第五章(二) 货车的气动造型

（三）驾驶室和货厢之间的间隙对气动力的影响
• 为什么留间隙：发动机维修、转向等原因 • 1、 间隙处的流动特性 • 当间隙增大时，由驾驶室顶部流过来的气流向下偏斜，使厢体
上部的冲击区增大，正压区增大，同时气流向下流动的趋势增 强，从而干扰侧面的气流，虽然驾驶室后部的涡流增强，其压 差阻力有所增大，但不是主导因素，如图5－18a所示，当时， 驾驶室、底座的阻力变化很小，而厢体的阻力随S的增大有较快 的增大，原因如上所述。 • 图5－18b示出了驾驶室、底座、和厢体三者的气动阻力系数随β 的变化关系，由图知驾驶室和厢体阻力随β的增大而明显增大， 而底座的变化不明显。
• 3、 厢前体涡流稳定器
• 原理：形状厢前体的板状 物体，如图5－32
• 当β＝0时破坏厢体上的大 结构旋涡，使之强度下降， 不易影响下面的负压区， 从而减小正压区； 另一方 面可使驾驶室后部的旋涡 破碎静压回升，使驾驶室 的压差阻力减小，再者可 部分地防止气流横穿间隙， 从而使气动性能改善。
•有上述知，驾驶室的设计应和厢体的设计综合考 虑，才能获得好的效果。
2、不同形状驾驶室的厢式货车在侧风情 况下的气动特性
• 图4－14示出了两种（厢型和流线型）驾驶室 的厢式货车的侧风特性。
• a、 整车的侧风特性 由图4－14知：
• β减小：由于厢型驾驶室的导流作用，CT小于流线型 驾驶室的厢式货车。
不宜照搬，需根据风动试验确定有关数据。
三、货车的气动附加装置对气动力的影响
• 对于货车的基本形状进行合理设计，可以获 得好的气动力性能，但是由于车型结构上的 原因，将不可避免地产生不利于改善气动力 性能的流动机制，这时仅靠对基本形状进行 优化设计已不能带来好的效果，或根本无法 实现，这时可在某些部位加设一定的气动附 加装置，可获得好的效果，从而使气动力性 能更加改善，图5－21为某车型安装的气动附 加装置示意图。
• ＃、当β增大时，厢型驾驶室头部的迎风面积向小于 90度的方向发展，棱角起着导流作用， CT随着β增大 而有所减小。而流线型原来头部的正压区就不大，当 β ＝0时处于最佳状态，但随着β增大这种状态被破坏， 故CT增大。
c、 厢体的侧风特性
• ＃、从整体上看，流线型对应的厢体CT明显大 于厢型驾驶室对应的厢体，因为流线型驾驶 室不产生分离所带来的屏蔽作用。
•
B──匹配最好，正压区消除不分离；
•
C──低抛存在增压区，上部有分离。
• 图5－27是STYER导流罩后缘的安装高度和的关系，由图知当 h/H=0.2时即流谱对应B的情况。
• 当有侧风时气流的匹配变的不那么重要，由图5－28可知，在某 一β角下改变δ，变化较小。
• 2）其他形式的导流罩也存在同样的问题即x/l 和δ等参数的变化将改变 。
2、 导流罩的形式
• A型 靠自身的形状疏导气流，根据功能的不同又派 生出C、D两种。
• C型 只对流向顶部的气流起导向作用。 • D型 同时对流向顶部和侧面的气流起导向作用，有
侧风时效果较好，可减小30％。 • 如国产STEYR35型车安装C、D两种形式的导流罩在
无侧风的情况下，1：10模型的风洞试验结果减小22 ％和18％。 • B型 导流罩为直立于驾驶室顶部的板状物体，在驾 驶室顶部制造一个可利用的气流分离区，对厢体起屏 蔽作用，其设计参数需在风洞中试验确定。一般阻力 减小15％。
一、货车周围的流谱和压强分布
• 1、 流谱 研究流谱的意义：关心的问题主要 是阻力问题。
•
摩擦阻力
• 阻力 压差阻力───主要部分
•
诱导阻力
• 要研究阻力必须熟悉表面的流动情况。
• a 、头部：气流受到阻滞或滞止，流速下降压
强升高。故在头部存在一个较高压强的正压 区，是压差阻力的主要来源。
• b、 顶部气流：在驾驶室顶缘分离后 又附着，在驾驶室顶部向后流动直接冲 击厢体高出驾驶室的部分，形成较高压 强的正压区，由于该区域产生涡流，正 压区借助旋涡而扩大；另一方面，在这 一高压作用下部分气流沿间隙向下流动， 在厢体下部侧缘向两侧分流，加剧侧缘 处的分离；在顶缘形成较大的气流分离 区，形成负压，影响稳定性。气流在分 离区之后附着向后流动进入尾流。
3、旋涡对气动性能的影响：
• a、 消耗能量 生成、脱落、旋转均消耗能量，这些能 • 量消耗均体现为汽车前进的阻力，故旋涡可使增 • 加。 • b、 污染：旋涡的旋转将其所携带的尘土抛洒在汽车表 • 面形成对汽车表面的污染，影响驾乘人员的视线。 • c、 气动噪声：旋涡在某些部位的生成和脱落将使该部 • 位的压强交替变化，使之产生高频振动，产生不同 • 频率的气动噪声。 • d、 某些部位的旋涡区可使车体产生屏蔽作用，如后述 • 的厢式货车驾驶室顶部的气流分离区即有这种功能，虽
§5－2 货车的气动造型
货车空气动力学的重要性： a、 货车的设计趋势 船式货箱厢式货箱 转化， 本讲义以厢式货车为主进行讨论。 b、由于该车型迎风面积大、阻力大，在正 常的速度区间内 36－61％的发动机功率为 空气动力所消耗。若气动阻力下降1％而获 得的节油量是小轿车的十几倍。 货车空气动力学愈发受到人们的重视。
2、 三种不同间隙值的货车的气动性能
• A、 间隙小β＝0时， Cxmin , β增大时CT增量小。
• B、 间隙较A大， β ＝0时，Cx增大， β增大时CT增
•
加较快。
• C、 间隙最大 β＝0时， Cx最大， β增大时CT增加
•
较快。原因如前述。
•
3、 开式货厢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位的影响
• 当开式货厢 有高于驾驶 室的货物时， 也产生前述 整体式货厢 的流动特性， 图5－20是当 货物在不同 的货位时的 气动性能.
B型：驾驶室作了园化处理，驾驶室上的气流不分离 或者分离区较小，故H增大，冲击作用增强，阻力增 大，且H愈大阻力增加愈快。
2、 形状基本不同的驾驶室
• A—普通型 B──流线型 C──方型 • 分析：由图知，当h＝0时，驾驶室的阻力在
总阻力中占很大的比例，此时，流线型的最 小，当h增大时，变化同上述分析。对于普通 型和方型，当h由0开始增大时，导流罩的作 用使下降，达到一定数值时，阻力最小，普 通型──0.6m，当h进一步增大时阻力上升。 • 结论：不同驾驶室对应不同的Cx──h曲线，对 于流线型的驾驶室最好不要增加h，对于方型 和普通型，在一定范围内增加h可以使阻力下 降，但有一最佳值。
• β增大：上述导流罩作用破坏，而驾驶室的气动性能 又明显不如流线型驾驶室，随着β增大， CT增加较快， 而流线型车增加较慢，但流线型车随着β增大，直接 冲击厢体的气流量减小，故随着β增大， CT增加较慢。
• b、 驾驶室的侧风特性
• ＃、从两种驾驶室的总体情况看，流线型明显低于厢 型驾驶室的厢式货车。
• 厢式货车的外形是大同小异的 • 同──均由厢体和驾驶室构成。 • 异──造型上的细微差异和尺寸的不同，
从而区分出气动性能的优劣，如何处理 车型的细微之处，是造型人员施展才能 的所在，该部分分为车体基本外形和附 加装置进行讨论。该部分为要讨论的第 一部分。
•（一）驾驶室的形状
• 1、 不同形状驾驶室的气动特性
• c 、底部气流：类似于轿车底部的流动，由于离地间 隙大，进入底部的气流量相对增多，加之底部粗糙， 阻力大P和侧面VP,故侧面下部向上翻卷的螺旋 流较强。
• d、 侧面气流：侧面气流：对于具有较大曲率的前面 板和较大半径圆弧侧缘的驾驶室，由正面向侧面折转 的气流平顺，不分离地沿侧面流动，对于前面板曲率 较小、侧缘又是棱角的驾驶室，将在侧缘产生气流分 离，产生气流分离区，流过这个区域后又附着在驾驶 室的侧面向后流动，在驾驶室后缘分离，加之厢体侧 缘的影响和间隙处的下行气流，厢体侧缘将诱发较大 的气流分离区，又加之底部的上卷旋涡，将在侧面形 成较强的螺旋流，对于某些车型这个螺旋流将发展到 厢体顶部，如图5－8所示，这种螺旋流将使增大，同
然旋涡本身要消耗能量，但收益大于消耗，净收益可使 气动阻力下降。
•
4、切向力系数：如图5－11所示
T
CT 1 V 2 A
2
其大小和 β有关。由 CT的定义β＝0时即
图5－12是几种车型的 CT － β曲线，由图 知随车辆外形的增
大
随β 的增量
增大。CT CX
CT 0 CX
二、货车外形对气动力的影响
• 3）高顶驾驶室 这种设计将驾驶室顶部设计 成导流罩的形状，不仅阻力减小，而有效地 增大了有效内部空间，改善驾乘人员的舒适
性，如图5－29所示。
（二）侧风装置
• 导流罩可有效的改善β＝0时 的气动特性，为改善有侧风 时的气动特性，往往采用以 下几种气动附加装置：
• 1、 驾驶室和厢体之间的密 封板
（一）导流罩
• 1、 改善气动特性的机理 • 厢体前部是一正压区，并诱发侧缘和顶缘的分离，
从而使气动阻力系数和气动升力系数增大，若在驾驶 室上部安装导流罩，可造成下述流动机制，改善气动 性能： • a、 靠导流罩自身的形状疏导气流向后流动避免对厢 体的冲击，避免正压区和分离区的产生。 • b、 靠导流罩制造的旋涡区起屏蔽作用，产生同a的 同样功效。 • 图－22和图5－23为某种车型安装导流罩后的流谱和 压强分布情况。
• ＃、 β增大时，流线型驾驶室对应的厢体CT变 化不明显，而厢式驾驶室的厢体随β增大上述 的导流效果减弱，故CT明显增大。
（二）货厢的高度对气动力的影响
• 由上述知，驾驶室的气动特性对整车的影响较大，故 分析厢体高度对的影响，必须区分驾驶室的情况。
A型 ： 由于存在分离区的导流作用，使气流上抛，当 H较小时抛射角相对较高，在厢体前缘仍不能附着， 所以阻力较大；当H逐渐增大时，导流作用得以发挥， 故H增大阻力下降，达到某一数值时阻力最小，这时 气流匹配得当，当H进一步增加时，破坏了这种最佳 匹配，气流折射不足，仍有部分气流冲击厢体，故H 越大，阻力越大。
• 原理：当有β角时气流横穿间 隙，迎风面积增大，尾涡区 增大，阻力增大，当安装密 封板时，可以防止气流横穿， 改善气动特性。图5－30示出 了其结果，由图知5～150 范 围内最大，收益可达15％。
• 2、 侧裙
• 机理：当β≠0时气流横穿底部，冲刷底部的 粗糙物和粗糙表面，破坏了β＝0时的最小阻 力流谱，阻力增大，当汽车侧面底部安装侧 裙时，可以防止气流横穿，改善气动特性。 由图5－31知β＜50时，β增大Cx迅速增大；在 β≤200时均有效果。另外还有其他优点，防止 泥水飞溅、人或小汽车钻入汽车底部。
• a、厢型驾驶室 各前缘均是棱角或较小半径的圆弧过 渡，因此均有分离，分离区对厢体起着屏蔽作用，避 免气流直接冲击厢体，从而避免了厢体上的正压区， 单从驾驶室的形状看，气动特性不如流线型的驾驶室， 但由于屏蔽作用，使整车的气动特性优于流线型驾驶 室的厢式货车。
• b、流线型的驾驶室 无分离区或分离区较小，气流在 分离区后附着，沿壁面高速流动，直接冲击厢体高出 驾驶室的部位，在侧面则冲击宽出驾驶室的部位，使, 这种驾驶室自身的气动特性优于厢型驾驶室，整体性 能有时不如厢型驾驶室的气动性能。如图5－13所示。
3、 导流罩的安装参数对气动性能的影响
• 1） 以平板式为例 如图5－25所示
• a、 角度改变时将改变气流的向上抛射角度。
• b 、 x/l的改变也将改变气流和厢体之间的相对位置，从而也将 改变气流的匹配状态，Cx也将改变，在几个角度之下，x/l＝0.3
时，x/l 相对较小，角度和x/l两者决定着最佳匹配状态的产生， 其流谱如图5－26所示：A──上抛过高增压区消除，但分离区较 大；
4、 厢体前缘园化
•
某种车型当厢体前上缘采用园角时，半
径取一定的数值时，气动阻力系数可下降8％，
原因：利于气流向上折转，疏导前部正压区
内的气流，使正压区减小，同时上部的气流
分离区减小，故气动阻力系数减小。
•
以上讨论了驾驶室的形状、厢体高度和
间隙等对气动阻力特性的影响，所获得的数
据都是对于一定的车型而言的，仅供参考，
时对稳定性构成较大的影响。
、 e 尾流：尾流由侧面螺旋流＋上卷旋涡＋下卷旋
涡构成，是一个复杂的涡系，使气流能耗加大，加之气 流由前到后的不可逆损失，后部将呈现较强的负压。是 压差阻力的重要来源。
• 2、压强分布
• 如图5－10所示 前部正压区──压差阻力
•
顶部负压───阻力、稳定性
•
后部负压─── 压差阻力