第四章_汽车外形设计与空气动力学
汽车造型设计基础-空气动力学
汽车造型设计基础---空气动力学综合作业（试卷）轿车的空气动力学姓 名： 孟浩班级学号： T 1013-12课任教师： 李楚琳时 间： 2013年 07月 04日序号 项目内容 分值 得分 1 是否紧扣题目 30 2 论文的结构安排是否合理 15 3 论证是否严谨可靠 25 4 文法、修辞水平等 10 5 论文是否有新意 15 6 论文的的格式与打印效果 5 评阅人 总计 100摘要：汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力(称为空气动力)，以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。
所以，深入了解空气动力学对汽车造型设计汽车有很大的帮助。
关键词：汽车；空气动力学；汽车造型设计一.汽车空气动力学概述空气动力学是流体力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。
它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
空气动力学特性直接影响汽车的经济性、动力性、操纵稳定性和乘坐舒适性等。
为改进汽车性能，汽车工业界投人大量人力、物力和财力研究汽车内外的空气流动及其相关的各种现象。
风洞试验是汽车空气动力学研究的传统而又有效的方法，但风洞建设投资大，试验周期长。
随着计算机和计算技术的迅速发展而蓬勃兴起的数值仿真方法为汽车空气动力学的研究开辟了新的途径。
近年来，汽车空气动力学数值仿真发展迅速，数值仿真在汽车流场研究中的重要性不断增加，应用范围不断扩大。
下面从不同方面阐述汽车空气动力学的发展情况。
二.汽车空气动力学的发展国外的汽车空气动力学研究可以追朔到本世纪的20-30年代，但直到7O年代以觑，还没有比较完整系统的研究。
此学科在近3O年中得到了较大发展。
7O年代以来，国外陆续发表了汽车空气动力学方面的研究成果、研究报告和专著，研究手段普遍采用航空试验用的风洞对汽车空气动力特性进行研究，研究的重点主要是空气动力的特性以及它们对汽车性能的影响。
经典汽车空气动力学课件.ppt
方向60m/s，出口边界为压力出口，出口相对压力为0。 湍流动能k 和湍流耗散度ε 分别为0.024 和0.01 求解计算
改变车头前缘发动机罩的高度值H，即改变发动机 罩的倾角(图2.3a) ，同时改变发动机罩与挡风玻璃交接 的位置， 从而改变挡风玻璃的倾角γ (图2.3b)，对多组 不同参数下的模型进行外流场的数值模拟。
图1.9 1:1模型并加车轮
图1.10 考虑附属空隙设计
.精品课件.
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1.4 车身整体优化造型概况
2000年我国华南理工大学黄 向东教授所领导的研究小组，也 进行了有关最佳车身气动造型方 面的研究。
在提出相关参数和要求的前 提下，运用CFD(Computational Fluid Dynamics)手段模拟并提出 一个完全数字化的理想基本形体， 如图1.11，并在此基础上制成 1:3模型进行风洞试验，如图 1.12模型实测最小气动阻力系数 为0.122。
图1.7 “鲸状”理论模型
.精品课件.
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1.4 车身整体优化造型概况
5、Morelli模型
1976年，由意大利科学 院资助，在平宁法力那 （Pininfarina）风洞中进行一 项旨在探求最优化的轿车外形 研究工作，当时的目标是力图 创造出一种具有优异气动性能 的轿车外形。
以A.Morelli教授为首的课 题组在深入研究的基础上首先 获得一个比例为1:2的基本形 体，如图1.8所示，其为阻力 系数0.049。
数值工具的发展取决于对气流复杂流动特性的更深入的了 解和更精确数学模型的建立。因此，数值计算不可完全替 代物理试验，两者是互补的关系。
.精品课件.
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车辆外形设计的原理
车辆外形设计的原理车辆外形设计是汽车工程领域中一个综合性的工程和艺术领域。
外形设计不仅仅涉及到视觉美感，还需要考虑到车辆的空气动力学、流体力学、工程性能以及品牌识别等多个方面。
以下是一些车辆外形设计的原理和考虑因素：1.空气动力学和流体力学：车辆外形对空气动力学性能的影响是重要的考虑因素。
设计师需要考虑车辆在高速行驶时的空气阻力、升力和气流分离等问题，以确保车辆在空气动力学方面表现良好。
2.美感和品牌识别：外形设计是汽车品牌的象征，因此需要在视觉上体现品牌的独特性和标志性元素。
设计师需要注意线条、曲面、车灯、进气格栅等细节，以创造独特而易于识别的外观。
3.人机工程学：外形设计需要考虑驾驶员和乘客的舒适性和便利性。
车身的形状和车窗的设计需要满足人体工程学的原理，确保良好的视野和舒适的乘坐体验。
4.材料选择：外形设计还涉及到车身材料的选择。
不同的材料具有不同的重量、强度和成本特性。
设计师需要在满足安全性和性能要求的前提下，考虑材料的可塑性和制造成本。
5.功能性和实用性：外形设计需要考虑车辆的功能和实用性。
例如，车辆的后备箱设计需要考虑到载物空间，车门的开启方式需要方便驾驶员和乘客的上下车操作。
6.趋势和市场需求：外形设计需要紧跟市场趋势和消费者需求。
时尚、环保、节能等因素可能会影响设计方向。
设计师需要了解消费者的偏好和市场动态，以确保设计符合市场趋势。
7.生产和制造可行性：设计师需要考虑车辆外形设计的生产和制造可行性。
设计要符合工艺流程，且能够在大规模生产中保持一致性和高质量。
总体而言，车辆外形设计是一个综合性的过程，需要综合考虑多个因素，以达到美观、实用、安全和经济的综合性能。
同时，设计师需要不断创新，适应市场和技术的发展。
汽车空气动力学
为“非定常流场”;不随时间变化得流场,称做“定常流
场”。
“流线”——为了研究气流得运动,在气流中引人一条假想 得曲线,她任何一点切线得方向都与该时刻气流质点速度向 量得方向相同。流线所给出得,就是在同一瞬时,线上各气 流质点运动方向得图形。
“流谱”——在某一瞬时得流场中,许多流线得集合,可通过 流谱来描述气体流动得全貌。
分离和涡流耗费能量,使阻力增大。
汽车表面得附面层
发动机罩与前风窗凹处得涡系
3、汽车行驶时受到得气动力和力矩
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得 合力,称为气动力F。合力在汽车上得作用点称为风压 中心,记作C、P。气动力F与气流速度得平方,迎风面 积S以及车身形状系数ＣＦ成正比,即:
基本原则: 1、降低高静压区气体静压,升高低静压区得气体静压; 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得措施
1、汽车前部 使迎面气流顺畅得流过:车头部前端低矮,后倾圆化,保险杠位
置前伸,端面呈凸字形,拐角圆滑,俯视图呈半圆形;
控制底部气流量:设置阻流板; 冷却空气入口处得优化:设置在正压区。
M y Fx Zc Fz X c pqS (Cd Zc Cz X c ) pqSLCMy
横摆力矩Ｍz
M y Fy X c pqSLCMz
侧倾力矩Ｍx
M x Fy Zc pqSLCMx
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、汽车气动阻力得组成
造型上改善空气动力性能得措施
2、汽车中部 前后风窗倾角增大; 增大风窗玻璃法向曲率; 前、后柱圆化; 风窗玻璃表面与周围平滑,采用粘贴法安装玻璃; 俯视图中部鼓腰; 最大横截面尽可能后移; 侧面平滑
主动式 车身空气动力学
主动式车身空气动力学主动式车身空气动力学导语：在现代汽车设计中，车身空气动力学起着至关重要的作用。
通过优化车辆外形和流体力学特性，可以显著提高汽车的性能和燃油经济性。
在这篇文章中，我们将深入探讨主动式车身空气动力学，它是一种通过调整车辆外部构造和系统，以主动干预车辆的气动性能的技术。
一、主动式车身空气动力学的基础1. 什么是车身空气动力学？车身空气动力学是研究车辆在运动中与周围空气之间相互作用的科学。
它关注的是车辆的气动性能，包括阻力、升力和空气动力学稳定性等方面。
通过改善车辆的气动性能，可以降低阻力、提高操控稳定性和燃油经济性。
2. 传统的车身空气动力学解决方案传统的车身空气动力学解决方案主要依靠优化车辆外形和减小风阻。
采用的方法包括流线型外形设计、车身下压力设计和减小气流扰动等。
然而，这些方法在不同条件下效果有限，且难以灵活应对不同的车辆状态和驾驶条件。
二、主动式车身空气动力学技术的概念1. 主动式车身空气动力学的定义主动式车身空气动力学是一种通过采用智能控制系统和传感器来实时检测和调整车辆的气动性能的技术。
它可以根据车辆的状况和行驶环境，主动地改变车辆的外形和气动特性，以提高性能和燃油经济性。
2. 主动式车身空气动力学的应用主动式车身空气动力学技术可以被应用于各种类型的汽车，如赛车、豪华车和电动汽车等。
通过采用智能系统和传感器，它可以实现多种功能，如自动调节车身高度、调整空气动力学外形和控制车辆稳定性等。
三、主动式车身空气动力学技术的优势和挑战1. 优势：- 提高性能和操控稳定性：通过根据不同的驾驶模式和车辆状态，调整车辆的外形和气动特性，主动式车身空气动力学技术可以显著提高汽车的性能和操控稳定性。
- 提高燃油经济性：优化车辆的气动性能可以降低阻力，减少能量损失，从而提高燃油经济性。
- 增强安全性：通过主动调整车辆的外形和空气动力学特性，可以提高车辆的稳定性和抗风性能，增强行驶安全性。
2. 挑战：- 技术复杂性：主动式车身空气动力学技术涉及复杂的智能控制系统和传感器，需要高度的工程设计和集成。
汽车车身外形设计中的空气动力学性能优化
汽车车身外形设计中的空气动力学性能优化近年来，汽车行业逐渐意识到汽车车身外形对空气动力学性能的重要性。
优化汽车车身外形可以降低车辆的空气阻力，提高燃油经济性、加速性能以及稳定性。
本文将探讨汽车车身外形设计中的空气动力学性能优化。
一、空气动力学基础空气动力学是研究空气在物体表面产生的压力和阻力的科学。
在汽车车身设计中，空气动力学性能优化主要涉及两个基本要素：空气阻力和升力。
空气阻力是汽车行驶时与空气作用的阻碍力，而升力则是垂直于行驶方向的力。
二、减小空气阻力减小空气阻力是提高汽车燃油经济性的关键。
以下是一些常见的空气动力学设计方法，用以降低汽车的空气阻力。
1.流线型外形设计流线型外形能够减少车身表面的湍流，从而减小空气阻力。
主要设计原则包括：合理的前脸设计、降低车头高度、光滑的车身曲线和尾部造型等。
2.减少气流分离气流分离是指气体从车身表面脱离或分离的现象。
当气流分离发生时，会形成大量的湍流，增加空气阻力。
通过在车身上增加导流板、风挡和尾翼等设计元素，可以将气流控制在车身表面，减少气流分离。
3.光滑下部车辆的底部也是空气阻力的重要源头。
通过在车底进行空气动力学优化设计，如增加护板和平滑底盘，能够减少下部的湍流和阻力。
三、提高稳定性与升力控制在汽车车身外形设计中，除了降低空气阻力外，还需要关注车辆的稳定性和升力控制。
1.增加下压力通过改变车身设计和增加扰流器等装置，可以增加车辆的下压力，使车辆更加稳定。
下压力可以加强轮胎与地面的附着力，提高操控性和行驶稳定性。
2.控制升力升力是指车辆在行驶过程中产生的垂直于行驶方向的力。
过大的升力会降低车辆的稳定性和行驶安全性。
通过设计车身的空气动力学特性，如增加扰流器和尾翼等，可以有效地控制和减小升力。
四、综合考虑其他因素除了空气动力学性能优化外，汽车车身外形设计还需要综合考虑其他因素，如乘客空间、安全性和美观性等。
1.乘客空间和安全性车辆的设计应该确保乘客空间足够，并满足相关的安全标准。
汽车造型设计与空气动力学
汽车造型与空气动力学的关系T813-9 20080130921 乔东兴空气动力学与汽车的造型有很大的关系，空气动力学主要研究运动汽车与空气之间的相互作用力，力的大小取决于空气与汽车之间的相对速度和汽车形状，通过对空气动力学课的学习，我们知道了汽车的形状对汽车的阻力有很大的影响，通过对汽车的造型演变历程研究发现，汽车的造型的改变很大方面是为了减少空气阻力，所以汽车造型与空气动力学有很大的关系。
自从德国工程师 Karl Benz 1885年发明了世界上第一辆汽车后25 a,德国就在Zeppelin工厂的航空风洞中进行了一系列有关车形的实验研究。
后来德国工程师杰瑞和他的助手 W. Klemperer发现前圆后尖的物体阻力最小 ,从而找到了解决形状阻力的途径 ,鱼和鸟的体形正是形状阻力较小的造型。
美国于 1934年采用风洞和模型汽车 ,测量了各种车身的空气阻力系数 ,这是具有重要历史意义的试验。
例如 ,他提出了“如果头部不是干净利落的圆滑 ,即使有良好的尾部造型也意义不大。
”我国是在 80年代才较为系统地研究汽车空气动力学。
汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识 ,研究汽车行驶时 ,即与空气产生相对运动时 ,汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力 (称为空气动力 ),以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。
此外 ,空气对汽车的作用还表现在对汽车发动机的冷却 ,车厢里的通风换气 ,车身外表面的清洁 ,气流噪声 ,车身表面覆盖件的振动 ,甚至刮水器的性能等方面的影响。
空气动力学上的每一项进展 ,都直观的反映在汽车造型的变化上。
几十年来 ,汽车造型的种种变化 ,都可以找到其空气动力学的依据。
当汽车的车速提高到每小时 50 km的时候 ,迎面而来的风使驾乘人员难以忍受 ,迫使人们考虑改变汽车的外形以克服其缺陷。
于是人们设计了一种带有球面的挡风板的汽车 ,这是流线型的萌芽。
汽车总高度的降低 ,汽车上部宽度的减小 ,都是为了减小汽车的迎风面积。
(汽车行业)空气动力学在汽车设计中的应用
（汽车行业）空气动力学在汽车设计中的应用空气动力学汽车作为壹种商品，首先向人们展示的就是它的外形，外形是否讨人喜欢直接关系到这款车子甚至汽车厂商的命运。
汽车的外形设计，专业的说法叫做汽车造型设计，是根据汽车整体设计的多方面要求来塑造最理想的车身形状。
汽车造型设计是汽车外部和车厢内部造型设计的总和。
它不是对汽车的简单装饰，而是运用艺术的手法、科学地表现汽车的功能、材料、工艺和结构特点。
汽车造型的目的是以美去吸引和打动观者，使其产生拥有这种车的欲望。
汽车造型设计虽然是车身设计的最初步骤，是整车设计最初阶段的壹项综合构思，但却是决定产品命运的关键。
汽车的造型已成为汽车产品竞争最有力的手段之壹。
汽车造型主要涉及科学和艺术俩大方面。
设计师需要懂得车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识。
同时，设计师更需要有高雅的艺术品味和丰富的艺术知识，如造型的视觉规律原理、绘画、雕塑、图案学、色彩学等等。
二战以后现代主义提倡的民主制度，强调每个人都必须平等。
但人和人之间始终存在着许多不同。
我们必须承认，所谓清壹色的平等只能够创造出壹种假象，而且不是真正满足了每个人的需要。
所以，今后的汽车造型设计将更多注重个体性和差异性。
技术的进步为设计师提供了强有力的技术支持，让他们有能力做出更灵活、更多样化的设计满足消费者的需求，旧有的规格化和标准化将被推翻。
目前部分技术实力高超的小型汽车厂商已经开始提供个人定制汽车服务，但要价不菲，2007年曾有美国富商向宾西法尼亚订购了壹辆价值300万美元的跑车。
消费者参和原始时期，人类使用的器物都是自己制作，且从制作过程中得到满足和成就感，这是人类的本能之壹。
大工业生产包办了壹切制作过程，人得到的只有最后的成品。
新的世纪里，这种本能将会被重新提倡。
既成品的概念已经成为过去。
在不完全否定工业大生产的前提下，现代产业体制将会做出灵活的调整。
今后的汽车会像今天我们所能见的电脑产品壹样，不再以最终完成品的状态出厂，而是有各种性能升级的空间。
【汽车空气动力学-胡兴军】第4章 轿车气动特性研究
目前的研究中，有学者指出，可以在汽车尾部涡流区域安装气体 喷射装置，通过喷出的气流来破坏汽车的尾涡，从而起到降低风阻的 目的，但实用性还有待研究。
从减小气动升力的角度，楔形造型比甲壳虫型、船型和鱼型都好。楔形造 型上曲面平缓的压强变化使得它能产生较小的气动升力，甚至能产生负升力。 各种使车身表面和横剖面圆滑过渡以增加两侧气流量的措施，都有利于降低气 动升力。
安装在下车体的车轮，总是 有一部分暴露在空气之中，气流 遇到车轮后就会向两侧流去，在 车轮两侧通常伴有气流分离，在 此处必然会产生气动阻力。车轮 气会在车轮 与轮罩之间的缝隙处通过，空气 在通道入口处加速，通过通道后， 在出口喷出，这就导致了车轮周 围气流的复杂性，如图4—25所 示。
汽车行驶时，由于空气的黏性 作用，在汽车下底面将产生边界层， 随着气流向车身后部移动，边界层 的厚度也不断增加。如果离地间隙 过小，边界层有可能延伸至地面， 使汽车下底面与地面之间的空气有 可能被带动随着汽车一起向前运动， 空气与地面之间产生相对速度，进 而在地面形成了次生边界层。两个 边界层交错在一起，会缩小底部气 流的通道，使底部气流流动受到阻 碍，增大了升力及诱导阻力。当离 地间隙过大时，底部的气流速度也 会降低，同样导致升力和诱导阻力 的增加。对于光滑底板的汽车而言， 存在一个最佳的离地间隙高度。实 际车型不同，底部的复杂结构不同， 因而离地间隙对气动阻力的影响也 不相同。图4-21是几种不同轿车离 地间隙对气动阻力系数的影响。
第４ 章 轿车气动特性研究
４. １ ４. ２ ４. ３ ４. ４ 轿车外形与气动阻力的关系 减小气动升力的主要措施 汽车总体参数对气动力的影响 轿车气动设计的整体趋势
车头边角主要指车头上缘边角和横向两侧边角。对于非流线型的车头， 存在一定程度的尖锐边角，气流流过尖角以后就会分离，产生涡流区。车头 横向边角的倒圆有利于减小车头的气动阻力。气流流过车头横向的尖锐边角 以后，形成涡流，产生很大的湍流动能，适度倒圆可以减小气流的分离，减 小分离区，降低湍流动能，进而导致气动阻力的降低。
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。
空气动力学与汽车外形设计优化
空气动力学与汽车外形设计优化随着汽车工业的发展，汽车的外形设计已经不再只是追求美观与流线型，而是要考虑到空气动力学对车辆性能和能效的影响。
优化汽车外形设计可以显著提高汽车的空气动力性能，降低气动阻力，增加车辆的稳定性和燃油经济性。
本文将探讨空气动力学与汽车外形设计优化的相关原理和方法。
一、空气动力学基本原理空气动力学是研究空气在运动物体表面及其周围的流动规律的科学。
在汽车外形设计中，要理解车辆行驶过程中空气的流动规律，需要了解一些基本原理。
1. 粘性流和非粘性流空气动力学中，流体流动可以分为粘性流和非粘性流。
非粘性流指空气流动时不受粘性的影响，通常适用于较高速度的情况，比如高速公路行驶；粘性流指空气流动时受到粘性的影响，适用于较低速度的情况，比如城市道路行驶。
2. 气动力学参数在研究汽车外形设计时，需要考虑一些重要的气动力学参数。
其中，气流速度、气流密度、气流压力分布和气流流向是影响车辆空气动力学性能的关键因素。
3. 汽车气动力学效应汽车行驶时，空气会对车辆表面施加压力，形成气动力。
根据牛顿定律，车辆受到的阻力与流经车辆上表面的压力有关。
因此，汽车外形设计应该尽量减小气动阻力，降低能源消耗。
二、汽车外形设计优化方法汽车外形设计的优化旨在减小气动阻力，降低车辆的能耗和排放，并提高车辆的操控性和安全性能。
以下是一些常用的汽车外形设计优化方法。
1. CFD模拟计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）模拟是一种常用的汽车外形设计优化方法。
通过使用CFD软件，可以模拟车辆行驶时空气流动状态，进而预测和分析气动阻力的大小和分布情况。
基于CFD模拟结果，可以对汽车外形进行优化调整，以减小气动阻力。
2. 气动力学测试在汽车外形设计中，进行气动力学测试是必不可少的。
通过风洞试验等方法，可以直接测量和观察车辆在空气流动中所受到的力和阻力。
测试结果可以作为优化设计的依据，通过调整车身和零部件的形状，降低气动阻力。
汽车车身外形优化设计与空气动力学分析
汽车车身外形优化设计与空气动力学分析随着汽车工业的发展，对汽车车身外形的设计也越发重视。
一个合理的外形设计可以显著影响汽车的性能，尤其是在空气动力学方面。
本文将介绍汽车车身外形优化设计与空气动力学分析的相关内容。
一、汽车车身外形设计的要求汽车车身外形设计是将美学与功能性相结合的过程。
外形设计应具备以下要求：1.降低空气阻力：汽车在行驶过程中会受到空气阻力的影响，使得汽车需要更多的能量来推动其前进。
通过优化车身外形，可以减少空气阻力，提升汽车的能效。
2.优化空气流动：一个有效的车身设计可以使空气流经汽车的表面时更加顺畅，减少气流的涡旋和湍流，从而降低噪音和震动，并提高行驶的稳定性。
3.提升汽车的外观美感和品牌价值：好的外形设计可以使汽车看起来更加时尚、动感和独特，提升消费者的购买欲望并增加品牌价值。
二、汽车车身外形优化的方法为了实现以上的要求，汽车车身外形的优化需要考虑多个因素。
以下是一些常见的优化方法：1.流线型外形设计：通过设计流线型车身，可以减少气流的阻力，提高汽车的能效。
流线型设计要求车身的前端尽量收窄，后端逐渐变宽，以及减少车身的棱角和突起。
2.减小空气阻力的设计：通过减小车身面积、降低车身高度、缩小前后轮的间隙等方式，可以减小汽车受到的空气阻力，提高风阻系数。
3.借鉴仿生学原理：仿生学是生物学、物理学和工程学的交叉领域，通过学习和模仿自然界的形态和结构，来优化工程设计。
在汽车设计中，可以借鉴仿生学原理，如鱼类的流线型身形、鸟类的翼状结构等，来改善汽车车身设计。
4.使用先进的材料：采用轻量化材料，如碳纤维复合材料，可以减轻车身重量，提高燃油效率，并减少碳排放。
三、空气动力学分析与验证为了验证汽车车身外形优化设计的有效性，可以进行空气动力学分析和仿真。
通过计算流体力学（CFD）仿真软件，可以模拟汽车不同速度下的风阻、升力、气动力和湍流等参数，评估设计方案的优劣。
空气动力学分析可以帮助设计师理解空气流动的特征和趋势，并基于分析结果进行优化。
第四章_汽车外形设计与空气动力学
4. 空气升力
底部的前后遮挡的影响
底部气流的侧向流动
• 减小了底部压力； • 加强了侧面涡流，从而增强了下洗作用。
4. 空气升力
后背倾角对空气升力的影响
前风窗下部分离区对空气升力的影响 行李厢上的分离区对空气升力的影响
汽车空气动力学
5.侧向气流和空气动力稳定性
5.1 侧向气流对空气动力特性系数的影响
• 分离点在后端时，后背倾角增大，尾流区减小； • 分离点在后背上时，后背倾角增大，尾流区增大。 • 有一空气阻力最小的最佳后背倾角。 • 后背长度越大，空气阻力越小。
3.空气阻力
• 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.空气阻力
3.3 诱导阻力(induced drag)
气流侧偏角与空气动力特性系数
各种汽车的空气动力特性
系数随侧偏角的变化而变化的 规律是不同的。多数汽车的空
侧偏角
气动力特性系数是随气流侧偏
角的增加而增大。
5.侧向气流和空气动力稳定性
5.2 汽车空气动力稳定性
汽车空气动力稳定性是指汽车在气流作用下，保持或恢复原有行驶状 态的能力。
气压中心在质心之前：
汽车空气动力学
汽车受到的外力 路面作用力 空气动力 重力
前言
空气动力学对汽车性能的影响
• 对动力性的影响
• 影响高速时的加速性能; • 影响最高车速。
• 对燃油经济性的影响
对于CdA=0.8m2的轿车， v=65km/h时，55%的能量克服空气阻力； v=90km/h时，70%的能量克服空气阻力；
汽车空气动力学
4.空气升力
4.1 空气升力
翼型的迎角越大，空气升力越大。 汽车如翼型，上凸下平，受空气升力作用。 不同外形的汽车，其“迎角”不同，空气升力系数也不同
空气动力学与车辆外形设计的关系研究
空气动力学与车辆外形设计的关系研究近年来，汽车工业发展迅速，汽车形态也发生了巨大的变化，这些变化中的一个重要特征就是汽车外形设计的不断更新换代。
在这个过程中，空气动力学逐渐成为车辆外形设计的一个重要研究方向。
为了探讨空气动力学与车辆外形设计的关系，本文将从以下几个方面详细阐述。
一、空气动力学的基本概念空气动力学是研究流体的运动与力学问题的学科，是应用于飞行器、船舶、汽车等交通工具中的重要学科。
所谓的流体包括气体、液体和粉尘颗粒等。
空气动力学与车辆外形设计的关系除了涉及到空气流动的规律，还包括能量转换和损耗等方面。
二、车辆外形设计与空气动力学车辆外形设计与空气动力学的关系非常密切。
在传统的汽车造型设计中，风阻系数是一个重要考虑因素。
与传统造型设计不同，现代汽车的设计强调的是空气动力学效率，包括最小化能耗、最高速度和方向稳定性等方面。
而空气动力学效率是由车辆的外形设计决定的。
一款好的设计不仅要满足车辆性能的要求，还需要保证车辆的空气动力学性能合理。
三、车辆外形设计中考虑的因素在车辆外形设计过程中，考虑到空气动力学因素的原则是尽量减小阻力系数。
这就要求设计师在考虑车身形状、前、后视角和底-floor等方面使用先进的涡流分析工具，以避开空气流体中的各种压力点并最大化流体动量。
更具体的因素包括车身长度、宽度、高度、风切线和气流擦尘等。
根据这些因素设计出的整体结构可以最大限度地减小车辆的空气阻力，从而提高车辆的性能。
四、实例与实践车辆外形设计和空气动力学的关系在实践中得到了充分的验证。
举个例子，金融危机期间，许多汽车制造商都对车辆外形设计进行了大量的调整，寻求更加有效的解决方案。
而其中不少汽车制造商采用了先进的涡流技术，以减轻车辆阻力，降低燃油消耗。
在实践中，逐步完善的研究表明，高度利用流体动力学的制造方法可以大大优化流体动量分配，以提高车辆的性能和燃油经济性，从而增加其竞争力。
总之，空气动力学在车辆外形设计中扮演了非常重要的角色。
汽车空气动力学重点
汽车空气动力学重点第一章绪论1. 空气动力学的研究方法1实验研究2理论分析3数值计算2. 汽车流场包括和内部流场车身外部流场3. 气动阻力增加，加速能力下降。
当汽车达到最大车速时，加速度的值就瞬低为零4. 消耗于气动阻力的功率TD A C P ηρ23a u =，功率与速度3次方、阻力与速度2次方成正比5. 汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：1.升力和纵倾力矩都将减小汽车的附着力，从而使转向轮失去转向力，使驱动轮失去牵引力，影响汽车的操纵稳定性，质量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮胜利越敏感。
2.为提高汽车的方向稳定性，要减小侧向力，使侧向力的作用点移向车身后方6. 汽车空气动力学发展的历史阶段答：（1）基本形状化造型阶段（2）流线形化造型阶段：①杰瑞提出“最小阻力的外形是以流线形的一半构成的车身”‘只有消除尾部的分离，才能降低阻力’；②雷提出：短粗的尾部与长尾相比，仅使气动阻力系数有较小的升高，1934年起，雷提出的粗大后尾端的形状逐渐发展为快背式。
③康姆提出，对大阻力的带棱角的车型，气动阻力系数随横摆角的增加变化很小，而对于流线型汽车，随着横摆角变化，阻力系数有很大变化，即地租汽车侧风稳定性差、。
（3）车身细部优化阶段：汽车空气动力学设计的原则是首先进行外形设计，然后对形体细部逐步或同时进行修改，控制以及防止气流的分离现象发生以降低附着力，成为细部优化法（4）汽车造型的整体优化阶段：整体优化法设计的原则是首先确定一个符合总部制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，都应严格的保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离，称之为形体最佳化第二章汽车空气动力学概述7. 气动升力及纵倾力矩：1.由于汽车车身上部和下部气流的流速不同，使车身上部和下部形成压力差，从而产生升力。
作用于汽车上的升力将减小轮胎对地面的压力，使轮胎附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。
2.车身底部外形对升力系数影响很大，故不能仅根据侧面形状来分析汽车空气动力特性8. 侧向力及横摆力矩：1.侧向力和横摆力矩都影响汽车的行驶稳定性，在非对称气流中，横摆力矩有使汽车绕垂直轴转动的趋势。
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3.空气阻力
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。 洗流不易分离。
3.空气阻力 • 气流在后背的偏转角越大，诱导阻力越大； 后背倾角越大，气流在后背的偏转角越大。 • 气流在后背的流程越长，诱导阻力越大。 分离点前移，气流在后背的流程减小。 • 后背倾角的变化，对形状阻力和诱导阻力都有影响。 随倾角增大，诱导阻力增大，并随分离点前移，增大速度减缓， 最终减小，至消失； 随后背倾角增大，形状阻力先减小，再增大，分离点前移至后背 顶端时，不再增大。
风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。
调整迎面和背面的倾斜角度，使车头、前窗、后窗等处造 型的倾斜角度能有效地减少阻力、升力的产生。
风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。 越野车很难做到
在保险杠下面，应安装合适的扰流板。
汽车空气动力学
增加前阻风板（air dam)
阻风板的作用：
前四种为压力阻力。
Cd总值：0.45 A—形状阻力(Cd=0.262)； B—干扰阻力(Cd=0.064)； C—内部阻力(Cd=0.053)； D—诱导阻力(Cd=0.031)； E—摩擦阻力(Cd=0.040)。
3.空气阻力
3.2 形状阻力
形状阻力主要是压差阻力，是由车身的外部形状决定的。
前风窗对空气阻力的影响 • 前风窗对气流的影响 • 减小前风窗处空气阻力的措施
3.空气阻力
车身表面凹槽产生的干扰阻力
门、盖罩等的四周缝隙是主要的车身表面凹槽。 凹槽的方向有垂直于和平等于气流方向两种典型状况。
3.空气阻力
车轮旋转对气流的影响
• • • 马格纳斯效应(Magnus effect)：在流体中运动的旋转圆柱受到力作 用而影响它的行进路线的一种现象。 路面上滚动的车轮受到一升力作用。 车轮旋转使车轮上的分离线前移，因此有一较大的空气阻力。
空气动力的表达式
空气阻力Ｄ与气流速度的平方V2成正比，与汽车迎风面积Ａ成正比。常 表示为与动压力、迎风面积成正比的形式： V 2 D Cd A 2 式中，空气阻力系数Cd是表征汽车空气动力特 性的重要指标，它主要取决于汽车外形，也与 流速有关。 空气升力Ｌ、空气侧向力Ｓ表示为 V 2 L CL A 2 V 2 S CY A 2
•
1.空气动力学基础知识节 • 减小形状阻力的措施 • 降低逆压梯度 减缓物体背流面的截面变化，使分离 点（分离线）向后移，减小尾流区。 • 增大紊流度 增大物面的粗糙度。 分离是产生在附面层 • 流体没有粘度，就没有附面层。 • 没有附面层，就不会产生气流分离现象。 汽车上的分离区 气流在前风窗下部、车顶前端、行李前 部等处分离后，又重新附着，形成分离区（亦 称为“气泡”( bubble)）。
车轮旋转
旋转车轮在气流中
路面上的旋转车轮在气流中
3.空气阻力
• 轮罩的遮挡，减弱了车轮旋转对气流的干扰，降低了空气阻力。 • 在轮罩中的转动车轮，在其前侧面和前下部有气流向外流动，对主气流 产生干扰。 • 轮胎宽度有一空气阻力最小的值。
3.空气阻力
3.5 内部阻力
流经车身内部的气流对通道的作用以及流 动中的能量损耗，产生了内部阻力。
6.汽车空气动力学装置
车轮整流罩(Wheel cover)
车轮整流罩的作用
• 减小车轮转动引起的干扰阻力； • 减小翼子板开口引起的干扰阻力。 • 制动器散热效果差。
2）整车
整个车身应向前倾1°～2°。
3.空气阻力
车身后背对空气阻力的影响
• 几种典型的车身后背型式
• • • •
直背式(Fast back)：后背倾角＜20°； 舱背式(Hatch back)：后背倾角20°～50°； 方背式(Square back)：后背倾角＞50°； 折背式(Notch back)。
M X C MX
M Z C MZ
V 2
2
Al
Al
V 2
2
汽车空气动力学
3.空气阻力
3.1 空气阻力的分类ຫໍສະໝຸດ • • • • •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)
汽车空气动力学
5.侧向气流和空气动力稳定性
5.1 侧向气流对空气动力特性系数的影响
气流侧偏角与空气动力特性系数
各种汽车的空气动力特性 系数随侧偏角的变化而变化的 规律是不同的。多数汽车的空 气动力特性系数是随气流侧偏 角的增加而增大。
侧偏角
5.侧向气流和空气动力稳定性
5.2 汽车空气动力稳定性
汽车空气动力稳定性是指汽车在气流作用下，保持或恢复原有行驶 状态的能力。
气压中心在质心之前：
气压中心在质心之后：
气压中心越靠后，汽车空气动力稳定性越好。
5.侧向气流和空气动力稳定性 车身侧视轮廓图的形心位置越靠后，其气压中心越靠后，空气动 力稳定性越好。
形心
形心
发动机盖应向前下倾
西华大学汽车与交通学院
第五章—汽车造型与空气动力学
1.空气动力学基础知识
如果我们把空气想象成薄层的话，当气流经过车身时保持流线状态， 说明空气阻力对车身的影响较小。一旦这种流线气流被打破并与车 身轮廓分离便会产生乱流，从而产生空气阻力。其实最理想的低风 阻形状是类似泪滴的圆滑造型，头部圆滑而尾部尖细。理论上，这 种泪滴造型的Cd风阻系数只有0.05。
汽车空气动力学
4.空气升力
4.1 空气升力
• 翼型的迎角越大，空气升力越大。 • 汽车如翼型，上凸下平，受空气升力作用。 • 不同外形的汽车，其“迎角”不同，空气升力系数也不同。
4. 空气升力
4.2 地面效应
地面对气流的影响，使物体受到的空气动力发生变化的现象。 • 当距离h 较大时，随h 减小，气流加速，压力减小； • 当距离h 较小时 ，附面层的影响随h 减小而突出。随h 减小，气 流减速，压力增大。
e e
1.空气动力学基础知识节 • 尾流区 在分离点后，是一不规则流动的 涡流区，总体上是静止不动的“死水 区”。物体向前运动时，它随之运动， 故称“尾流”。 尾流区内各点压力几乎相等，与 分离点处压力相同。 • 压差阻力(pressure drag ) 在物体背流面，流束的扩展受到尾流区的限制，使流束截面较比迎流面 小，其压力较迎流面低。而尾流区的压力与相邻流体压力接近。这就使物体 在主气流方向上受到一个称为“压差阻力”的作用。 影响气流分离的因素 • 压力梯度 只有在逆压梯度条件下才会产生分离。 逆压梯度越大，越易分离。 • 流态 紊流可使主气流中的能量更多地传递到附面层，比层流更不易分离。
• 减少进入底部的空气量。 • 阻风板后形成局部高压区。
前阻风板的优化
不同的汽车，前阻风板的位置、尺寸均有一最佳值。
形状位置不同时，对 Cx
和 Cy 的影响不同，图中 所示（巴西产）为安装 扰流器后的特性曲线， 由图知 B40 获得最小 的 阻 力 值 Cx 下 降 3%Cyf 下 降 21%, K120 获 得
3.空气阻力
3.4 干扰阻力
干扰阻力是由于车身表面的凸起物、凹坑和车轮等局部地影响着气流 流动而引起的空气阻力。
车外小物件产生的干扰阻力
气流流经物体时流速增加，另一物体置于这被加速了的气流中时， 就会受到更大的空气阻力作用。两物体距离越小，干扰阻力越大。
3.空气阻力
车身表面凸起物对气流影响
• 凸起物可能引起气流分离。 • 凸起物使附面层加厚，气流容易分离。
b、气流导板 如图4－54所示，安装这种导板后， 可以对气流起疏导作用，使气流平顺减小分 离的可能性。气动阻力下降 。3/8模型的试验 结果表明气动阻力系数下降5％。
后轮前导板
后轮后导板
前轮前导板
前轮前导板
后轮前导板
后轮后导板
c、轮罩 为了减轻轮子转动对气流的干扰，安 装如图4－55所示的轮罩，有的车在侧面加金 属盖板将侧面屏蔽起来，也可起到屏蔽作用， 对于前轮，为了灵活转向在盖板周围设有特 殊橡胶，可不妨碍转向。这种盖板或轮罩可 使下降9％。
最 小 的 阻 力 值 Cyf 下
降 50 ％。由图还可以看 出，速度愈高升力下降 愈明显。
6.汽车空气动力学装置
阻风板示例
凸起唇 有些车型不单独设置扰流器，设置如图4－ 51所示的 凸起唇，这种凸起唇起着扰流器的作用。
水平投影应为腰鼓形。
后端稍稍收缩，前端呈半圆形。
6.汽车空气动力学装置
•
•
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。
• 顺压梯度：顺流动方向压力降低。（流速↑，压力↓） 逆压梯度：顺流动方向压力升高。（流速↓，压力↑） • 轿车的横截面积分布和气流压力梯度
1.空气动力学基础知识节
气流分离现象(flow separation)
当气流越过物面的最高点后，气流流束扩大、流速减小，具有逆 压梯度。气体是顶着压力的增高流动。在因粘滞损失而使能量较低的附 面层内，流动尤为困难。 P 在物面法向速度梯度为零( Y Y=0 =0 )时，气流开始分离。靠近物面 的气流先停止流动，进而反向流动，形成涡流区，将继续流动的气流与 物面隔开。