汽车空气动力学ppt

1、空气动力力学与汽 车外形设计发展共设081 4B-530 2009.9.11工程师利用丙二醇气体研究汽车在风洞中上面及周围的气流甲壳虫1934年，流体力学 研究中心的雷依教 授，采用模型汽车 在风洞中试验的方 法测量了各种车身 的空气阻力，这是 具有历史意义的试 验。1934年，美国 的克莱斯勒公司首 先采用了流线型的 车身外形设计。 1937年，德国设计 天才费尔南德.保时 捷开始设计类似甲 壳虫外形的汽车。 甲壳虫不但能在地 上爬行，也能在空 中飞行，其形体阻 力很小。保时捷博 士最大限度地发挥 了甲壳虫外形的长 处，使“大众”汽车成 为当时流线型汽车 的代表作。船型汽车1945年，福特汽车公司 重点进行新车型的开 发，经过几年的努力 ，终于在1949年推出 了具有历史意义的新 型V8型福特汽车。因 为这种汽车的车身造 型颇像一只小船，所 以人们称它为“船型汽 车”。福特V8型汽车的 成功之处不仅仅在于 它在外形设计上有所 突破，而且它还首先 将人体工程学的理论 引入到汽车的整体设 计上，取得了令人较 为满意的结果。所谓 人体工程学，就是用 科学的方法解析的形 体和能力，设计与之

2、相吻合的机械与器具 。船型汽车不论从外 形上还是从性能上来 看都优于甲壳虫型汽 车，并且还较好地解 决了甲壳虫型汽车对 横风不稳定的问题。鱼型汽车 为了克服船型汽 车的尾部过分向 后伸出，在汽车 高速行驶时会产 生较强的空气涡 流作用这一缺陷 ，人们又开发出 像鱼的脊背的鱼 型汽车1952年， 美国通用汽车公 司的别克牌轿车 开创了鱼型汽车 的时代。楔形汽车 楔形汽车 就是将车 身整体向 前下方倾 斜，车身 后部像刀 切一样平 直，这种 造型能有 效地克服 升力。 奥迪1923年根据瑞士空气动 力学家保罗杰瑞的专利 设计的Jaray Audi为了使汽车车身的造型应将风阻系数降到 最低，1923年，奥迪就对其K型汽车进 行了实验，K型汽车最终采用了德累斯 顿的格拉泽车身制造商提供的铝质流线 型车身。奥迪因此成为世界上最早将空 气动力学应用于汽车设计和制造的品牌 。奥迪F 91 1953铝质流线型车身不仅通过降低风阻系数和车身重量使奥迪K型车拥有 更高的燃油效率，同时更加顺滑的车身流线所带来的运动感也让世界各 地的汽车爱好者难以抵挡他的诱惑。奥迪F 93 19561937年，汽车 联盟开发

3、和设计办 公室将瑞士空气动 力学专家Paul Jaray的专利作为 其基础。第一次用 理论方法计算出最 适宜的空气动力学 特性，然后在风洞 内进行试验。1939 年，汽车联盟生产 的DKW F9汽车的 迎面阻力系数低得 惊人，达到cd = 0.42，成为此后几 十年德国汽车制造 的标准。奥迪Monza Coup 1958奥迪Type F91奥迪Type F93奥迪Q5的空气动力学奥迪Q5的空气动力学奥 迪 Q5 的 空 气 动 力 学空气动力学一辆轿车的气动效率是由其阻力系数(Cd)所决定的。而阻力系数与面 积无关，它仅仅是反映出物体的形状对于气动阻力的影响，气动效率最 高的形状是水滴，不过，我们不可能制造出一辆水滴形状的轿车，阻力 的大小是与阻力系数(也叫牵引系数、风阻系数)、正面接触面积和车速的 平方成比例的。阻力在20世纪60年代，赛车工程师们开始认真对待空气动力学。他们发现如果 他们将轿车后背的斜度减小到20度或更小的话，气流就会非常平稳地流过 车顶线，从而大大减小了阻力。他们将这种设计命名为“斜背式车身”。这 种关注的结果是很多赛车都增加了一个比较夸张的长长的尾翼，并把后背

4、的高度降低了，比如这里展示的1978年的保时捷935 Moby Dick。对于一辆三厢式轿车，气流会直接从车顶线的尾部离开轿车。而后挡风 玻璃的突然下降会在周围的区域形成低压，这就吸引了一些气流重新流 入该区域进行补充，并因此形成了湍流。而湍流总是会损害到阻力系数 。升力另一个重要的空气动力学因素是升力。由于轿车顶部的气流移动的距 离要长于轿车底部的气流，所以前者的速度会比后者快。根据柏努利 (瑞士物理学家)原理，速度差会在上层表面产生一个净负压，我们将 其称为“升力”。 像阻力一样，升力也是与面积(不过是表面积而不是正面面积)、车速 的平方和升力系数(Cl)成比例的，而升力系数是由形状决定的。在高 速行驶时，升力可能会被提升到一个足够高的程度，从而让轿车变得 很不稳定。升力对于车尾的影响更为重要，这一点很好理解，因为后 挡风玻璃的周围存在一个低压。如果升力没有被充分抵消，后轮就很 容易发生滑移，这对于一辆以时速160英里飞驰的轿车是很危险的。空气动力学辅助设备-尾翼(后扰流器) 尾翼的作用是引导大部分的气流直接离开车顶而不发生回流，这 就会使升力减小。(如果我们加大尾翼的角度，甚至可

5、能产生一千 公斤向下的压力。) 当然，依然会有一小部分气流会回流到背部并 从尾翼下的车尾处离开。这就避免了在非斜背式轿车上出现的湍 流，并因此保持了阻力效率。由于只有很少的空气沿这个路线流 动，所以它们对于升力的影响可以轻松地被尾翼消除。扰流器 扰流器是改变车身下面气流的空气动力学装备。我们将安 装在前保险杠底部边缘的扰流器称为“下颚扰流器”或者“气 坝”，而将安装在车身两侧底部边缘的扰流器称为“侧裙”。 要了解扰流器的原理，我们必须先谈谈车身下面的气流。 车身下面的气流总不是我们希望存在的。在轿车车身的下 面有很多暴露在外的组件，比如发动机、变速箱、传动轴 、差速器等。这些设备会阻碍气流，不仅仅造成增大阻力 的湍流，还会因使气流慢下来而增大升力 扰流器通过促进空气从车身两侧离开达到减小车身下面气 流的目的，其结果是减小了因车身下面的气流造成的阻力 和升力。一般来说，扰流器安装的位置越低，能达到的效 果就越好。因此你会发现长距离赛车的扰流器几乎是擦着 地面的。当然，道路轿车不可能做到这样。 车身下面的光滑底板 还有一种减小车身下面气流影响的办法，那就是用一个光滑的底板将 轿车的下面全部

6、覆盖，就像这一辆法拉利F355一样。这可以避免湍流和升力 地面效应 在20世纪70年代，考林查普曼(又一次)发明了一种全新的概念，在提 供向下的压力的时候并不会改变阻力的大小，这种概念就是“地面效 应”。他在自己的72赛莲花车的底部安装了一个空气通道。通道在前 面的部分相对狭窄，但在向车尾延伸的同时不断扩大。由于赛车的底 部几乎是触地的，所以通道和地面实质上形成了一个封闭的管道。当 赛车飞驰时，空气从车头进入，然后线性扩散到车尾。显然，接近车 尾处的气压会降低，从而产生了向下的压力。 F1赛车和民用车最大不用在于空气动力学的应用，他可将赛车压在赛道上使轮 胎获得更大的抓地力，进而在弯道时产生更快的加速度，空气动力学设计师 关心两个问题，一是让赛车产生足够的下压力，而是减少高速时的空气阻力 。赛车的前风翼可以提供总下压力的30%，还有底盘也很重要。对付浮升力 的方法，其一可以在车底使用扰流板，另一个主流的做法是在车头下方加装 一个坚固而比车头略长的阻流器，它可以将气流引导至引擎盖上，或者穿越 水箱格栅和流过车身至于车尾部分。保时捷为新跑车Cayman开 发了一套新的空气动力学 套装，安置了新的扰流器 和固定后风翼而使得在风 洞测试中减少了高速时的 升力。本田CR-V原厂推出的一套新的套装。主要包括新的空气动力学保险杠， 门槛和尾门扰流器，运动悬挂和19英寸合金轮毂。新的CR-V在新套装的 帮助下更漂亮，更动感了。GAME OVER 王云飞 骆盼盼 周雄 卢文龙 曹超

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