10-汽车的空气动力性

第十章汽车的空气动力性

§0.前言

§1.空气动力学基础知识

§2.汽车空气动力与空气动力矩

§3.空气阻力

§4.空气升力

§5.空气侧向力

§6.空气动力学装置

§7.空气动力学试验

§0 前言

空气动力

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空气动力学对汽车性能的影响

轿车空气动力性的差异可使空气阻力相差达30%，燃油消耗相差达12%以上。

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汽车空气动力学的研究内容

–研究汽车运动时，空气对汽车的作用。

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§1.空气动力学基础知识

对于定常流动，流过流束任一截面的流量彼此相等，即

= ······=常数），有

连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的表现形式。

汽车周围的空气压力变化不大，可近似认为空气密度不变。

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§1.空气动力学基础知识

——流体的重力势能、压力势能、动能之和为一常数。

当气体流速不太高时，密度ρ可视为不变，且气体的重力很小，则伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表现形式。

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吹纸条热水淋浴器

球浮气流：

发动机化油器喉管

§1.空气动力学基础知识

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1.2 空气的粘滞性和气流分离现象

对于上下对称，左右对称的物体，在气流中所受流体作用的合力应

在粘性气流中，

所受合力不为

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附面层(Boundary Layer)

由于流体的粘性，靠近物面处的流体有粘附在物面的趋势，于是有一流速较低的区域，即为附面层。

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顺压梯度和逆压梯度

顺流动方向压力降低。（流速↑，压力↓）

顺流动方向压力升高。（流速↓，压力↑）

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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

时，气流开始分离。靠近物面的气流先停止流动，进而反向流动，形成涡流区，将继续流动的气流与物面隔开。

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在物体背流面，流束的扩展受到尾流区的限制，使流束截面比迎流面小，其压力较迎流面低。而尾流区的压力与相邻流体压力接近。这就使物体

逆压梯度越大，越易分离。

紊流可使主气流中的能量更多地传递到附面层，比层流更不易分离。

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1.3 压力系数

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。

V

= 1－( )2

V

∞

坐标法

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§2.汽车空气动力与空气动力矩

空气阻力(Drag)Ｄ、空气升力(Lift)Ｌ、空气侧向力(Side Force)Ｓ。

，就有一附加力矩，其三个分力矩分别为：

、横摆力矩

(Pitching Moment) M

Y

成正比，与汽车迎风面积Ａ成正比。常表示为与动压力、迎风面积成正比的形式：

是表征汽车空气动力特

性的重要指标，它主要取决于汽车外形，也与

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Z

Al

Al

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§3.空气阻力

C D总值：0.45

A——形状阻力(C D=0.262)；

B——干扰阻力(C D=0.064)；

C——内部阻力(C D=0.053)；

D——诱导阻力(C D=0.031)；

E——摩擦阻力(C D=0.040)。

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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

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•后背倾角与空气阻力

分离点在后背上时，后背倾角增大，尾流区增大。

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3.3 诱导阻力(Induced Drag)

在侧面由下向上的气流形成的涡流(vortice)的作用下，车顶上面的气流在后背向下偏转，使产生的实际升力有一向后的水

平分力，这个分力就是诱导阻力。

洗流不易分离。

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：随后背倾角增大，诱导阻力增大；随分离点前移，增大：随后背倾角增大，形状阻力先减小，再增大；分离点前

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形成稳定的气流分离线；减小转角处产生的诱导阻力。

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3.4 干扰阻力

干扰阻力是由于车身表面的凸起物、凹坑和车轮等局部地影响着气流流动而引起的空气阻力。

气流流经物体时流速增加，另一物体置于这被加速了的气流中时，就会受到更大的空气阻力作用。两物体距离越小，干

扰阻力越大。

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凹槽的方向有垂直于和平行于气流方向两种典型状况。

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车轮旋转

旋转车轮在气流中

路面上的旋转车轮在气流中在流体中运动的旋转圆柱受到力作

车轮旋转使车轮上的分离线前移，因此有一较大的空气阻力。

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轮罩的遮挡，减弱了车轮旋转对气流的干扰，降低了空气阻力。

在轮罩中的转动车轮，在其前侧面和前下部有气流向外流动，对主气流

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3.5 内部阻力

流经车身内部的气流对通道的作用以及流动中的能量损耗，产生

流量大。是减小内部阻力的主要研究对象。

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§4.空气升力

不同，空气升力系数也不同。

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