第三章汽车空气动力学.
空气动力学第三章
（3.13）
γ /( γ −1)
（3.14）
⎡ ⎤ ⎥ γ +1 c ⎢ = ⎢ ⎥ c* ⎢ 2(1 + γ − 1 M 2 ) ⎥ ⎣ ⎦ 2
1/2
（3.15）
考虑能量方程：
V = 2c p (T0 − T ) = 2γ R (T0 − T ) γ −1
& m G * = ( ) max A
R (1 + γ − 1 M 2 )(γ +1)/[2(γ −1)] 2 & p γ 2 (γ +1)/(γ −1) m = *= 0 ( ) A T0 R r + 1
γ
M
A G 1 2 γ − 1 2 ( γ +1)/[ 2( γ −1)] M )] = = [( )(1 + * A G M γ +1 2
γ − 1 *2 M γ +1
马赫数和临界马赫数的关系曲线如图3.6所示：
当M<1时,M*<1; 当M=1时,M*=1; 当M>1时,M*>1; 当M趋近无穷时;
M* = r +1 r −1
• 3.4 由马赫数表示的质量流流率
& m G = = ρV A
ρ = p / RT
c = γ RT
V γ G = p( ) c RT
V2 = M2 γ RT
T0 γ −1 2 = 1+ M T 2
（3.4 ）
cp =
γR γ −1
公式（3.4）实用于绝热流动和等熵流动。
对于完全气体的等熵流动，其压力和密度与温度的关系 为： p0 T0 γ /(γ −1) ρ0 T0 1/(γ −1) =( ) =( ) T ρ p T 将上述公式与（3.4）结合起来，可以得到压力和密度由 马赫数来表示的关系式如下：
第三章 汽车空气动力学
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气动阻力由五部分组成：
1. 2. 3. 4. 形状阻力，占总阻力58%； 诱导阻力，占总阻力7%； 摩擦阻力，占总阻力9%； 干扰阻力，占总阻力14%； 这几部分阻力的大致比例 如图3-2所示。
图3-2
5. 内循环阻力，占总阻力12%。
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3.2.1
形状阻力
当汽车行使时，气流流经汽车表面过程中，在 汽车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 。
2 C xi C y
C xi Fxi
1 Vr2 A 2
（3-1）
b2 A
式中，b为汽车宽度，m ；
为空气密度，kg
m3 m2 。 A为汽车正投影面积，
诱导阻力占总空气阻力的 7 0 0 。
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3.2.3
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，约占总 空气阻力的 9 0 0。
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第六节
侧风作用下的气动阻力系数
在侧风作用下直线行驶的汽车受到由行驶速度产 生的行驶风 (负号表示与行驶速度方向相反)和侧 风 r 的影响，气流流入合成速度 w 就是两者的矢量 和： w
其合成速度 与汽车轴线成 角 ( 图3-6 )。
r
r w 2w cos 式中 ' ——风与汽车轴线夹角。
汽车空气动力学
a) 后扰流器起作用
b) 后扰流器不起作用
后扰流器的形状和位置对CD的影响
车头产生负生力的原理
车头造型对前部气动升力的影响
车尾造型对后部气动升力的影响
后扰流器对表面压强的影响
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。
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, z, t 分别 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。
侧壁外鼓尺寸对CD的影响
顶盖上鼓尺寸对CD的影响
后风窗斜度对CD的影响
最佳车尾高度
实例: VW-Passat车后风窗斜度后后行李箱盖的高度对CD的影响
后体横向收缩对CD的影响
车身低部高度对CD的影响
车身低部纵倾角对CD的影响
车身底板纵曲率对CD的影响
前扰流板高度、位置和倾角对气动阻力的影响
2.4 伯努利方程式
空气动力学
四、空气的压缩性、膨胀性和流动性
1．压缩性（弹性） 当温度不变时， 一定质量气体的体积会随压强的大小 而变化，这种特性称为压缩性或称弹性。 2．可压缩流体和不可压缩流体 在流速不高，压强变化小的情况下，可以忽略压缩性的影 响，把气体视为不可压缩流体。在汽车空气动力学中我们 把空气当作不可压缩流体来处理， 这样在公式推导中可以 大为简化。 3．膨胀性 一定质量的气体其体积随温度变化的属性称为膨胀性。 4．流动性 气体的流动性是指在空气中运动的物体的通过性。 五、作用在气流微团上的力 1．质量力 某种力场作用在流体所有质点上的力称为质量力。 质 量力是非接触力，其大小与流体的质量成正比。如重力就 是力学中常见的质量力，它是由重力场所施加的。 单位质量所受的质量力称为单位质量力，它可表示 为：
ρ P = lim
Δv→ 0
Δm dm = ΔV dV
2．压强和温度 （1）任一点的压强
PP = lim (ΔN / ΔS ) =
Δs →0
（2）任一点的温度 1）基本型时期 (两个阶段) a 原始型阶段 b 基本型阶段 2）流线型时期（两个阶段） a 长尾流线型阶段 b 短尾流线型阶段 3）最优化时期 a 细部最优化阶段 b 整体最优化阶段 三、汽车空气动力学发展趋势 1. 气动造型与美学造型完美结合 2. 表面光顺平滑 3. 以低阻形体开发的整体气动造型与低车身高度 4.空气动力学附加装置与整体造型协调融合 5.车身表面无附件化 6.充分利用后出风口隔栅及发动机排放改善后尾流状况 7．楔形造型基础上的具有最佳弯曲线的贝壳型 第二章 空气动力学基本理论 第一节 空气的基本物理属性 第二节 气流运动的有关基础
目 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
录 绪论 汽车空气动力学基本理论 汽车的气动力 气动力对汽车性能的影响 汽车空气动力学设计 汽车车身表面污染与气动噪声 汽车空气动力学试验
汽车空气动力学性能研究
汽车空气动力学性能研究第1章引言随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的安全性能要求越来越高，特别是对汽车的空气动力学性能有了更高的要求。
汽车的空气动力学性能直接影响了车辆的稳定性、燃油经济性和行驶舒适性，是汽车设计中不可忽视的重要因素。
本文将主要讨论汽车的空气动力学性能及其相关研究。
第2章汽车空气动力学性能概述汽车的空气动力学性能主要包括气动力、阻力和升力。
气动力是指车辆在行驶时所受到的空气力，包括阻力和升力，阻力是指空气对车辆前进的阻力，而升力则是指空气对车辆垂直升力的作用。
汽车的空气动力学性能是由多种因素共同影响的，包括车身造型、气动系数、车与路面的接触、车辆速度和车辆尺寸等。
汽车的空气动力学性能研究起源于20世纪30年代，随着计算机技术的进步和气动力学实验技术的发展，汽车气动力学研究也逐步深入。
目前，汽车空气动力学研究主要集中在两个方面，一方面是通过计算机模拟来研究汽车在不同速度下的气动力学性能，另一方面是通过实验来验证模拟结果和优化汽车气动设计。
第3章汽车空气动力学性能计算方法现代汽车空气动力学性能计算方法主要包括两种，一种是通过数学模型来计算汽车的气动力学性能，另一种是通过计算流体力学方法来模拟汽车在不同速度下的空气流动情况。
数学模型是指通过数学公式来计算汽车的气动力学性能，该方法主要根据理论计算方法和试验数据来建立数学模型，然后使用数学模型对汽车的气动力学性能进行预测和优化。
数学模型的优点是计算速度快，而且可以在车辆设计的早期阶段进行优化，缺点是无法完全模拟汽车的复杂流态。
计算流体力学方法是一种通过计算机模拟来研究流体力学问题的数值方法。
它通过离散化流体问题来拟合模型，并利用高精度数值算法来求解模型方程。
该方法的优点是能够精确模拟汽车的复杂气动流动情况，得到非常准确的结果，但其缺点是计算时间较长，需要大量的计算资源和高性能计算机。
第4章汽车空气动力学性能实验方法汽车空气动力学性能实验方法主要包括隧道实验和道路试验。
汽车工程学-图文-2-3 汽车空气动力学
鱼型汽车
•1970～1980 •CD ～0.35
楔型汽车
•1980～1990 •CD ～0.3
后窗倾斜大，面 积大，降低了车身 强度 汽车高速行驶时 易产生很大的升力， 使汽车地面附着力 减小，使汽车行驶 稳定性和操纵稳定 性降低
16
车身整体向前 下方倾斜，车身 后部像刀切一样 平直，这种造型 能有效地克服升 力 楔型对于目前 的高速汽车，已 接近理想造型
14
14
汽车工程研究院
Automotive Engineering Research Institute
思 考
夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？
15
15
汽车工程研究院
Automotive Engineering Research Institute
箱型汽车
•1908~1931 •CD ～0.7
Automotive Engineering Research Institute
面与面交接处的棱角应为圆柱状。
19
19
汽车工程研究院
Automotive Engineering Research Institute
面与面交接处的棱角应为圆柱状。
过渡不理想
20
20
汽车工程研究院
Automotive Engineering Research Institute
尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。
23
23
汽车工程研究院
Automotive Engineering Research Institute
上掀式前照灯
24
24
汽车工程研究院
Automotive Engineering Research Institute
汽车空气动力学.
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, z, t 分别 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。
基本原则：
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
2.4 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。
2.5 分离现象与涡流
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
汽车动力学之空气动力学
•
•
1.空气动力学基础知识节
1.3 压力系数
定义
常用压力系数来表示物体在气流流场中表面各点压力的大小。 压力系数定义： CP =
P－P∞ V )2 C = 1 － ( ； 可整理为： P 2 V∞ ρV∞ /2
ＣＰ≤１。ＣＰ＝１处，Ｖ＝０，是驻点。
表示方法
矢量法 坐标法
汽车空气动力学
2.汽车空气动力与空气动力矩
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—形状阻力(Cd=0.053)； D—形状阻力(Cd=0.031)； E—形状阻力(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
•
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)）。
理想的发动机空气冷却系统
• • • • • • 气流通道为密封的直管道； 散热器面积大，进入的气流速度低； 全部气流都流经散热器； 通道面积变化缓和，无涡流产生； 流经散热器的气流为紊流； 可根据散热要求调节气流流量。
汽车空气动力学
4.空气升力
4.1 空气升力
车辆空气动力学
车辆空气动力学车辆空气动力学是研究车辆在空气中行驶时所受到的力学现象的学科。
它主要涉及到车辆在高速行驶时所面临的空气阻力、升力以及操纵性等问题。
这些因素对于车辆的燃油经济性、安全性以及性能都有着重要的影响。
一、空气阻力空气阻力是车辆在行驶过程中所要克服的主要力之一。
当车辆行驶在高速情况下，空气分子对车辆运动的阻碍会导致空气阻力的产生。
空气阻力的大小与车辆的形状、车身的前后端流线型以及车速等因素有关。
一般来说，车辆的空气阻力随着速度的增加而增大。
为了减小空气阻力，车辆的外形设计通常会采用流线型的设计，使得空气在车辆表面上的流动更为顺畅。
二、升力除了空气阻力外，车辆行驶中还会受到升力的作用。
升力是指车辆在行驶过程中由于车身产生的气流而受到的上升力。
当车辆的速度较高时，车身底部的气流由于速度较快而产生低压区域，而车顶部的气流则相对较慢，形成高压区域。
这种气流的不对称性会使得车辆产生一个向上的升力。
升力的大小与车辆的速度、车身的形状以及空气的密度等因素有关。
为了减小升力的影响，车辆的设计通常会采用一些辅助性的装置，如扰流板、车顶尾翼等来改善车身的气流分布。
三、操纵性车辆的操纵性也是车辆空气动力学中一个重要的问题。
当车辆行驶时，空气动力学力对车辆的操纵性有着直接的影响。
空气动力学力会改变车辆的稳定性、制动性以及悬挂系统的工作状态。
例如，在高速行驶时，空气动力学力对车辆的稳定性有着重要的影响。
车辆的稳定性是指车辆在行驶过程中保持平衡的能力，这直接关系到行车的安全性。
因此，在车辆设计中，需要考虑空气动力学因素对车辆操纵性的影响，并采取相应的措施来提高车辆的操纵性能。
综上所述，车辆空气动力学是一个重要的学科，它研究了车辆在空气中行驶时所面临的阻力、升力以及操纵性等问题。
这些问题对车辆的性能和安全性有着重要的影响。
因此，在车辆设计和制造过程中，需要充分考虑车辆空气动力学因素，以提高车辆的性能和安全性。
汽车空气动力学原理及其在设计中的应用
汽车空气动力学原理及其在设计中的应用汽车空气动力学是研究汽车在运动过程中与空气之间相互作用的科学。
它涉及到车辆的流体力学、气动设计、空气阻力等方面的知识。
本文将介绍汽车空气动力学的基本原理，并探讨其在汽车设计中的应用。
一、汽车空气动力学的基本原理1. 空气阻力在汽车行驶的过程中，车辆与周围空气之间会产生阻力。
这种阻力随着车速的增加而增大，称为空气阻力。
空气阻力是影响汽车速度和燃油经济性的重要因素。
2. 升力和下压力除了空气阻力，汽车在行驶中还会产生升力和下压力。
升力使得车辆产生抬升的趋势，会影响行车的稳定性。
而下压力则会将车辆压低，增加接触地面的力量，提高操控性和行驶稳定性。
3. 尾流和气流分离车辆在行驶中，空气会沿着车辆表面形成尾流。
尾流的合理设计能够减小空气阻力，并且对后续车辆的性能也有影响。
此外，当车辆速度较高时，空气可能会在车身某些区域分离，导致气动失稳的现象。
二、汽车空气动力学在设计中的应用1. 外形设计汽车的外形设计直接影响空气动力学性能。
合理的外形设计可以降低空气阻力，提高燃油经济性，同时保持较低的风噪和振动。
通过采用流线型车身设计、减小车辆的投影面积和边缘曲率，可以降低空气阻力系数。
2. 风洞试验风洞试验是研究汽车空气动力学性能的重要手段。
通过在风洞中模拟车辆行驶的环境，可以测量空气动力学参数（如空气阻力、升力、下压力等）以及流场分布情况。
这些数据可以用于优化车辆设计，提高行驶稳定性和能效。
3. 尾流管理尾流对后续车辆的影响不容忽视。
通过设计后部扩散器、尾翼等装置，可以减小尾流对后车的阻力影响，提高行车安全性和经济性。
4. 空气动力学仿真借助计算流体力学（CFD）技术，可以进行空气动力学仿真，预测车辆在各种工况下的气动性能。
这种方法可以快速获取车辆的空气动力学特性，辅助设计优化，减少试验成本和时间。
5. 轮胎气动学车辆行驶时，轮胎与路面之间的气流也会对车辆性能产生影响。
通过优化轮胎的花纹和刚度，可以减小轮胎气动噪声，提高车辆的操控性和舒适性。
【汽车空气动力学-胡兴军】第3章 汽车空气动力学概述
摩擦阻力是由于空气的黏性作用在车身表面上产生切向力而造成的， 约占汽车总气动阻力的6%～11%。
第3章 汽车空气动力学概述
3.1气动力和力矩 3.2气动力对汽车性能的影响 3.3汽车的气动阻力分类 3.4汽车的流场及流场参数 3.5汽车空气动力学的特点 练习题
3.1气动力和力矩
3.1 F 2
气动力对燃油消耗量的影响，是与汽车的种类、行驶道路的工况和使用 情况等密切相关，因为各种汽车气动阻力的大小是各不相同的。 图3-4为各种车辆的百公里油耗，从图中可以看出，轻型客车用于克服 气动阻力的燃油消耗量最大，为50%左右，其次是普通货车，为32%左右。
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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3.2.4
干扰阻力
它是车身外面的凸起物如后视镜、流水槽、导流 板、挡泥板、天线、门把手、底盘下面凸出零部件所 造成的阻力，占总阻力的14%。
3.2.5
内循环阻力
它是指为了发动机冷却和乘坐舱内换气而引起空 气气流通过车身的内部构造所产生的阻力，它占总阻 力12%。
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3.2.5
小结
减少气动阻力系数 CD C x 在车身造型设计中主要 采取下列措施 ： 1、 光顺车身表面的曲线形状，消除或延迟空气附面 层剥离和涡流的产生； 2、 调整迎面和背面的倾斜角度，使车头、前窗、后 窗等造型的倾斜角度有效地减少阻力的产生； 3、 减少凸起物，形成平滑表面； 4、 设计空气动力附件，整理和引导气流流向。
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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
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表3-1
名
称
代
号 美、日规定
德国规定
系数公式
Cx
气动阻力 Drag
侧向力 Side force 升力 Lift 侧倾力矩 Rolling moment 俯仰力矩 Pitching moment 横摆力矩 Yawing moment
Fx C x
F C
y y
DC
D
DC
D
r2 A 2
FX
S Cs
DC y
Cy Cz C
Mx
r2 A 2
FY
F C
z
x
z
LCL M C
R RM
LC
L
r2 A 2
FZ
M C
M C
y
Mx
RC
R
r2 AL 2
MX
My
M C
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影响因素：
1、车身形状 把车身前后端形心用直线连接，称此直线为中 线，此中线与水平面的夹角称为迎角。 中线前高后低，迎角为正，反之为负。正迎角 越大升力越大。 如果汽车风压中心处于中心之前，则升力对中 心造成俯仰力矩，使前轮更加有离地趋势，所以最 新设计的车身形状采取以下措施：
（1 ） 尽量做到风压中心与重心CMy CMz
r2 AL 2
MY
M z CMz M y C yM
N C N
r2 AL 2
MZ
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第二节
气动阻力
空气作用于车身的向后的纵向分力称为气动 阻力，这种阻力与车速平方成正比。为了克服气 动阻力所消耗的功率和燃料是随车速的三次方急 剧增加的，当车速超过 100km/h 时，发动机功率 有80%用来克服气动阻力，要消耗很多燃料。在 高速行驶时，如能减少10%的气动阻力，就可使 燃料经济性提高百分之几十。当前汽车设计师十 分重视降低气动阻力系数Cx，因为它对汽车动力 性、经济性和轻量化有很多好处。
2 C xi C y
C xi Fxi
1 Vr2 A 2
（3-1）
b2 A
式中，b为汽车宽度，m ；
为空气密度，kg
m3 m2 。 A为汽车正投影面积，
诱导阻力占总空气阻力的 7 0 0 。
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3.2.3
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，约占总 空气阻力的 9 0 0。
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第三节
升力和俯仰力矩
升力是由于汽车行驶中车身上部和车身底部空气 流速不等形成压力差而造成的。升力不通过重心时 对汽车产生俯仰力矩。 升力使车轮有抬升的趋势，减少驱动轮上的附 着力，对转向车轮的影响是升力使侧向最大附着力 和侧偏刚度降低，而使转向性能变坏。
现代高速汽车特别是赛车在设计上都力图减少 升力。
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。
图3-4 汽车的诱导阻力
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诱导阻力系数 C xi 升力系数 C y 间有如下近似关系：
（2 ）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迎角；
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( 3 ) 车身前部设阻风板后面设扰流板使后面翘起，如
第三章
3.1
汽车空气动力学
概述
3.2
3.3
气动阻力
升力和俯仰力矩
3.4
3.5
侧向力和横摆力矩
侧倾力矩
3.6
3.7
侧风作用下的气动阻力系数
汽车空气动力学试验
第一节
概述
定义：汽车在路面上行驶，除受到路面作用力外，还
受到周围气流对它作用的各种力和力矩。研究这些 力的特性及其对汽车性能所产生的影响的学科称为 汽车空气动力学。 汽车行驶中受到的气动力有迎面阻力、升力、 侧向力及这些力形成的俯仰力矩、侧倾力矩和横摆 力矩，他们的大小，大致都与空气对汽车的相对速 度的平方成正比，因此随着汽车行驶速度的日益提 高，其作用对汽车性能的影响也会愈来愈显著。
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气动六分力与坐标系：
汽车在行使时，受到气流的气动力作用，该作 用力在汽车上的作用点，我们通常称为风压中心，记 作C.P，由于汽车外型的对称性，风压中心在汽车的 对称平面内，但它不一定与重心（CG）重合。 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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气动阻力由五部分组成：
1. 2. 3. 4. 形状阻力，占总阻力58%； 诱导阻力，占总阻力7%； 摩擦阻力，占总阻力9%； 干扰阻力，占总阻力14%； 这几部分阻力的大致比例 如图3-2所示。
图3-2
5. 内循环阻力，占总阻力12%。
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3.2.1
形状阻力
当汽车行使时，气流流经汽车表面过程中，在 汽车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 。