空气动力阻力与载货车导流罩

空气动力阻力与载货车导流罩(2008-06-14 09:48:45)标签：汽车

仔细观察现在的新型载货汽车,大家会发现,很多载货车驾驶室顶部多了一顶"帽子",这给原本就高大威猛的载货车又增加了些许生气。这顶帽子被称为导流罩,它的主要作用是可以有效地减小载货车高速行驶时的空气阻力和降低燃油消耗。

空气阻力是汽车在空气介质中行驶,汽车相对于空气运动时空气作用力在行驶方向形成的分力,空气阻力与汽车速度的平方成正比,车速越快阻力越大。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大,则会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。据国外常规统计,一辆载货车以96 km/h的速度行驶时,其发动机功率的近50%都消耗在克服空气阻力上。减少空气阻力是有效改善汽车燃油经济性的途径之一。

空气阻力可由公式F=(1/2)CρAv2 计算。式中:C为空气阻力系数;ρ为空气密度;A为汽车的迎风面积;V为汽车与空气的相对速度。

由上式可知,正常情况下空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积成正比,与速度平方成正比;因此,卡车制造厂商的设计者在进行产品设计或改进时重点考虑C和A这2个参数。A值受使用空间的限制,不易进一步减少,所以降低空气阻力的主要手段是减少C值。空气阻力由形状阻力(58%) 、车身外附加件阻力(14%) 、内循环阻力(12%) 、表面摩擦力(9%) 、举升力的水平分力(7%)等几部分组成, 由其组成比例可知,C值的大小与汽车的外形有很大关系,良好的流线型对于高速行驶的卡车来说至关重要。

为了减少空气阻力,近年来国内外除了研制开发造型独特的流线型车身外,还在一些车型的驾驶室顶部安装导流罩,以增加车身的流线型,引导流过驾驶室上方的气流,从而减小整车的C值,有效提高车辆的动力性和经济性,保证车辆的高速性能。

导流罩的特点

目前的新型导流罩已由整体式取代了原主翼与两侧组合的型式;正、侧面都压有设计精美的加强筋或在背面附加骨架,以承受汽车行驶时的风力:导流罩本体材料采用优质薄钢板、铝合金板冲压或用玻璃增强聚脂纤维热压成型;而且导流罩在驾驶室上装配连接方式极为简单,一般用螺钉或拂钉固定,有的还焊接在驾驶室上,也有的驾驶室与导流罩做成一体,导流罩本身就是驾驶室的车顶。

对于厢式半挂车来说,由于牵引车与半挂车之间均有lm左右的间距,如果行驶中遇有侧向风会产生扰流,也会增大空气阻力;因此,目前有些车型已增有挡侧风扰流的装置。

导流罩的使用效果

自世界能源危机出现以来,为了降低燃油消耗量,各汽车生产商对载货车空气阻力的研究极为重视,设计者在C和A值两者间进行平衡,在保证驾驶室利用空间的前提下使C值最小,并采取各种措施进行试验,其中风洞试验是汽车制造厂商在设计过程中所普遍采用的方法。

风洞试验是模拟汽车道路行驶的试验,主要为了提供汽车行驶时的气流、通风和散热等数据。目前世界上各大汽车公司的试验风洞大致分为2大类:一类可测试气流特性, 另一类可测试气流及散热特性。第1类风洞中,样车或模型置于可旋转的圆台上,放置在4个或6个

灵敏而精密的大天平上,可测量气动力特性,例如阻力、升力、侧向力等分量,以及车身表面各点气流压力及周围的气流场;第2类风洞中,有模拟自然条件的光强及温湿度控制,可进行样车及模型在各种速度变化下的温度测试。

欧美等发达国家对这方面做了大量的研究,其主要手段也是通过风洞试验来实现的。美国一汽车研究部门曾做过一组厢式半挂车的风洞模型试验。结果显示:原有车型改进后C值减少了30%,新设计车型C值减少了50%。

国外多年的试验研究认为,如果C值减少15%, 燃油消耗至少可降低6%。表1示出某公司对l2.2m 的厢式半挂车在安装导流罩前后其燃油消耗量的对比试验结果。美国有关资料显示,100 万辆装有导流罩的大型厢式车,每年可节省柴油70t。同理推算,我国约150万辆的中、重型厢式车(包括厢式半挂车), 每年可节约柴油约100 万t。

安装导流罩展望

众所周知,厢式货车的厢体高于驾驶室,存在高度差和一定的间隙,使得整车外形不连续,流线性差。当厢式货车处于高速运行时,驾驶室上面的气流碰到封闭车厢前部上方部位时,便从厢顶前边缘处产生一个大的剥离,空气阻力系数值因之而增大。如果在驾驶室顶盖上面安装一个导流装置,使驾驶室与车厢之间成流线型过渡,以此引导流过驾驶室上部的气流与厢体的上表面"衔接",使气流沿封闭车厢顶盖表面很近的地方流动,从而降低空气阻力系数,所以,厢式货车安装导流罩更加必要。

随着国民经济的发展,封闭式厢式货车得到政策支持,多轴汽车和汽车列车是国家鼓励的车型,这几类车型的产能势必迅猛发展。面对石油资源紧张,油价上涨的压力,降低燃油消耗已成为用户选车及制造商造车时考虑的重要因素。这些因素将为导流罩的发展创造更大的空间。

近几年,各大汽车公司已根据用户需要,在新车出厂时就加装了车顶导流罩,也有些是用户后来自己改装增加的。同时也出现了为数不多的生产导流罩的专业制造厂,这些企业有的直接给主机厂配套,也有的为货运单位改装或以零部件销售。目前制造导流罩还是一个新兴行业,存在产品质量良秀不齐的现象。由于加装导流罩对于降低燃油消耗大有好处,所以,今后应该规范导流罩的研发与生产,符合整车设计,保证产品质量,从而达到确保整车性能的要求。如果不能科学的设计,保证质量,那么将会适得其反。笔者认为以下是进一步规范市场的几个要素。

(l)各有关科研部门与载货车生产厂应进一步重视厢式车驾驶室的内外设计研究,特别是不断探讨改进驾驶室(包括导流罩)对空气阻力的影响。

(2)规划整顿汽车导流罩的专业生产厂,使其形成大量生产的规模。有基础条件的可形成"小巨人"式的专业化制造厂。

(3)采用先进的工艺和设备,做到成型模具化、工装标准化、尺寸系列化。

(4)将导流罩看成与驾驶室同样重要的外观件,应注重外形的美观,重视除锈与涂装质量,

并保证其可靠性和使用寿命。

(5)在确保质量的基础上,使成本最低化。

综上所述,理论与实践都证明,载货车加装导流罩对改善动力性与降低燃油消耗是十分必要的,应引起科研单位、载货车主机厂及专业配套厂的足够重视。