车身结构与设计
第6章 汽车的空气动力性能
空气的质量和粘性：
牛顿定律
F=ma
空气的质量密度r≈1.22 千克/米3，即1 立方米空气质量约1.22 千克，约为 水的1/800。 空气粘性，它的粘性系数m 为1.8*10-5 牛秒/米2，约为水的1/55。
流场和流线：通常将充满运动流体（液或气体）的一定空间称为流场，并且用 有向线条来形象地表示流场中流体的流动趋向，这些线条称为流线。 过流线任一点的切线方向，即代表流场中该点的流动方向。 流场中线条越密的区域，表示流速越大。各点流速不随时间变化的流场称稳定 流场。为了简化实际问题，若假设流体无粘性，又不可压缩就称为理想流体。
M>１为超音速，
M=1 后，会出现激波，气动特性发生很大变化 M 在1.2-0.8左右为跨音速； M<0.8 为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。 M<0.3 是低速范围，汽车、滑翔伞，以及多种球类运动都属 于这个范围。
车身结构与设计
第6章 汽车的空气动力性能
一、汽车空气动力学的作用及其重要性 汽车空气动力学是研究汽车与空气运动之间相互作用 规律以及气动力对汽车各种性能影响的一门学科。 汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，它直接影 响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性 和安全性。 设计空气动力特性良好的汽车，是提高汽车动力性、 经济性的重要途径，而高速汽车的空气动力稳定性是 汽车高速、安全行驶的前提条件。 改善驾驶室的内流特性（发动机冷却系空气动力特性 、驾驶室内通风及空调特性），在减阻的同时，提高 发动机、制动器部件的效能，降低空气动力噪声，则 是保障舒适性的前提。
车身结构与设计
第6章 汽车的空气动力性能
三、汽车空气动力学的形成与发展 （1）汽车空气动力学的历史沿革 汽车空气动力学是伴随着人们对汽车的完美艺术造型和卓越的 性能之追求而逐渐形成和发展起来的。 在汽车发明后的最初十几年，车速很低，空气动力学没有真正 提到议事日程。 空气动力学起源于研究道路车辆的气动阻力问题，但在航空航 天领域发展迅速。 最早按照空气动力学观点设计的汽车是1899年比利时人卡米勒 .詹那兹设计的炮弹型汽车。
车辆空气动力学 力和力矩
车辆空气动力学力和力矩
摘要：
1.车辆空气动力学简介
2.力和力矩在车辆空气动力学中的作用
3.升力和阻力
4.侧向力和力矩
5.总结
正文：
车辆空气动力学是研究汽车在行驶过程中，空气对其产生影响的一门学科。
空气对汽车产生的力和力矩，对汽车的性能、操控稳定性以及燃油经济性等方面都有重要影响。
本文将简要介绍力和力矩在车辆空气动力学中的作用。
首先，升力和阻力是车辆在行驶过程中最常遇到的空气动力学力。
升力主要影响汽车的上部设计，如车身高度、车顶形状等。
合理的升力分布可以提高汽车的行驶稳定性和高速行驶性能。
阻力则主要影响汽车的能耗和速度。
降低阻力是提高汽车燃油经济性的关键因素。
其次，侧向力和力矩对汽车在弯道行驶时的稳定性有重要影响。
侧向力是由于空气对汽车侧面的压力差产生的，使得汽车产生向外的推力。
侧向力矩则是由于汽车在行驶过程中产生的侧向力引起的旋转力矩。
侧向力和力矩的合理分布，可以提高汽车在弯道行驶时的操控性能。
总之，车辆空气动力学中的力和力矩对汽车的性能、操控稳定性以及燃油经济性等方面具有重要影响。
汽车空气动力学特性与气动噪声分析
汽车空气动力学特性与气动噪声分析现代社会中，汽车已经成为了大多数家庭必备的交通工具。
汽车的空气动力学特性以及气动噪声对于车辆性能以及驾乘的舒适度有着重要影响。
本文将从多个方面来分析汽车的空气动力学特性以及气动噪声，并探讨如何改善这些问题。
首先，汽车的空气动力学特性主要包括阻力、升力、稳定性和流线型设计等因素。
阻力是汽车在行驶过程中所受到的空气阻力，它直接影响着汽车的燃油经济性和速度。
为了降低阻力，现代汽车设计中采用了许多手段，比如流线型车身、空气导流板等。
升力是指汽车在高速行驶时，由于车底面积较大而产生的上升力，它会影响车辆的稳定性和操控性能。
稳定性是指汽车行驶过程中的抗侧偏能力，主要由车身重心位置、轮距、车身宽度等因素决定。
流线型设计是为了减少空气对车身的阻力，使得汽车能够更加高效地行驶。
通过对这些因素的优化，可以提升汽车的性能和燃油经济性。
而气动噪声则是汽车行驶过程中产生的噪音，它主要来自于车身和车轮的空气流动。
在高速行驶中，车身与周围空气产生湍流现象，这会带来较大的噪音。
同时，车轮旋转也会产生噪音。
在设计车辆时，可以采取一些措施来减少气动噪声的产生。
首先是降低空气流动的湍流，可以通过改变车身造型，增加车身间隙等方式来实现。
其次是减少轮胎与地面的摩擦，可以采用低噪声轮胎或者改善路面状况来达到目的。
此外，合理的车轮悬挂系统也可以减少车轮噪音的传递。
除了上述空气动力学特性和气动噪声的分析，还有其他一些因素也会对汽车性能产生影响。
例如，风挡玻璃的倾角以及车窗的开启情况都会对车内的空气流动产生影响。
汽车内部的空气层流与流场分布也是需要考虑的因素之一。
这些因素的合理设计可以改善驾乘的舒适度，并提高车辆的稳定性。
综上所述，汽车的空气动力学特性以及气动噪声分析是汽车设计中非常重要的一环。
通过合理的设计和优化，可以提高汽车的性能、燃油经济性以及驾乘的舒适度。
未来随着科技的进步，对于汽车空气动力学特性和气动噪声的研究将更加深入，我们有理由期待汽车的未来将变得更加安静、高效和舒适。
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
行
驶
90%
阻
力
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
车辆空气动力学与气动外形优化
车辆空气动力学与气动外形优化车辆空气动力学与气动外形优化是现代汽车工程领域的重要研究课题。
随着汽车工业的快速发展和人们对燃油经济性和环境友好性的要求不断提高，优化车辆的空气动力性能变得至关重要。
本文将介绍车辆空气动力学的基本原理和气动外形优化的方法，以期提供对这一领域感兴趣的读者们一些参考和启示。
一、车辆空气动力学的基本原理在介绍车辆空气动力学之前，有必要先了解一些相关的基本概念。
空气动力学是研究物体在气体中运动时所受到的力和力矩以及与之相关的现象的科学。
对于汽车而言，空气动力学主要研究车辆在行驶过程中所受到的空气阻力和升力等力的作用。
1.1 空气阻力空气阻力是指当汽车行驶时，空气对车辆前进方向施加的阻力。
这种阻力会导致车辆需要消耗更多的能量来维持行驶速度。
减小空气阻力可以提高燃油经济性和减少对环境的污染。
1.2 升力与空气阻力相对的是升力，它是指空气对车辆上部产生的向上的力。
在一些高速行驶的汽车上，升力可能会导致车辆失去抓地力，从而降低安全性能。
因此，在设计汽车外形时需要考虑减小升力的影响。
二、气动外形优化的方法为了减小空气阻力和升力，汽车制造商和研究人员已经提出了许多气动外形优化的方法。
下面将介绍其中的几种常见方法。
2.1 仿生设计仿生设计是一种模仿自然界生物形态和结构的设计方法。
通过仿生设计，可以借鉴自然界中一些具有出色空气动力性能的生物的外形特征，来改善汽车的空气动力学性能。
例如，大翼龙的翅膀形状以及鲨鱼的流线型身体，都可以用来优化汽车的外形。
2.2 CFD数值模拟CFD即计算流体力学，是一种利用数值方法计算流体力学问题的方法。
通过CFD数值模拟，可以对车辆在不同速度和角度下的流场情况进行研究和分析。
这可以帮助工程师们改进汽车的外形设计，减小空气阻力和降低升力。
2.3 气动力学实验气动力学实验是通过在实验室或风洞中对车辆进行测试来研究其空气动力学性能的方法。
通过实验测试，可以直观地观察到车辆在不同条件下的流动情况，并获取相关的数据。
汽车空气动力学性能分析
汽车空气动力学性能分析随着汽车的普及，汽车安全和性能也成为消费者关注的重要问题。
汽车空气动力学性能是指在行驶过程中汽车受到空气阻力的大小和变化规律，它是汽车性能中最基本的一个方面。
了解汽车的空气动力学性能可以帮助我们更好地了解汽车的性能和安全。
一、汽车空气动力学性能的原理汽车在行驶过程中，空气会对汽车产生阻力，这种阻力称为空气阻力。
汽车空气动力学性能的分析就是研究空气阻力的大小和变化规律。
空气阻力的大小与气流的速度、密度、粘性、形状以及流向等因素有关。
汽车在行驶过程中，前方的气流会受到汽车遮挡，产生空气压力，而这种压力会对汽车产生阻力，直接影响汽车的速度、加速度和燃油消耗等方面的性能。
二、汽车空气动力学性能分析的方法有多种方法可以对汽车的空气动力学性能进行分析，其中比较常见的有风洞试验和数值模拟两种方法。
1. 风洞试验风洞试验是通过在实验室中重建汽车行驶时的气流环境，通过测量气流的流速、密度等参数来分析汽车在行驶过程中受到的空气阻力。
风洞试验的优点是可以更精确地模拟汽车行驶时的空气环境，否则就需要在实际路面上进行测试，成本高且不便于控制变量。
2. 数值模拟数值模拟是通过计算机模拟整个汽车行驶过程中的空气动力学过程，从而分析汽车受到的空气阻力。
数值模拟的优点是可以更方便地对不同的因素进行分析，优化设计；缺点是需要消耗大量的计算资源和时间。
三、汽车空气动力学性能的优化汽车制造商可以根据汽车的空气动力学性能分析结果，对汽车的外形进行优化。
经过优化设计，汽车可以减少空气阻力，提高速度和燃油效率。
汽车空气动力学性能对车辆运动性和油耗有重要影响。
为了提高汽车的油耗性能，汽车外观设计不断优化。
1. 减小风阻力减小车身面积、改善车身型线是减小风阻力的常用方法。
如改善W222 S级的车身线条，设计更近似于水滴的外形，通过调整底部的空气入口与排气孔位置和大小，以及调整后行灯的设计，降低了大约14%的风阻。
2. 优化空气流通优化加油口、调整前大灯等与空气流通国界完成的部件也是减小风阻力的有效方法。
汽车空气动力学研究
汽车空气动力学研究汽车是现代工业中不可或缺的交通工具，每年全球汽车产量都在稳步增长。
在汽车发展的漫长历程中，科技不断深入，汽车空气动力学成为汽车工程领域重要的研究方向之一。
空气动力学研究通过优化汽车的空气动力特性，实现汽车的工程优化，提高汽车性能、安全性、耐久性等方面的指标。
汽车气动力学的研究内容汽车气动力学是研究汽车行驶时，车辆与空气相互作用的力学学科。
汽车气动力学主要涉及以下内容：1. 静态外观。
汽车设计外观时不能只考虑外观美观，还应当考虑各个零部件装配后形成的flow field，避免影响车辆稳定性。
2. 内部空气动力。
驾驶员通风以及气流对座椅、前挡风玻璃表面的影响也应当纳入研究范围之内。
3. 车辆纵向平衡。
车辆纵向平衡主要涉及车辆的气动力分布，主要考虑空气动力的平衡特性，减少纵向风阻能提高汽车行驶的稳定性。
4. 车辆横向控制。
包括汽车侧翻、车身倾斜等因素对车辆安全性的影响。
5. 车辆安全保护。
以人为本，消除风噪、震动等因素，为人车安全提供保障。
汽车气动力学的意义汽车气动力学研究的意义主要体现在以下三个方面。
1. 提高汽车性能。
气动性能的优化可以减小汽车的风阻，提高汽车行驶时的速度、操控性、平稳性等指标。
2. 提高汽车安全性。
汽车在行驶时受到的气动力和侧风力的影响较大，优化汽车造型和气动表面，可以降低车辆因风阻、偏移而失控的风险。
3. 降低汽车油耗。
优化汽车气动性能可以减小汽车的风阻，从而减少汽车总的能耗，达到降低油耗的目的。
汽车气动力学研究的方法几何模型流程与其他物体不同，汽车具有相当复杂的结构，其中零部件的形状和安排都不同，而零部件的尺寸和角度对于气流的影响也不同，这就为汽车气动力学研究带来了很大的挑战。
传统的汽车空气动力学研究一般是使用流体模拟软件对汽车进行零部件建模，并用实验一次次验证模拟结果的准确性，使车辆专业人员更优秀的预测分析车辆的气动性能。
通过三维CAD模型建立一套完整的汽车外形模型，并分析不同结构条件下的汽车流场分布。
汽车空气动力学性能
汽车空气动力学性能汽车空气动力学性能是指汽车在行驶过程中受到的空气阻力以及与空气的相互作用情况。
空气动力学性能是影响汽车性能和燃油经济性的重要因素之一。
本文将从车身外形设计、空气阻力、升力和操控性等方面介绍汽车空气动力学性能。
一、车身外形设计汽车的外形设计不仅仅是为了美观，更重要的是为了优化空气动力学性能。
流线型的车身外形可以减小空气的阻力，降低风阻系数。
例如，车顶的设计可以向后倾斜，减小车顶面积，降低风阻。
车尾的设计也非常重要，尾部的斜度和棱角的圆润程度可以减小尾流的湍流和阻力。
在车身侧面，设计凹槽或翼子板可以改善气流分离，降低气流阻力。
二、空气阻力空气阻力是指汽车在行驶过程中由于与空气相互作用而产生的阻力。
空气阻力对车辆行驶的速度和燃油经济性有着直接的影响。
减小空气阻力可以提高汽车的速度和燃油经济性。
降低空气阻力的方法有多种，例如减小车身的风阻面积、改进车身外形设计、减小车身间隙等。
三、升力升力是指在汽车行驶过程中由于车身与空气的相互作用而产生的上升力。
升力会影响到汽车行驶的稳定性和操控性。
对于常规轿车来说，需要尽量减小升力，保持车身的稳定性。
而在一些高性能赛车中，通过合理利用升力，可以提高车辆的抓地力和操控性。
四、操控性汽车空气动力学性能对操控性也有一定的影响。
在高速行驶中，空气动力学性能会影响到车辆的稳定性和操纵性能。
较好的空气动力学性能可以提高汽车在高速行驶中的稳定性，减小侧风对车辆的影响，提高操纵性能和驾驶舒适度。
总结：汽车空气动力学性能对汽车的性能和燃油经济性有着重要的影响。
通过优化车身外形设计、减小空气阻力、控制升力以及提高操控性能，可以进一步提高汽车的性能和燃油经济性。
随着技术的不断进步和创新，汽车空气动力学性能得到了不断的改进和提高，为驾驶者提供更好的行驶体验。
未来，随着对环保和能源消耗的要求越来越高，汽车空气动力学性能将成为汽车设计的重要方向之一。
车辆空气动力学
车辆空气动力学
车辆空气动力学是指车辆在行驶过程中，由于空气对车辆表面的影响而产生的力学现象。
在汽车设计中，空气动力学是一个至关重要的领域，它直接影响着汽车的性能、燃油效率和稳定性。
车辆空气动力学在汽车设计中起着至关重要的作用。
通过合理设计车辆外形和流线型，可以降低车辆的气动阻力，提高车辆的燃油效率。
同时，减小气动阻力还可以提高车辆的稳定性和行驶性能，使驾驶更加舒适和安全。
因此，汽车制造商在设计新车型时都会对车辆的空气动力学性能进行深入研究和优化。
空气动力学对汽车性能有着直接影响。
汽车在高速行驶时，空气阻力会变得更加显著，影响车辆的加速性能和最高速度。
通过优化车辆外形和流线型，可以减小气动阻力，提高车辆的动力性能，使汽车更具竞争力。
此外，空气动力学还可以影响汽车的稳定性和操控性，对于高速行驶和紧急制动有着重要作用。
再者，空气动力学还对汽车的燃油效率有着重要影响。
车辆在行驶过程中，空气阻力会消耗部分车辆的动力，导致燃油消耗增加。
通过优化车辆外形和减小气动阻力，可以降低车辆的燃油消耗，提高燃油效率。
这不仅有利于减少能源消耗，还可以降低汽车运行成本，对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
总的来说，车辆空气动力学是汽车设计中一个至关重要的领域，它
直接影响着汽车的性能、燃油效率和稳定性。
通过优化车辆外形和流线型，可以降低气动阻力，提高车辆的性能和燃油效率。
汽车制造商在设计新车型时都会对车辆的空气动力学性能进行深入研究和优化，以确保汽车具有更好的性能和经济性。
因此，空气动力学对于汽车行业的发展具有重要意义，也是未来汽车设计的重要方向之一。
第六章 汽车的空气动力性能
•
•
空气静压力的合力为空气动力，其三个分力分别为： 空气阻力(Drag)Ｄ、空气升力(Lift)Ｌ、空气侧向力(Side Force)Ｓ。 将空气动力平移至汽车质心Cg，就有一附加力矩，其三个分力矩分别为： 侧倾力矩(Rolling Moment) MX、俯仰力矩(Pitching Moment) MY、横 摆力矩(Yow Moment) MZ。
重视人体工 程学，内部空 间大，乘坐舒 适 空气阻力大， 妨碍了汽车前 进的速度，
越呈流线型汽 车的正面阻力和 后面涡流越小 乘员活动空间 狭小 对横风的不稳 定性
汽车车室置 于两轴之间 解决了对横 风不稳定的问 题 车的尾部过 长，为阶梯状， 高速行驶时会 产生较强的空 气涡流，影响 了车速的提高
• 车身后背形状与空气阻力
• 截尾式 • 两厢式与三厢式 • 行李箱高度
3.3 诱导阻力(induced drag)
在侧面由下向上的气流形成的涡流(vortice)的作用下，车顶上面 的气流在后背向下偏转，使产生的实际升力有一向后的水平分力，这个 分力就是诱导阻力。 。
车重
1 2
Vmax
Fmax Gf 1 A(CD 2CL f ) 2
分析：当车重及其他因素不变，一定的 最大驱动力时，汽车的最大速度取决于 气动阻力系数和气动升力系数。由于气 动升力系数涉及到汽车的稳定性，在此 不讨论。 可见：减小气动阻力系数可提高最大速 度。
Cx
Fx
CMz
Mz 1 2 vr AL 2
3.空气阻力
3.1 空气阻力的分类及影响的相关因素
• • • • •
形状阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 内部阻力(Internal Flow Drag) 诱导阻力(Induced Drag) 摩擦阻力(Skin Friction)
汽车动力系统的空气动力学特性研究
汽车动力系统的空气动力学特性研究近年来，随着汽车产业的迅猛发展，汽车动力系统的研究也变得越来越重要。
汽车的动力系统可以说是驱动整车行驶的核心，而其中的空气动力学特性更是至关重要的一环。
通过研究汽车动力系统的空气动力学特性，可以提高汽车性能，并为汽车设计和制造提供重要的依据。
一、空气动力学原理在进行汽车动力系统的空气动力学研究之前，我们首先需要了解空气动力学的基本原理。
空气动力学是研究气体在运动过程中所产生的各种力学力的学科，其中涉及了气体的流动、气动力的产生以及与流体的相互作用等内容。
在汽车动力系统中，主要是通过车身与空气之间的相互作用来产生动力，因此研究汽车在行驶中的空气动力学特性对于汽车的性能提升具有重要意义。
二、空气动力学特性对汽车性能的影响汽车动力系统的空气动力学特性对于汽车性能有着重要的影响。
首先，研究汽车在高速行驶时的空气动力学特性，可以帮助我们更好地理解汽车的空气阻力、升力和侧向力等问题。
通过减小汽车与空气之间的阻力，可以提高汽车行驶的速度和燃油效率，从而降低汽车的油耗。
另外，研究汽车的空气动力学特性还可以提高汽车的稳定性和操控性能。
当汽车行驶速度较高时，空气的流动对于汽车的稳定性有着重要的影响。
通过对汽车车身形状和气流分布的优化，可以减小汽车在高速行驶时产生的升力和侧向力，从而提高汽车的操控性和稳定性。
此外，研究汽车动力系统的空气动力学特性还可以改善汽车的冷却效果。
在汽车行驶过程中，引擎和制动系统等部件会产生大量的热量，如果不能及时散热，就容易导致汽车发动机过热等问题。
通过研究汽车的空气动力学特性，可以优化汽车的散热器布置和气流导向，提高汽车的冷却效果，从而保证汽车的正常工作和寿命。
三、汽车动力系统的空气动力学特性研究方法在研究汽车动力系统的空气动力学特性时，我们可以运用多种方法进行实验与模拟。
其中，风洞实验是一种常用的研究方法。
通过在风洞中模拟汽车在不同速度下的行驶情况，可以观察汽车与空气之间相互作用的过程，并测量空气动力学特性的相关参数。
车辆空气动力学 力和力矩
车辆空气动力学力和力矩摘要：一、车辆空气动力学概述二、车辆空气动力学中的力和力矩1.阻力2.升力3.侧向力4.力矩三、车辆空气动力学在汽车设计中的应用四、优化车辆空气动力学性能的方法五、结论正文：【一、车辆空气动力学概述】车辆空气动力学是研究车辆在空气中运动时，空气对车辆产生的力和力矩的影响的一门科学。
空气动力学在车辆设计和发展中起着至关重要的作用，对于提高车辆性能、降低能耗和减少污染等方面具有重要意义。
【二、车辆空气动力学中的力和力矩】1.阻力阻力是车辆行驶过程中最常见的空气动力学力。
阻力的大小与车辆的速度、形状和表面粗糙度等因素有关。
降低阻力可以提高车辆的燃油效率和行驶速度。
2.升力升力是车辆空气动力学中的另一个重要力。
升力的大小与车辆的形状、尺寸和速度等因素有关。
升力有助于车辆在地面上保持稳定，对于高速行驶和曲线行驶具有重要意义。
3.侧向力侧向力是由于车辆在行驶过程中，空气对其侧面的压力差产生的。
侧向力会影响车辆的操控性能，如稳定性、转向响应等。
4.力矩力矩是由于车辆空气动力学特性产生的力在车辆上的分布不均匀造成的。
力矩会导致车辆产生转动，影响车辆的稳定性和操控性能。
【三、车辆空气动力学在汽车设计中的应用】汽车设计师们在设计过程中，需要充分考虑车辆空气动力学特性，以提高汽车的性能和舒适性。
通过优化车身造型、降低空气阻力、提高升力等手段，实现对车辆空气动力学性能的改善。
【四、优化车辆空气动力学性能的方法】1.优化车身造型：降低车身表面的粗糙度，采用流线型设计，以减小空气阻力。
2.增加车轮负压区：通过设计车轮负压区，提高车轮的气动性能，降低阻力。
3.车身覆盖件设计：采用覆盖件来减小车身间的气流间隙，降低空气阻力。
4.采用空气动力学套件：在车辆的外部增加空气动力学套件，如前唇、侧裙等，以改善车辆的空气动力学性能。
【五、结论】车辆空气动力学在汽车设计和开发中具有重要意义。
通过了解空气动力学原理，设计师们可以有效地降低车辆的阻力和力矩，提高升力，从而提升车辆的性能和舒适性。
汽车空气动力学性能分析及其优化设计
汽车空气动力学性能分析及其优化设计随着科技的进步和技术的不断提升，汽车已经成为了人们生活中不可或缺的出行工具，但是在经过长时间的发展之后，汽车行业面临的一个难题便是如何提高汽车的能源利用效率，降低空气污染，这就需要对汽车空气动力学性能进行深入分析和优化设计。
一、汽车空气动力学的基本概念汽车空气动力学是指汽车与周围空气流动间的相互作用关系，它包括了空气力学、风洞试验和CFD等多个领域。
其中，空气力学是汽车空气动力学的基础，它研究的是空气对物体的运动产生的力，主要分为气动力和气动阻力。
气动力是指空气流动时产生的动力效应，它是车辆进行转向和制动的必要条件；气动阻力是指空气对车辆行驶的阻碍力，它与车速平方成正比。
二、汽车空气动力学性能分析汽车空气动力学性能分析是汽车生产中非常重要的一环，它对于汽车气动设计优化、降低车辆气动阻力、降低燃油消耗和减少尾气排放等方面都有很大的作用。
下面将从车身气动学、底盘气动学和轮胎气动学三个方面对汽车空气动力学性能进行分析。
1.车身气动学车身气动学包括车身抗风能力和车身气动阻力两个方面，前者通常用车身抗风系数描述，后者用气动阻力系数描述。
在车身抗风能力方面，改变车身造型是最为常见的措施。
例如加高发动机盖，将空气流导向前部，采用空气动力学折线细节等。
这些手段可以在一定程度上改善车身抗风性能。
在车身气动阻力方面，车身形状、车身外面积和底部的气流状态是影响气动阻力的主要因素。
通过改变车身底部形状可以改善底部气流状态；通过减小车外包面积降低气动阻力。
2.底盘气动学车辆底盘的气动学性能主要影响车辆的发动机散热和制动器的制动效果。
在发动机冷却方面，如果底盘的气流状态不好，发动机的冷却效果也不好。
因此，汽车生产企业通常会在底盘排气口和底盘前部采取一些措施，将空气流导向发动机。
在制动器性能方面，底盘的气流状态对制动器散热的影响很大。
如果制动器散热不好，会导致制动器失效，从而影响车辆的安全性能。
燃油车和新能源车的车辆空气动力学性能
燃油车和新能源车的车辆空气动力学性能随着全球对环境保护的日益重视，新能源车逐渐崭露头角。
与传统的燃油车相比，新能源车在减少污染和节能方面具有巨大优势。
然而，车辆的空气动力学性能对于汽车的燃油效率、操控性和舒适性等方面都起着重要的作用。
本文将比较燃油车和新能源车的车辆空气动力学性能，以探究它们在这方面是否有差异。
一、空气阻力系数空气阻力系数是衡量车辆空气动力学性能的重要指标之一。
它描述了车辆在运行过程中遭遇空气阻碍的程度。
对于高空气阻力系数的车辆来说，它们需要更大的马力才能保持正常的速度。
研究表明，燃油车由于其较大的车体和冷却系统，通常具有较高的空气阻力系数。
而新能源车，如电动车，由于其简化的设计和较小的车身尺寸，往往具有较低的空气阻力系数。
这使得新能源车在高速行驶中所需的能量更小，从而提高了燃油效率。
二、气动外型气动外型是指车辆外形与空气流动之间的关系。
它直接影响着车辆受到的空气力和空气噪音的大小。
燃油车在设计过程中通常更加注重车身的美观性，因此可能会存在一些不利于空气流动的设计元素，如尾翼、镀铬饰条等。
相反，新能源车更注重减少空气阻力，因此通常采用更加流线型的设计，如圆滑的车体线条和平整的底部。
这有助于降低车辆的气动阻力，提高燃油效率和操控性能。
三、底盘设计底盘设计是影响车辆空气动力学性能的关键因素之一。
研究表明，燃油车的底部往往存在较多的空气流动阻碍物，如油箱和排气管等。
这些元素会干扰空气的流动，产生涡流和气流剥离现象，增加了车辆的气动阻力。
而新能源车通常采用集成式底盘设计，将动力系统与底盘一体化，减少了空气阻力，提高了空气动力学性能。
此外，新能源车还可以利用底盘来激活流体力学效应，如下压力和气流引导，以提高行驶稳定性和操控性。
四、冷却系统冷却系统对于车辆的空气动力学性能有重要影响。
燃油车的冷却系统通常较为复杂，包括水箱、散热器和冷风道等元素。
这些元素会在车辆行驶中产生阻力，降低空气动力学性能。
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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
理想型跑车 CD=0.20
58%
70%
摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 内部阻力
8
汽车表面附面层
9
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。 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。
2
内容概要
汽车的空气动力性能
汽车行驶时所受到的气动力和力矩 汽车的流谱及其影响因素 改善汽车空气动力性能的措施 汽车空气动力学实验
3
第一节
汽车行驶时所受到的气动力和力矩
4
汽车空气动力坐标系
5
六分力名称及系数公式
名
Drag
称
气动阻力 侧向力
Side force
代 号 FX(CX) FY(CY)
（5）斜背加”鸭尾”
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2．克服侧向力和横摆力矩的措施 横摆力矩关系到行驶时的直线性和侧风稳定 性，它具体表现在侧向力对重心的关系上（如 图）。 ⑴ 侧向力作用于重心之前，这时汽车头部将 随侧向风向外侧转动，它趋向于使侧向力增大， 导致稳定性恶化。 ⑵ 侧向力作用于重心之后时，汽车头部将向 内侧转动，有利于减弱侧向力，提高稳定性。 ⑶ 侧向力作用在重心点上时，汽车将有侧移， 但能基本保持行驶方向。
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实验表明，对于流线型较差，外形方正 的汽车，风压中心大约在汽车的中部；流线型 愈好的汽车，风压中心愈靠近前部，这是因为 气流在汽车后部能够平顺地流动，不受阻碍因 而对汽车后部压力较小的缘故。可见，流线型 较好的汽车（空气阻力较小），其升力和纵倾 力矩反而较大，这是一对共生的矛盾。
升力较低的车型
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在汽车顶棚EF段，由于流速较高，重新出现 了较低的压力。压力的分布取决于顶栅的总体形 状和曲率。不论怎样，在车顶后部流速总会减慢 下来，使压力趋于升高，形成了产生气流分离和 出现尾涡流的条件。如前所述，在这种条件下， 任何表面不平滑的干扰因素都可能导致分离，后 风窗拐点便是分离点。图示的“三箱式”船型轿 车，在许多情形下气流还可能会在后行李箱上再 附着，产生另一个分离气泡，此后形成一个尺寸 较小的尾涡流区。现代船型汽车趋于采用平滑小 倾角的后风窗并适度抬高行李箱，就是为了达到 这种效果以降低形状阻力。对于快背式(斜背式)的 两箱轿车，若其背部不是过分倾斜，往往能使气 流保持附着直至截尾处，从而形成了尺寸更小的 尾涡流。
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风压中心在质 心前边不好！
侧向力对稳定性的影响
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3.克服横摆力矩的汽车造型措施： ⑴ 总体设计时，尽量合理安排各总成， 做到风压中心处于重心之后，以提高稳定性。 ⑵ 尽量压低车身高度，处理好横截面的 流线型性，以降低横摆力矩。 ⑶ 车身 后 端 加 尾翘 或 采用 方 背式 布置 （如图），使风压中心后移，以减小横摆力 矩的不安定成分。但加尾翘后，汽车承受的 侧向风将增大，此点不容忽视。
正比：空气阻力系数CD，迎风面积S，空气密度ρ及车速v2 分为5个部分： 形状阻力
摩擦阻力
诱导阻力 干扰阻力 内部阻力
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形状阻力 当汽车行使时，气流流经汽车表面过程，在 汽车表面局部气流速度急剧变化部位会产生涡流， 涡流产生意味着能量的消耗，使运动阻力增大， 汽车在前窗下凹角处，在后窗和行李箱凹角处， 以及后部尾流都出现了气流分离区，产生涡流， 即形成负压，而汽车正面是正压，所以涡流引起 的阻力也称压差阻力，又因为这部阻力与车身形 状有关，也称形状阻力，它占整个阻力的58%。 图3-2详细地显示了汽车周围流谱的情况，可见 汽车仅前部很小区域存在层流，其余大部分区域 中的气流状态是紊流。
MX
俯仰力矩
Pitching moment
MY(CMY)
MZ(CMZ)
MP(CPM)
MY(CYM)
M(CM)
N(CCN)
CMY
横摆力矩
Yawin 1 Vr2 AL 2 MZ 1 Vr2 AL 2 6
汽车的空气阻力
Fx 1 2 SCD 2
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一般前置发动机的汽车，其风压中心与车身的 重心较接近，而后置发动机的汽车则往往因其车身 重心后移，因侧向风的作用而产生不安定性。 箱型车比一般小轿车的侧风稳定性要好一些， 因箱型车的车身截面后部较大，风压中心在重心之 后，当遭受侧风时，侧向偏移及横摆角速度不致太 大。
使风压中心后移的附加措施 a）加尾翘 b）方背式
美日规定 D(CD) S(CS)
德国规定 D(CD) Y(CY)
系数公式
CX FX 1 Vr2 A 2 FY 1 Vr2 A 2 FZ 1 Vr2 A 2
CY
升力
Lift
FZ(CZ)
MX(CMX)
L(CL)
MR(CRM)
L(CL)
R(CR)
CZ
侧倾力矩
Rolling moment
CMX
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降低升力的措施：
（1）采用负迎角 迎角:汽车前、后 形心的连线与水 平线的夹角。
前高后低为正, 迎角越大,升力越大 造型应前低后高， 产生负升力更好！
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（2）在汽车前端底部、后端加扰流板
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（3）车尾地板向上翘起一个角度
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（4）汽车底部板向两侧略微上翘 使底部气流有一部分流向两个侧面。当气流向两侧疏导 时加快了底部的气流速度而使升力下降。
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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。如图所示。诱导阻力系数CXi升力系数CZ间 有如下近似关系：
C Xi
C Xi
2 CZ
FXi
1 V2 A 2
b2
A
汽车的诱导阻力
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使风压中心和汽车重心重合; 形心在质心之后,靠近后轮; 质心在L(轴距)/2之前； 尽量使风压中心和汽车重心 位于同一水平面.
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30
第二节
汽车的流谱及其影响因素
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汽车周围的基本流场
典型轿车对称面周围的基本外流场
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包围汽车的空气流在A点有一个驻点，在那里 气流分支，从上、下面形成对车身的绕流。因此 在A点周围的——个区域内，压力都高于未受扰动 气流的压力。 不难理解在B点附近，气流需加速拐过车头的 “鼻部”，会出现一个低气压(有时可以观察到， 在低温潮湿大气中运行的汽车，由于B点附近足够 大的压降而产生的水蒸汽冻结成一层薄冰的现 象）。 过B点之后，通常气流无法紧贴发动机罩的廓 线流动，而在驾驶室和B点之间的某c点出现脱体 流动。此后气流在通常位于前风窗上部的D点又重 新附着，在C、D点之间形成一个相对较稳定且具 有明显涡旋的区域，称为“分离气泡”。这个区 域内的压力相对是较高的。所以那种在前风窗底 部开设车内通风格栅的做法一般是合理的。
第六章 汽车的空气动力性能
空气动力学（Aerodynamics）是研究物体在与 周围空气作相对运动时两者之间相互作用力的关系 及运动规律的科学，它属于流体力学的一个重要分 支。长期以来，空气动力学成果的应用多侧重于航 空及气象领域，特别是在航空领域内这门科学取得 了巨大的进展，给汽车或路面车辆的空气动力学 （Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鉴。 然而进一步的深入研究表明，汽车或车辆的空 气动力学问题从理论到实际两方面都与航空等问题 有本质的区别，汽车空气动力学已逐步发展成为了 空气动力学的一个独立分支，在方程式赛车领域更 是得到了极大的应用。
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侧倾力矩 侧倾力矩直接影响到汽车的侧倾角，并对左 右侧车轮重量分配影响也较大。 侧倾力矩主要由车身侧面形状决定，一般地， 侧面流线型好的汽车，侧倾力矩就相对小。 克服侧倾力矩的汽车造型措施： ⑴ 在总体设计时，尽量使风压中心在高度 方向上接近于侧倾轴线。 ⑵ 尽量降低重心。 ⑶ 采用长度较小、宽度较大、车身低矮的 布置形式。
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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，如图所示。由于
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克服升力和纵倾力矩的汽车造型措施： ⑴ 总体设计时，尽量做到风压中心与重心 接近，并位于重心之后。 ⑵ 采用类似楔型造型。尽量压低车身前端， 使尾部肥厚向上翘以产生负的纵倾角，借车身前 部的倾斜而将迎面气流压向路面，以抵抗因车底 空气的挤压力而产生的升力。采用后置或中置发 动机的总布置方案可使汽车前部十分低矮，这是 目前跑车和赛车流行的布置形式。 ⑶ 在车顶后端或车尾做成翘起来的形状， 可以很好地起到降低升力的作用。
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分离点和再附着点的位置
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汽车后部的气流分离和尾涡流
轿车造型中的短尾造型方法
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是否后窗倾 角越小，风 阻越小呢？
实际轿车造型中的三维尾流
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如果在汽车后部形成的 是三维的流型，就会出现 具有很大旋度的尾涡区。 对后尾呈锥形渐缩的长方 体所做的实验，若后斜面 倾角较大，即a较小，则后 部的气流在很大程度上呈 二维类型并在最后出现完 全的气体分离。相反，若 这个角增大，当趋向某个 临界值(约62度)时，后部流 动将转变成完全三维类型， 尾涡虽变小了，但流谱复 杂，负压较大，阻力反而 较大。