第六讲汽车造型设计与空气动力学
汽车的造型设计基础
汽车造型设计基础—空气动力学姓名：赵逸昕班级：T1113-10学号：20110131007指导老师：刘敏目录1. 空气动力学的概述2. 空气动力学的发展3. 空气动力学的研究4. 空气动力学对汽车造型的影响5. 改善汽车空气动力学性能的措施6. 总结7. 参考文献摘要：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。
1. 空气动力学的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。
2 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。
国内在这方面的研究起步较晚，尽管也开过专题性的学术会议，但总体上说还处于起步阶段。
空气动力学在汽车造型中的运用
空气动力学在汽车造型中的运用车辆0901 倪佳锋091102125 1汽车车型发展史考察汽车车形的发展史,从本世纪初的福特T 型箱式车身到30 年代中型的甲虫型车身,从甲虫型车身到50 年代的船型车身,从船型车身到80 年代的楔型车身,直到今天的轿车车身模式,每一种车身外形的出现,都不是某一时期单纯工业设计的产物,而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的。
汽车造型的演变与空气动力学的关系(1) 马车型汽车。
在汽车诞生前,马车是陆地上最好的交通工具,可以说,汽车的发展是从马车的机动化开始的。
在汽车造型方面,没有专门的设计人才,汽车外形基本上沿用了马车的造型。
马车型汽车(图1) 的时代是汽车发展的初期阶段,技术尚未成熟,在车身造型上没有引进空气动力学的原理。
(2) 箱型汽车。
马车型车身一般都是敞篷和活动布篷的,很难抵御风雨的侵袭。
福特公司生产了一种新型的T 型车(图2) ,车身像一只大箱子,因此称作“箱型车身”。
随着汽车的普及及生活节奏的加快,人们对车速的要求也越来越高,当车速超过100kmPh 后,可以说功率几乎都用来克服空气阻力了,因此这一时期,人们开始降低车的高度减小迎风面积来克服空气阻力。
但箱形车阻力大,因此人们开始研究一种新的车型-流线型汽车。
(3) 甲壳虫型汽车。
1930 年后,汽车设计越来越重视车身外形对减少空气阻力的重要性。
1934 年,美国的克莱斯勒公司生产的气流牌(Air Flow) 小客车,首先采用了流线型的车身外形。
虽然在销售方面遭到了惨败,但它却宣告了汽车造型新时代的开始。
从此以后在世界刮起一股流从此以后在世界刮起一股流线形浪潮。
流线型车身的代表是德国大众公司波尔舍设计的“甲壳虫”汽车(图3) ,其形状阻力很小,但对横风有不稳定性。
(4) 船型汽车。
为了克服“甲壳虫”汽车对横风的不稳定性,1949 年美国福特公司经过几年的努力,推出了新型的福特V8 型汽车(图4) ,这种汽车改变了以往汽车造型的模式,使前翼子板和发动机罩,后翼子板和行李舱罩溶于一体,大灯和散热器罩也形成整体,车身两侧形成一个平滑的面,车室位于车的中部,整个车象一只小船,因此称为“船型汽车”。
汽车空气动力学ppt课件
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。
12
迎风面积的定义
13
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
14
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 Fx Zc Fz X c pq S (Cd Zc Cz X c ) pq SLCMy
30
实际应用
31
较成功的整体气动造型轿车
32
33
34
35
气流速度V
边界条件气流速度为零 边界条件气流速度为零
边界条件出 口压力p
边界条件气流速度为零
36
参数设置：气流属性＼大气环境参数＼迭代参数等
37
38
39
40
汽车最优化设计过程
41
车头边角对CD的影响
42
车头流线型式对CD的影响
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无粘流绕二元圆柱的流动
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粘流绕二元圆柱的流动
19
车身表面压强分布特性
20
4、汽车气动阻力的组成
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。
汽车设计 汽车空气动力学
力差，所以 有时称为压差阻力。
干扰阻力是由汽车表面凸起的零件引起气流干扰而产生的阻力。
诱导阻力由升力所引起，因为实际上升力并不与汽车的行驶方向垂直，而是 向后倾斜，它的水平分力就是诱导阻力。 Cµ＝Cl2(π/λ) 式中: Cµ为诱导阻力系数；CL为量纲为一的升力系数； λ＝B0/L0 式中: B0为汽车宽度；L0为汽车总长度。
长4530mm~宽1740mm~高 1326mm
提高汽车空气动力性能的措施
一、改善轿车气动性的措施 (1)关注车身头部的造型 汽车头部造
型时，对于轿车应使头部尽量低矮， 且在俯视图中呈半圆形。 (2)注意车身表面各部件交接的过渡 如头部与前风窗下缘的交接处、前风 窗顶部与顶盖的交接处等过渡应圆滑， 防止气流分离而产生涡漩，以达到降 低空气阻力系数的目的。 (3)精心设计前风窗A柱及流水槽等 (4)注意前风窗与水平面的夹角 该角度 最好为40°±2°。试验证明，继续减 小这个角度不能得到更好的效果。 (5)注意车长的纵向形状 汽车的中部 应呈腰鼓形，且向后逐渐收缩的形状 为最好。 (6)注意沿汽车纵向的最大横截面的设 计
二、汽车前端形状对气动力特性的影响---分离点和附着点
由于附面层内的气流速度变慢而使附面层内的气体“堆积”起
来并逐渐变厚，于是会在距物体表面某一点K处的气体粒子失 去其动量，速度为零。气流在这一点流动方向发生改变，该点 称为分离点。 更靠近物体表面的气流方向变成负值，空气发生倒流。各个 分离点连成一片形成一个分离面，在分离面后部，产生了一个 个涡漩，涡漩被外层气流带走，同时又从分离面上卷进新的涡 漩以补充被带走的部分，这种现象称为分离现象。
空气动力学在汽车设计中的应用
空气动力学汽车作为一种商品，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一项综合构思，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一。
汽车造型主要涉及科学和艺术两大方面。
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。
但人与人之间始终存在着许多不同。
我们必须成认，所谓清一色的平等只能够创造出一种假象，而并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与差异性。
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。
目前局部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效劳，但要价不菲，20**曾有美国富商向宾西法尼亚订购了一辆价值300万美元的跑车。
消费者参与原始时期，人类使用的器物都是自己制作，并从制作过程中得到满足与成就感，这是人类的本能之一。
大工业生产包办了一切制作过程，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。
在不完全否认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一样，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。
第四章_汽车外形设计与空气动力学 PPT
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
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。
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％。
6.汽车空气动力学装置
• 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。
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
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。
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
•（4）汽车中部应呈腰鼓形,汽车纵向的最大横截面不宜过 分地前移,以降低汽车的升力系数值; •（5）汽车的底部形状最好采用整体平顺的底板,减小升力. •（6）汽车车身的后部采用逐渐缓慢收缩的长尾式. •（7）注意驾驶室向后部车厢的过渡,避免形状的突变.
•一、汽车的空气动力学性能
•一、汽车的空气动力学性能
•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！
•一、汽车的空气动力学性能
•（2）在汽车前端底部、后端加扰流板
•一、汽车的空气动力学性能
•（3）车尾地板向上翘起一个角度
•一、汽车的空气动力学性能
•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
•进行结构及工艺设计的详细考虑，使模型车基 本接近于真车。
58%
9%
7% 14%
12%
理想型跑车 CD=0.20
70%
20%
0 5%
5%
•一、汽车的空气动力学性能
•3.汽车的空气升力
•正比
•升力产生的原理
•f(x •上下表面曲 •CZ ) 率
•反映了车身形•差上状下和表位面置压状 态对升力的影响程度，是 评价汽车升力特性的重要 指标。
•提示：为安全考虑，减小气动升力比降低气动阻力更为重要!!!
•质心C．G． •气动力F：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。 •风压中心C．P．：合 力在汽车上的作用点。
汽车设计 汽车空气动力学
空气动力学是物理学的一个分支，是研 究物体在空气中作相对运动时，物体与空气 间相互作用关系的一门学科。
应用于汽车的空气动力学基本原理
根据理想流体的伯努利(Bernoulli)压力平衡原
理，气流的动压力和静压力之和应是常数，即
p q 常数
式中，v为空气的流速(m／s)；
或
p
空气的分离现象及涡漩的形成
在汽车前部有一个很小的层流区域，其余部分都是湍流，故可以认为汽车的所有表面实 际上均由湍流附面层所覆盖。
不同车型的车身压力分布
汽车前端形状对气动力特性的影响
汽车前端的形状与结构对气动力特性的
影响甚大，最佳的车头形状应是不使气 流产生剥离。理论上汽车的前端应为流 线形最好，好的前端造型可使其气动阻 力系数变为负值，达-0．015 但γ角降到30°以下时再降低此角，对 降低气动阻力系数和升力系数的效果是 很小的，反而会牺牲车室内的空间。
2)外部气流在通过散热器内部空气通道等处时，由于摩擦、漏气及涡流而损失 了动量。 这些动量损失是内部气动阻力的主要来源，可用下式表示为
vt
vf va
1 C pe 1 g c r f e
式中，vt为通过散热器的平均风速； vf为散热器前的平均风速；va为车速； Cpe为出口的压力系数； ξg为散热器等价压力损失系数； ξc为冷却系水箱的等价压力损失系数； ξr为冷却系冷凝器的等价压力损失系数； ξf为冷却系风扇的等价压力损失系数； ξe为冷却系管道的等价压力损失系数。
承受各种侧向力的能力。
减小升力的措施
将汽车的各个横截面形 心的连线称为中线， 中线的最前端和最后端 分别称为前缘和后缘， 前缘和后缘的连线称为 弦， 弦与汽车行驶方向的夹 角称为迎角。 弦前高后低，则迎角为 正值；弦前低后高，迎 角为负值，
空气动力学与汽车造型
２０ ０ ２年 ９ ， 目
Ｓ ｐ．２ Ｏ２ ｅ ０
文章 编 号 ：０ ６—３ ９ （０ ２ ０ １０ ２ ３ ２ ０ ）３一Ｏ ４ Ｏ ６—０ ４
空气 动 力 学 与 汽 车 造 型 ‘
李 军 ，邓 晓 刚
（ ． 庆工 商 大学 机 械 系 ， １重 重庆 ４ ０ ３ ； ． 庆 大学 机 械学 院 ， 庆 ４Ｏ ４ ） ００３ ２重 重 Ｏ Ｏ４
摘
要 ： 过 分 析 空 气 动 力 学对 汽 车造 型 的 影 响 ， 明 空 气 动 力 学 与 汽 车 的 造 型 有 着 十 分 密 通 说
切 的 关 系。 空 气 动 力 学 的发 展 推 动 了汽 车 造 型 的 发 展 ， 汽 车 造 型 的 发 展 ， 过 来 又 促 进 空 气 动 而 反
究 了侧 风 的稳 定 性 。４ ｏ年代 ， 另一 位 法 国 人 Ｌ Ｒ ｍ ｎ 在 诱 导 阻 力 方 面 作 了 大 量 的研 究 工 作 并 提 出 了许 ． ｏ ａｉ
多独到 的见解 。６ ０年代初 ， 国人 Ｒ Ｇ． ． ｉ 在进 行 了风洞 实验之 后 ， 出 了轿 车外形 特征 于 阻力 系 英 ． Ｓ ｔ ｅ 找 数之 间的关 系 ， 出了一 整套估算气动阻力 系数 的方 法。７ 年代 ，．ｅ ｏ —Ｒ ｌ ｉ 提 ０ ＪＳｉ ｒ ｙ ｋ 总结 了前人 的成果 ， ｂ ｓ 为 汽车 空气动力学 成为－ ｆ独立学科 奠定 了基础 。我 国是在 ８ 年代 才较 为系统地研究 汽 车空 气动力学 。 － ｑ ０
（ １的时代 是汽 车发展 的初期 阶段 ， 图 ） 技术 尚未成熟 ， 在车身造 型上 没有引进空气 动力学 的原理 。
收 稿 日期 ：０ ２—０ ２０ ５—１ ５
车辆空气动力学与车身造型
车辆空气动力学与车身造型空气动力学（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。
下面就谈谈赛车中空气动力学的应用。
我们从日常生活的经验知道，当风吹向一个物体时，就会产生作用在物体上的力。
力的大小与风的方向和强弱有关。
比如说轻风徐来，我们的感觉是轻柔舒适（力量很小）；飓风袭来，房倒屋塌，势不可挡（力量很大）。
这说明当风速达到某种程度时，就不能忽视它的影响。
对赛车来说，是车运动，大气可视为不动，相对运动的关系是一样的。
一般大致在车速超过100公里/小时（km/h）时，气流对车辆产生的阻力就会超过车轮的图1：行车阻力随车速的变化情况滚动阻力。
这时就必须考虑空气动力的影响。
如图1所示。
其实气动力对赛车的影响，不只是行车阻力，还有对发动机的进、排气，车辆行驶的稳定性，过弯速度，以及刹车距离，甚至轮胎温度控制等等。
1．空气动力学的基本概念和基本方程空气动力学，属流体力学的范畴，是研究以空气作介质的流场中，物体所受的力与流动特点的科学。
赛车空气动力学属低速空气动力学。
高速流和低速流在空气压缩性上有很大差别，通常用M数（也称为马赫）来划分。
若定义流速V与大气中声音的传播速度a之比为M数，则M=V/a。
大气中小扰动的传播速度是和声音的传播速度相同的，M=1后，会出现激波，气动特性发生很大变化。
一般M>>１为高超音速范围，主要是弹道导弹等的飞行；M>１为超音速，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。
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继续缩短设计周期 。1999年ford和GM宣布实现全新车型开发周期为22
个月和24个月,最终目标是12—18个月。
汽车车身结构与设计
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二、汽车造型技术与方法
✓ 汽车造型设计的发展过程 ✓ 汽车造型技术与方法
汽车车身结构与设计
2
一、汽车的空气动力学性能
1.汽车行驶时所受到的气动力和力矩
质心C．G． 气动力F：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。 风压中心C．P．：合 力在汽车上的作用点。
F Fx Fy Fz
F
Pq SCF
1 2
2SLCMX
汽车车身结构与设计
5
一、汽车的空气动力学性能
2.汽车的空气阻力
Fx
1 2
2SCD
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
汽车车身结构与设计
6
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
（4）造型彩色效果图
汽车车身结构与设计
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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
汽车车身结构与设计
35
谢 谢!
36
•
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一、汽车的空气动力学性能
（3）导流罩
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
（4）隔离装置
是沿汽车中心线垂直 地安装在牵引车和半 挂车间的平板。
可改善因侧向风引 起的通过牵引车和 半挂车间间隙的水 平气流；
当与导流罩连用时， 可稳定导流罩的尾 流，从而保证导流 罩的效能。
汽车车身结构与设计
汽车车身结构与设计
33
二、汽车造型技术与方法
3.汽车造型技术与方法
（1）收集资料信息形成造型设计概念 ➢借鉴、继承和改进; ➢征得消费者对汽车的意见和期望; ➢每年参加各地举办的汽车展览会; ➢收集市场的信息反馈.
（2）获得造型设计的基本硬点-控制线图 总布置设计、局部改型设计的控制关系
（3）造型构思草图
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
5.2 利用附加装置减小风阻 （1）前部扰流器
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一、汽车的空气动力学性能
（2）后部扰流器
可使后窗后部的负压力降低； 又可引导气流将后窗表面清洗， 避免尘土附着而影响后视野
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
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.
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
5.改善汽车空气动力性能的措施
5.1 汽车外形的设计 （1）汽车头部的平面和侧面形状轮廓线应尽量圆滑
0.25 CD 值
0.29
0.30
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
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二、汽车造型技术与方法
1.汽车造型设计的发展过程
（1）造型设计的原始阶段(1950年以前) 汽车造型设计作为一个兼具技术和艺术要求的行业诞生。
（2） 造型设计的发展期(1950-1969)
（3） 造型设计的成熟期(1970-1989) （4） 造型设计的辉煌期(1990年以后) （5） 汽车造型设计技术的发展现状
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
（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。
（5）斜背加”鸭尾”
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一、汽车的空气动力学性能
4.汽车的空气动力稳定性
风压中心在质 心前边不好！
汽车车身结构与设计
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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一、汽车的空气动力学性能
汽车车身结构与设计
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精益求精，追求卓越，因为相信而伟 大。202 0年12 月17日 星期四 上午5时 25分35 秒05:2 5:3520. 12.17
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让自己更加强大，更加专业，这才能 让自己 更好。2 020年1 2月上 午5时25 分20.1 2.1705:25December 17, 2020
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这些年的努力就为了得到相应的回报 。2020 年12月1 7日星 期四5时 25分35 秒05:2 5:3517 December 2020
CZ XC )
1 2
2LCMy
式中 Xc，Zc——风压中心到质心的距离； L——特征长度，一般指汽车轴距； CMy——俯仰力矩系数。
横摆力矩Mz (以汽车右偏为正)：
MZ
Fy X C
1 2
2SCy X C
1 2
2SLCMZ
侧倾力矩Mx(以汽车右倾为正)：
Mx
Fy ZC
1 2
2SCZ ZC
1 2
第六讲 汽车造型设计与空气动力学
————《汽车车身结构与设计》课程
教 师: 李 迪 专 业：车辆工程 学 院：交通与车辆工程学院
2006年11月6日
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概要
❖ 汽车空气动力学性能
✓ 汽车行驶时所受到的气动力和力矩 ✓ 改善汽车空气动力性能的措施 ✓ 汽车空气动力学的发展阶段 ✓ 整体优化法设计
❖ 汽车造型设计
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一、汽车的空气动力学性能
6.汽车空气动力学的发 展阶段
降低气动阻力
气动升力及侧风稳定性
驾驶室内流、发动机冷却、 空气动力噪声及消除车身 上泥土附着等
汽车车身结构与设计
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一、汽车的空气动力学性能
（1）基本形状造型阶段（1900——1930） 注意了空气动力特性，直接将水流和气流中的合理外形应 用到汽车上。
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一、汽车的空气动力学性能
3.汽车的空气升力
Fx
1 2
2SCZ
正比
f(x) 上下表面曲率
CZ
上下表面压差
升力产生的原理
反映了车身形状和位置状 态对升力的影响程度，是 评价汽车升力特性的重要 指标。
提示：为安全考虑，减小气动升力比降低气动阻力更为重要!!!
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一、汽车的空气动力学性能
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
58%
9%
7% 14%
12%
理想型跑车 CD=0.20
70%
20%
0 5%
5%
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爱情，亲情，友情，让人无法割舍。2 0.12.17 2020年 12月17 日星期 四5时2 5分35 秒20.12. 17
谢谢大家！
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2.汽车造型遵循的原则
➢满足汽车用户需求：国家、地域、民族文化、时代. ➢法规需求：与造型有关的法规如视野,前后保险杠,灯具,牌 照尺寸和碰撞安全性等. ➢适应技术进步：
造型设计通过数字化曲面构造、数控加工模型,在数控 模型上少量修改便定型是未来汽车开发的主要形式,可以大 大缩短开发时间和提高开发质量. ➢具有完美的形象; ➢良好的空气动力性; ➢良好的工艺性; ➢材料的装饰效果.
生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热 爱。20. 12.1720 .12.17 Thursday , December 17, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 5:25:35 05:25:3 505:25 12/17/2 020 5:25:35 AM
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做一枚螺丝钉，那里需要那里上。20. 12.1705 :25:350 5:25De c-2017 -Dec-2 0
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一、汽车的空气动力学性能
（2）车头前端应尽量低矮
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一、汽车的空气动力学性能
（3）头部与前风窗下缘的交接处,前风窗顶部与顶盖的交接 处以及前风窗两侧的拐角等过渡区域都应尽量地圆滑
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一、汽车的空气动力学性能
（4）汽车中部应呈腰鼓形,汽车纵向的最大横截面不宜过 分地前移,以降低汽车的升力系数值; （5）汽车的底部形状最好采用整体平顺的底板,减小升力. （6）汽车车身的后部采用逐渐缓慢收缩的长尾式. （7）注意驾驶室向后部车厢的过渡,避免形状的突变.
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科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午5 时25分 35秒上 午5时2 5分05:25:3520 .12.17
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每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 1720.1 2.1705:2505:25 :3505:2 5:35De c-20