第三章 汽车空气动力学分解
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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：
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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。
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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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重合；
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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。
（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
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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：
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
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。
P
PM
M C
M
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。
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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
回主目录Baidu Nhomakorabea
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
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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 。
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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：
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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。
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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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重合；
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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。
（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
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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：
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
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。
P
PM
M C
M
CMy CMz
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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。
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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
回主目录Baidu Nhomakorabea
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
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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 。