第五章(二) 货车的气动造型

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• #、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。
(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。
• 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。
• 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。
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
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。
• #、 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。
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%。
• 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
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。
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
•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。
§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、 开式货厢货位的影响
• 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──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 。
• 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பைடு நூலகம்形状
• 1、 不同形状驾驶室的气动特性
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;
• 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
• 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。
(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。
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

随β 的增量
增大。CT CX
CT 0 CX
二、货车外形对气动力的影响
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。
• 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。
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