高速列车底部结构的空气动力学模型研究
高速列车底部结构的空气动力学模型研究
邱英政 徐宇工 王艳丽
（北京交通大学机械与电子控制学院，北京，100044）
摘 要：本文提出了简化的高速列车底部结构模型，并利用国际上通用的流体力学计算软件FLUENT作为研究工具，对不同工况下的列车外部流场、列车所受气动力等进行了数值模拟计算分析，最后将计算结果与风洞实验结果及无底部结构空气动力学模型的数值模拟计算结果进行比较分析。结果证明，本文所提出模型不但可行，而且还具有简单、有效、适用范围广等优点。
关键词：高速列车空气动力学模型底部结构数值模拟计算
1．前言
随着高速铁路的出现，列车行驶速度的不断提高，列车的空气动力学问题也变得日益突出。空气动力学研究对于降低列车的气动阻力、提高它的气动性能、节省动力能源、降低运输成本都具有极其重要的作用[2]。随着计算机技术和计算方法的发展，数值模拟计算以试验研究所不具备的各种优势，逐渐得到了广泛地应用，数值模拟技术成为了现代工程学形成和发展的重要动力之一。目前，在国内外很多科研单位都已经开展了高速列车气动性能数值模拟研究，但在对列车底部复杂结构的简化处理过程中，目1前的做法基本上都是采取的直接去掉底部结构，降低列车底部缝隙高度来获得与实验研究所测等效阻力、升浮力的方法，这种方法在列车受到强侧风作用时，其升浮力的计算值与试验值差异很大[1]。因此有必要研究出一种更为有效的高速列车底部结构的空气动力学模型，以获得更准确的数值模拟计算结果。
2．高速列车模型选取及底部结构简化
2.1．模型的选取
本文采用中南大学设计的270km/h高速列车双拱流线型车体外形为计算对象，该车车头形状参见图1，车身断面参见图2所示，其外形设计满足《高速列车空气动力外形设计、计算及试验暂行技术条 件》[3]。
高速列车的外形复杂且长细比大，受计算机处理能力限制，对列车模型进行如下简化：列车长度缩短为两动一拖；去掉列车外部突出物；去掉底部结构，添加底部结构空气动力学模型。
作者简介：邱英政（1983-），男，湖南常德人，硕士生
图1 270km/h 高速列车车头形状图[3] 图2 270km/h 高速列车车身断面图[3]
2.2底部结构空气动力学模型的构想
本文所构想的底部结构模型为，去掉底部转向架等复杂结构，保持车厢底部与轨面的实际高度。在列车模型底面与轨道面之间沿列车长度方向在轨道线上方创建多个面单元，列车头尾部底部空间建立沿列车宽度方向也建立多个面单元（如图3所示）， 在模拟计算时可以通过调整这些面单元（挡块）的属性，即壁面或者内部虚面来改变横风和列车风在列车底部的流通面积，来模拟列车运行时底部结构所造成的阻力，不同的流通面积对应于不同型号的列车或不同型号的转向架。
图3 高速列车底部结构物理模型示意图
3．控制方程及应用软件
当列车高速运行时，其周围空气流动通常为湍流。高速列车湍流流场内流体性质为粘性、不可压缩、定常、绝热。对应流场的时均方程组包括：连续性方程、动量方程（x、y、z 三个方向）、k 方程、ε方程共六个方程组成。
本文运用的是成熟的商业计算流体软件FLUENT 进行研究工作。采用非结构网格与结构化网格相结合的混合网格和有限体积法分别对区域和方程进行离散，流场采用非耦合求解器进行求解。其计算精度和稳定性都优于传统编程中使用的有限差分法[1]。
4．计算区域、边界条件及网格划分
4.1 计算区域
在本文的计算中，流场计算模型参照同类计算，如图所示，选取长度为420m，宽度为60m，高度为35m 的一个大空间，列车头部鼻尖处离计算域前端边界距离取100m，尾部离计算域后端边界距离取250m，
左右对称布置。
4.2边界条件
入口边界：列车风和侧风速度入口；
出口边界：为根据连续方程得到的与入口边界对应的出口边界；
列车表面：壁面边界；
地面边界：滑移边界；
底部结构：壁面边界。
4.3 计算网格
采用非结构网格对列车头尾部区域及外部流场进行离散，表面为三角形网格，空间为四面体网格，车身部分采用结构化网格，车体表面添加边界层。最终情况为：节点数883013个，体网格数1998416个，网格之间通过节点连接，如图4、5所示：
图4 列车头部的网格划分 图5 远离列车区域的网格划分
5．计算结果及对比分析
中南大学于2001年1、2月份在中国空气动力研究与发展中心低速所8mX6m风洞进行了270km/h 电动车组模型试验[3]；北京交通大学硕士研究生王璐雷于2004-2005年进行了强侧风作用下的高速列车数值模拟研究[1]。
本文在车速为270km/h,横风速度分别为0和15m/s时，根据前文所建立底部结构物理模型，调整不同的方案，对整车进行外流场进行分析，然后将模拟计算结果与风洞实验结果及不考虑底部结构的数值模拟计算结果进行对比分析，最终选择了一种最为恰当的底部面单元组合（图6）作为本次研究的最终模型，从而得到高速列车底部结构的空气动力学模型。
图6 高速列车底部结构空气动力学模型物理模型示意图
由于列车所受其动力主要是由于列车各表面所受压力差引起，改变底部结构主要影响了底部压力场，而对列车前后和侧面压力影响很小，故本文主要对列车所受升浮力进行分析。
如下为计算结果及比较分析情况：
表1：风洞试验与有、无底部结构空气动力学模型数值模拟计算升浮力（KN）比较
横风速度为0 横风速度为15m/s 数据来源
头车拖车尾车整车头车拖车 尾车 整车风洞试验 -2.93-1.328.72 4.4720.9028.23 24.33 73.46
无底部结构数值模拟计算 -9.170.5113.38 4.72
-19.4118.10 25.80 24.49本文模拟计算 -3.210.9010.718.4016.2433.47 36.30 86.01由表1中数据可以看出：添加底部结构空气动力学模型后，对于升浮力的影响非常显著，虽然对于整车仍然有一定的差距，但对于每一节车厢受力情况都已经基本接近，尤其是对于头车，在受到侧风作用时，真实地反映了列车的受力情况，对于高速列车的数值模拟计算教务底部结构空气动力学模型起到了改进作用。
从对不同模型计算后选择情况来看，本文所的研究结果与实际列车的组成结构接近，具有真实性。（如图6所示）。本文所的高速列车底部结构空气动力学模型为将列车底部缝隙高度调节至与实际列车底板离地高度相等，在列车每节车厢转向架位置建立一个上下封闭的面单元，该面单元为不透风壁面，相当于一块挡板，宽度与转向架长度接近，为单节车厢长度的1/4，左右对称，前后对称，壁面表面粗糙度为0.01。
6．结论
通过前文的说明可知：对高速列车进行空气动力学问题研究必须考虑其底部结构。对于不同型号、不同结构的任何满足设计要求的高速列车底部结构空气动力学模型有以下构建办法： （1）去掉底部复杂结构；
（2）调整底部缝隙高度：根据实际的高速列车地板与地面距离选择适当的缝隙高度，以得到与真实列车等效受力情况；
（3）调整底部侧面挡板的面积：通过改变该面积可以改变列车的气动力受力情况；
（4）调整底部侧面挡板的位置：挡板位置的不同也可以从很大程度上改变列车的受力情况。为了与实际情况接近，应该做到左右对称、前后对称。
综合以上几个方面的考虑，在对高速列车空气动力学进行数值模拟研究时，可以进行预先调整、试算，选择合适的底部结构空气动力学模型，为后续计算打下良好的基础。
参考文献
1.王璐雷. 高速列车在强侧风作用下的气动性能数值模拟研究[硕士论文].北京交通大学,2005
2.王懋勋. 我国高速列车气动力研究进展. 第四届全国风工程及工业空气动力学学术会议论文集
3.梁习锋、许平、田红旗等. 高速列车气动性能与外形技术设计说明书. 中南大学. 2001.
An aerodynamic model of bottom structures
of high-speed trains
QIU Yingzheng XU Yugong WANG Yanli
(School of MECE, Beijing Jiaotong University, Beijing, 100044)
Abstract: This paper simplifies the bottom structures of the high-speed trains, analyzes flow field and aerodynamic force around the train in different working conditions by using FLUENT which is the popular software of the computational fluid dynamics (CFD). This paper also compared the result of this numerical simulation experiment and the numerical simulation experiment without aerodynamic model bottom structures and the wind tunnel experiments. The ideal model is worked out and generally promoted to other different trains using the result of this paper. It is believed that the result of the research laid a good foundation for the research of the aerodynamic analysis on the high speed-trains in the future.
Key words: high speed train aerodynamics model bottom structures numerical simulation
高速列车隧道的空气动力学效应及解决措施
高速列车隧道的空气动力学效应及解决措施 【提要】：随着轨道交通的高速化，列车高速运行对人员和环境的影响越来越明显。本文主要针对高速列车通过隧道所产生的各类空气动力学问题，对国内外高速隧道的舒适度指标、阻塞比进行对比，分析各类空气动力学指标的取值情况，并详细论述了降低空气动力学效应影响的各类措施。【关键词】：高速列车隧道空气动力学Abstract:Inthewakeofhighspeedtendencyofrailtransit,h ighspeedtrainhasexertedmoreapparentimpactsonpersonne landenvironment.Thispaperchieflyanalysesvariouscateg oriesofaerodynamiccriteriasettingsupagainstcomfortne sscriteriaandblockrate,prevailingindomesticandforeig nhighspeedrailwaytunnels,intermsofvariousaerodynamic problemscausedbyhighspeedtrainpassthroughinthetunnel ,aswellasgivesadetaileddiscussiononvariouscountermea suresputagainstinfluencescausedbyreducedaerodynamice ffect.Keywords:highspeedtrain，tunnel，aerodynamics.1 高速列车隧道空气动力学效应 高速列车进入隧道后将隧道内原有的部分空气排开，由
列车空气动力学
1、空气动力学中所研究的运动流体范围用马赫数表示，一般分为5个区段：1）低速流Ma<0.3（V=102m/s—367km/h）2）亚音速流0.3<=Ma<0.8（V=272m/s—979km/h）3）跨音速流0.8<=Ma<1.4(V=476m/s—1714km/h) 4)超音速流1.4<=Ma<5(V=1700m/s—6120km/h) 5)高超音速流Ma>=5 2、主要研究内容：1）不同运行环境下高速绕过列车流动的空气作用于列车上的空气动力、力矩及其产生的机理；2）不同运行环境下高速列车引发的空气动力问题对周围环境影响的规律；3）降低列车空气动力效应的措施。 3、研究方法：理论分析、流场数值模拟计算和列车空气动力学试验 4、试验方法：实车试验、模拟试验（风洞试验、动模型模拟试验） 5、壁面湍流模型：对于有固体壁面的充分发展的湍流流动，沿壁面法线的不同距离上，可将流动划分为壁面区和核心区（完全湍流区）。对壁面区可分为3个子层：粘性底层、过渡层、对数律层。 粘性底层：紧贴固体壁面的极层，层流流动，粘性力起主要作用，湍流切应力可以忽略，平行于壁面的速度分量沿壁面法线方向线性分布。 过渡层：粘性力与湍流切应力的作用相当，流动状态比较复杂，很难用公式来描述。其厚度极小，工程计算中通常归入对数律层。 对数律层：粘性力的影响不明显，湍流切应力占主要地位，流动处于充分发展的湍流状态，流速分布接近对数律。 6、网格分类：结构网格、非结构网格、混合网格 7、车辆风洞试验分为测力试验和测压试验。 测力试验内容：测力试验主要有变风速试验和变侧滑角试验两大类，变风速试验是在模型侧滑角不变的情况下，在不同风速下分别测定各节车的气动力。变侧滑角试验是在风速一定的情况下，通过转盘旋转改变多年联挂列车模型的侧滑力，在不同的侧滑角下分别测定各节车气动力，主要用于研究横风对列车气动性能的影响。通常列车模型由三节或三节以上的车辆编成，采用多天平侧力，即每节车通过一内置式应变天平和支杆固定在试验地板上，天平感受到的气动力信号经通放器放大和A/D转换，由计算机数据采集处理系统适时显示和分析。测压试验内容：模型压力分布测量通常又叫侧压实验，其目的是测量车辆模型及部件等表面的压力分布，为车辆及其部件结构强度计算提供压力载荷；为研究车辆流动性能提供数据，是验证数值计算方法是否准确的一个重要手段。 8、动模型试验装置分类：浅水槽模型试验装置、沿钢丝滑行动模型试验装置、大型动模型试验装置 9、压力传感器有差压和绝压两种。低压室压力是大气压或真空。采用恒温密封瓶法。 10、列车表面空气压强垂直于列车表面，并以指向作用面方向为其正向。 11、列车空气阻力主要由三部分组成：一是头部及尾部压力差所引起的阻力，成为“压差阻力”；二是由于空气粘性而引起的作用于车体表面的剪切应力所造成的阻力，成为“摩擦阻力”；三是干扰车辆光滑表面的突出物所引起的阻力，成为“干扰阻力”。 系数分类：无因次空气阻力系数、无因次压差阻力系数、无因次表面摩擦阻力系数 12、会车压力波幅值的影响因素： 1）随着会车列车速度的大幅度提高，会车引起的压力波的强度将急剧增大。 2）会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近似线性地显著减小。 3）会车压力波幅值随会车列车内侧墙间距增大而显著减小，但减小的幅度随会车内侧距离增大而逐渐减小 4）会车压力幅值随会车长度增大而近似呈线性地明显增大 5）经验计算公式表明，会车压力波近似地与（u1+u2/8）^2（u1为通过车速度，u2为观测
列车动力学复习资料
1. 列车振动的六个自由度指哪六个振动？其中哪些振动属于纵向振动？哪些 属于横向振动？哪些属于垂向振动？ 2. 铁道车辆动力学性能包括哪三个方面？ 3. 车辆车辆安全性主要涉及到哪两个方面？ 4. 评价车辆安全性的主要指标有哪三个？ 5. 脱轨的方式有哪些？ 6. 脱轨系数的定义与推导。脱轨系数的高低对安全性的影响？ 7. 评价车辆的平稳性指标主要有哪些？ 8. sperling 指标考虑了哪些因素对舒适度的影响。 9. 依据下图分析人体垂向、水平方向的敏感频率范围。 -2 垂直方向均方根加速度/m .s 8.06.35.04.0 2.0 1.0 频率/Hz -2 水平方向均方根加速度/m .s 8.06.35.04.02.0 1.0频率/Hz
10.依据上图分析超高的设置？什么是欠超高？什么是平衡速度？什么是过超 高？ 11.什么是滚动圆直径？ 12.国内轮缘间隙的计算？ 13.在运营中使用的车轮踏面类型有哪两类？ 14.等效锥度的推导？ 15.轮对重力刚度是定义在哪个运动前提下的？对轮对这种运动的影响如何？ 是正刚度还是负刚度？ 16.轮对重力角刚度是定义在哪个运动前提下的？对轮对这种运动的影响如 何？是正刚度还是负刚度？ 17.轮对质量对轮轨动力间的影响是有利的还是不利的？ 18.轮对低动力设计方法包括哪几个方面？ 19.轮轨接触状态通常有哪两种形式？ 20.对车辆动力学影响较大的轮轨接触几何参数有哪些？ 21.通过下图，分析锥形踏面和磨耗型踏面对蛇形运动和曲线通过能力的影响。
22.轨道的三大薄弱环节是社么？ 23.赫兹接触理论把接触的两个物体视为弹性体，其接触斑形状假定为什么？影 响接触斑大小的因素有哪些？ 24.理解轮轨蠕滑现象。 25.轮轨滑动包括刚性滑动和弹性滑动。 26.蠕滑的大小用什么表示？ 27.蠕滑理论主要解决哪三者间的关系？ 28.carter理论是两维滚动接触理论，给出了纵向蠕滑系数。 29.J-V理论是三维滚动接触理论，给出纵向和横向蠕滑系数。 30.kalker理论给出了蠕滑力和蠕滑率间的系数，包括纵向、横向和自旋。 31.车辆的悬挂装置包括哪两系？二者之间是并联还是串联？车辆弹簧悬挂的 主要静挠度集中在哪一些？ 32.轴箱悬挂主要由哪三部分组成？ 33.轴箱悬挂中弹簧通常采用钢弹簧，通常由内外圈组成，这主要是考虑了什么 因素？ 34.了解轴箱定位的主要形式及性能。 35.CRH1、2采用哪种定位方式？CRH5采用哪种定位方式？ 36.轴箱定位刚度的基本设计原则是什么？ 37.衡量曲线通过能力的指标由哪些？良好的曲线通过能力表现是什么？
叶片地空气动力学基础
叶片的空气动力学基础 在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力基本知识，本节将进一步介绍相关理论知识。在风力机基础知识一节中已作介绍的不再重复，仅介绍有关容的提高部分。 常用叶片的翼型 由于平板叶片攻角略大就易产生气流分离，阻力增大；平板的强度也很低，所以正式的叶片截面都是流线型的，即使有一定厚度阻力也很小。图1是一幅常见翼型的几何参数图，该翼型的中弧线是一条向上弯曲的弧线，称这种翼型为不对称翼型或带弯度翼型,比较典型的带弯度翼型为美国的NACA4412。 图1--翼型的几何参数 当弯度等于0时，中弧线与弦线重合，称这种翼型为对称翼型，图2是一个对称翼型,比较典型的对称翼型为美国的NACA0012。
图2--对称翼型的几何参数 图3是一个性能较好的适合风力机的低阻翼型，是带弯度翼型，在水平轴风力机中应用较多。 图3--带弯度的低阻翼型 翼型的升力原理 有关翼型的升力原理解释有多种，归纳起来主要依据是基于牛顿定律的气流偏转产生反作用力与基于伯努利原理的气流速度不同产生压差两个原理，我们结合这两个原理对翼型的升力作通俗的解释。
带弯度翼型在攻角为0度时的升力与阻力 图4是一个带弯度翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图，左图是该翼型的流线图，由于翼型上下面不对称，气流在上下面的流动状态也不同。翼型上表面是凸起的，通道截面减小，气流的流速会加快，另一个原因是凸起的表面使翼型后面的气压有所减小，前后的压差使得气流速度加快，特别是翼型上表面前端流速较快。翼型下表面较平，多数气流基本是平稳流过，由于由于上表面前端高速气流产生低压的吸引，翼型前端气流都向上表面流去，造成靠下表面的气流通道加宽，导致靠近下表面的气流速度有所下降。这样流过上表面的气流速度要比下表面快，根据伯努利原理，流速快的地方压力比流速慢的地方压力小，也就是说翼型下方压力大于上方，压力差使翼型获得一个向上的力Fl，所以说带弯度翼型在攻角为0度时也会有升力。 图4--翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图图4右图是该翼型的压力分布图，图中翼型上部分浅绿色区域的绿色箭头线是上表面的压力分布，箭头线的长短与方向表示该点的压
新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统
文章编号:100021506(2003)0420006205 新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统 毛 军,薛 琳,谭忠盛 (北方交通大学土木建筑工程学院,北京100044) 摘 要:目前高速列车隧道空气动力学模型实验系统主要用于分析隧道内压力波的变化规律, 难以对空气动力学效应进行完整的分析.针对这一局限性,从科特流(Couette )理论出发,提出 了一种新型实验系统即旋转式高速列车—隧道模型实验系统,介绍了该系统的可行性、结构、 实验原理及其特点.分析表明:该新型实验系统结构简单、功能完善、成本低、实验重复性好,适 用于进行高速列车通过隧道时产生压力瞬变、微气压波、列车活塞风、行车阻力和气动噪声等 一系列空气动力学实验,并能测量隧道内和列车隧道环形空间的气流速度场,对研究高速列车 隧道空气动力学问题有重要意义. 关键词:高速列车;压力波;空气阻力;模型实验;科特流 中图分类号:U238;O357.1 文献标识码:A A N ew Type of Model Experimental System of Aerodynamics E ffects C aused by High 2Speed T rains Passing Through Tunnel M A O J un ,X U E L i n ,TA N Zhong 2sheng (School of Civil Engineering and Architecture ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044,China ) Abstract :The applied model experimental system is mainly used to analyze the changing rule of the pressure wave in tunnel ,which is one of the aerodynamics effects when high-speed trains passing through the tunnel.It is difficult for the system to analyze the other aerodynamics ef 2 fect s.For this reason ,the paper bases on the Couette flow theory to develop a new type of experi 2 mental system ,Which is named the circular model experimental system of aerodynamics effects caused by high-speed trains passing through tunnel ,and introduces its feasibilities ,structure ,ex 2 periment principle and specially characters.It is found that the new circular experimental system has a simple structure ,powerful functions ,lower cost and good repetitive performance ,and can be used for a series of aerodynamics experiments on such as the changing rule of the pressure wave in tunnel ,micro-pressure wave ,piston wind of trains ,resistance on trains and air noise.It can also measure the airflow velocity field in cylinder tunnel formed by the trains and tunnel.So ,it will be of great value to the researches of the aerodynamics problems caused by high-speed trains passing through tunnel. K ey w ords :high-speed train ;pressure wave ;air resistance ;model experiment ;Couette flow 1 问题的提出 高速列车在通过隧道时将产生压力瞬变、微气压波、列车活塞风、行车阻力和气动噪声等一系列明显收稿日期:2003206217作者简介:毛军(1966— ),男,湖北公安人,助理研究员,硕士.em ail :junmao @https://www.360docs.net/doc/536066984.html, 第27卷第4期2003年8月 北 方 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Vol.27No.4Aug.2003
航模的基本原理和基本知识
一、航空模型的基本原理与基本知识 1)航空模型空气动力学原理 1、力的平衡 飞行中的飞机要求手里平衡，才能平稳的飞行。如果手里不平衡，依牛顿第二定律就会产生加速度轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度。飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞。升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称x及y方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反，故x方向合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞行。 图1-1 飞机会偏航、Z 图 2 在这里当然是指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压 1-3﹞，于是机翼就被往上 一个流经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合﹝如图1-4﹞，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该无法产生那么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘﹝如图1-5﹞。? 图1-3 图1-4 图1-5 3、翼型的种类
１全对称翼：上下弧线均凸且对称。 ２半对称翼：上下弧线均凸但不对称。 ３克拉克Y翼：下弧线为一直线，其实应叫平凸翼，有很多其它平凸翼型，只是克拉克Y翼最有名，故把这类翼型都叫克拉克Y翼，但要注意克拉克Y翼也有好几种。 ４S型翼：中弧线是一个平躺的S型，这类翼型因攻角改变时，压力中心较不变动，常用于无尾翼机。 ５内凹翼：下弧线在翼弦在线，升力系数大，常见于早期飞机及牵引滑翔机，所有的鸟类除蜂鸟外都是这种翼型。 基本航模的翼型选测规律： ２厚的翼型阻力大，但不易失速。 ６ 4、飞行中的阻力 一架飞行中飞机阻力可分成四大类： １磨擦阻力：空气分子与飞机磨擦产生的阻力，这是最容易理解的阻力但不很重要，只占总阻力的一小部分，当然为减少磨擦阻力还是尽量把飞机磨光。 ２形状阻力：物体前后压力差引起的阻力，平常汽车广告所说的风阻系数就是指形状阻力系数﹝如图3-3﹞，飞机做得越流线形，形状阻力就越小，尖锥状的物体形状阻力不见得最小，反而是有一点钝头的物体阻力小，读者如果有机会看到油轮船头水底下那部分，你会看到一个大
HyperMesh软件在列车空气动力学仿真中的应用
HyperMesh软件在列车空气动力学仿真中的应用Application in Aerodynamics of Train of HyperMesh 摘要: 本文结合HyperMesh软件和Fluent仿真工具，探讨一种快速空气动力学仿真建模和仿真方法。以某高速车为例，建立列车的三维空气动力学计算模型，获得列车周围流场分布和表面压力分布特性，为车辆设计的改进提供参考。 关键词:流场 空气动力 HyperMesh Abstract Combining with the software of HyperMesh and Fluent, the paper discussed a quick simulation method of aerodynamics. Take some high-speed EMU for example, the 3D model of train is built, the flow field and the pressure around train is acquired. The conclusion offered reference for design. Key words:flow field, aerodynamics, HyperMesh 1概述 随着我国铁道车辆和线路装备水平的发展，列车的运营速度越来越高。200公里动车组和300公里动车组相继开通运营，高速动车组给交通运输带来了巨大的便利的同时，也给车辆设计带来很大的挑战。其中，高速运行时的空气动力学特性就是高速车需要克服的难点之一，它直接关系到列车的运行安全性和舒适性，同时对于减少空气阻力和节能有很大的贡献。 空气动力学的研究通常通过试验的方法获得各种数据，比如比例模型的风洞试验或整车的线路试验。但比例模型的风洞试验成本比较高，有时为了获得最优的方案需要做很多试验模型，更增加了设计成本的支出。整车的线路试验是在车辆设计完成之后进行的工作，一般带有一种验证性的成分。因此，基于有限元的虚拟仿真空气动力学试验在车辆的实际前期发挥了很大的作用。本文结合多种仿真工具，探讨一种快速空气动力学仿真建模的方法。以某高速车为例，建立列车的三维空气动力学模型，获得列车速度对流场分布和表面压力分布。
空气动力学基础
我把Introduction to flight的第四章Basic aerodynamics略读了一遍，提炼了其中的重点要点，将其总结在一起分享给同学们，希望对大家空气动力学的学习有所帮助。这个文档内容涉及的气流都是无黏的（书134—228页），没有包含黏性研究的部分。因为领域导论书对黏性没怎么研究，基本都是只给结论，所以就不总结了。本文档包括两部分，一是一些基本方程，二是这些方程的一些应用。 我读书只是蜻蜓点水，对一些公式的理解可能有错误；写的只是大致的推导过程，难免有不细致严谨之处；对一些英文的翻译可能不标准，同时可能输入有误。希望大家批评指正、私下交流。真心希望我们共同为之润色添彩，使其更加准确无误。同时，大家有什么学习资料都记得共享啊，让我们共同进步！ 大家可以再看看领域导论书，看了这个总结，再看书就比较简单了。看书最好也看看例题，例题不仅是对公式的简单应用，而且有些还包含新的知识，能增进我们对公式的理解。 这些内容只能算是一些变来变去的简单代数问题，大家不要有压力。不过有几条注意事项： 1、注意公式的限定条件，避免错误地加以应用。
2、大物书上的理想气体方程是Pv=RT，其中的R是普适气体常量（universal gas constant），领域导论书上的P=ρRT是经过变换的等价形式，其中的R是个别气体常量(specific gas constant)，等于普适气体常量R普适/M，大家变一下马上就懂了。2、谈谈我的一个理解：本书中的研究好像不太强调质量和体积，可能是因为空气动力学研究没必要也不方便强调。在一、基本方程——7、能量方程的推导中，v=1/ρ，这里的1应理解为单位质量，后面的能量方程中的V2也包含单位质量1，不然与h的量纲就不统一了；在二、公式应用—— 3、空速测定——C、高速亚声速流中，我们可以看出在本书中，Pv=RT，同样把大物书上的状态方程Pv=R普适T中的m当成单位质量1，并利用普适气体常量和个别气体常量的关系R个别=R普适/M，即可推出Pv=RT。 3、本书中涉及到比热（specific heat），用c v（对于等体过程）和c p（对于等压过程）在表示。我们在大物中也学有c v和c p，不过它们不一样，不要混淆。大物中那两个是摩尔热容（molar heat
航模的基本原理和基本知识
航模的基本原理和基本 知识 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
一、航空模型的基本原理与基本知识 1)航空模型空气动力学原理 1、力的平衡 飞行中的飞机要求手里平衡，才能平稳的飞行。如果手里不平衡，依牛顿第二定律就会产生加速度轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度。飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞。升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称 x 及 y 方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时x方向阻力与推力大小相同方向相反，故x方向合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞行。 图1-1 弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，X轴弯矩不平衡飞机会滚转，Y轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z轴弯矩不平衡飞机会俯仰﹝如图1-2﹞。 图1-2 2、伯努利定律 伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越大，静压力越小，速度越小，静压力越大，流体一般是指空气或水，在这里当然是指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼下部空气流速较慢，静压力较大，两边互相较力﹝如图1-3﹞，于是机翼就被往上推去，然后飞机就飞起来，以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应
在机翼的后端相会合﹝如图1-4﹞，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该无法产生那么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘﹝如图1-5﹞。 图1-3 图1-4 图1-5 3、翼型的种类 １全对称翼：上下弧线均凸且对称。 ２半对称翼：上下弧线均凸但不对称。 ３克拉克Y翼：下弧线为一直线，其实应叫平凸翼，有很多其它平凸翼型，只是克拉克Y 翼最有名，故把这类翼型都叫克拉克Y翼，但要注意克拉克Y翼也有好几种。 ４S型翼：中弧线是一个平躺的S型，这类翼型因攻角改变时，压力中心较不变动，常用于无尾翼机。 ５内凹翼：下弧线在翼弦在线，升力系数大，常见于早期飞机及牵引滑翔机，所有的鸟类除蜂鸟外都是这种翼型。 基本航模的翼型选测规律： １薄的翼型阻力小，但不适合高攻角飞行，适合高速机。 ２厚的翼型阻力大，但不易失速。
1第一章 空气动力学基础知识
第四单元飞机与飞机系统 第一章空气动力学基础知识 1.1 大气层和标准大气 1.1.1 地球大气层 地球表面被一层厚厚的大气层包围着。飞机在大气层内运动时要和周围的介质——空气——发生关系，为了弄清楚飞行时介质对飞机的作用，首先必须了解大气层的组成和空气的一些物理性质。 根据大气的某些物理性质，可以把大气层分为五层：即对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)和散逸层。 对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里，在赤道约17公里，在两极约8公里。对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的增加而下降，并且由于地球对大气的引力作用，在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之三，因此该层的大气密度最大、大气压力也最高。大气中含有大量的水蒸气及其它微粒，所以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产生在对流层中。另外，由于地形和地面温度的影响，对流层内不仅有空气的水平流动，还有垂直流动，形成水平方向和垂直方向的突风。对流层内空气的组成成分保持不变。 从对流层顶部到离地面约30公里之间称为平流层。在平流层中，空气只有水平方向的流动，没有雷雨等现象，故得名为平流层。同时该层的空气温度几乎不变，在同一纬度处可以近似看作常数，常年平均值为摄氏零下56.5度，所以又称为同温层。同温层内集中了全部大气质量的四分之一不到一些，所以大气的绝大部分都集中在对流层和平流层这两层大气内，而且目前大部分的飞机也只在这两层内活动。 中间层从离地面30公里到80至100公里为止。中间层内含有大量的臭氧，大气质量只占全部大气总量的三千分之一。在这一层中，温度先随高度增加而上升，后来又下降。 中间层以上到离地面500公里左右就是电离层。这一层内含有大量的离子(主要是带负电的离子)，它能发射无线电波。在这一层内空气温度从-90℃升高到 1 000℃，所以又称为热层。高度在150公里以上时，由于空气非常稀薄，已听不到声音。 散逸层位于距地面500公里到1 600公里之间，这里的空气质量只占全部大气质量的1011 ，是大气的最外一层，因此也称之为“外层大气”。 1.1.2 大气的物理性质 大气的物理性质主要包括：温度、压强、密度、粘性和可压缩性等。
高速列车空气动力学动模型试验
高速列车空气动力学动模型试验 T约翰逊 摘要 AEA技术轨道动模型试验台是一个用来研究与评价高速列车在明线和隧道通过发射方式使列车模型沿150m长的测试轨道运行的装置，最高速度为305km/h。两平行轨道允许两列列车模型同时相向发射，以此来模拟列车交会效应。该装置适用于明线上的空气压力、隧道压力波，以及轨道间和平台上滑流空气速度的测量。 本文简要介绍了建造该试验台的原因，以及为了确保模型测试结果能够代表实车情况所需的技术要求，描述了该试验装置的工作原理，并且提供一些以前用该装置已经完成的研究案例插图。概述了该试验平台被引入研究铁路新的空气动力学要求的实用性。最后，介绍了该试验台未来在加快高速列车空气动力学领域发展的能力。 关键词：空气动力学，建模，测试，高速列车，压力，空气速度，隧道 引言 在20世纪80年代初，英国铁路研究组织认为需要一个移动的模型试验装置来研究铁路隧道空气动力学。原因是实车测试花费很大（现在依然是），需要复杂的规划，并且测试周期很长，属于劳动力密集型。此外，环境条件是不可控的，比如在恶劣的天气条件下，往往会使一天的测试失效，或者至少会对分析结果增加不确定性。最后，对于已经造好的列车和建好的基础设施的测试是有限的，限制了研究“可能性”设计潜力。尽管英国铁路组织在列车空气动力学方面所做的研究成果正在快速增加，但是完全排除实车测试的必要性只依靠理论研究和数值计算依然不能够充分研究空气动力学问题。 建立铁路空气动力学模型试验的技术要求：模型试验的雷诺数和马赫数必须足够的接近实车标准，以确保模型试验结果能代表实车情况。雷诺数确保了比例效应不重要，当列车进入隧道时，马赫数确保了压力波，表现在同一阶段作为其全尺寸当量。根据英国铁路研究人员丰富的风洞试验经验，众所周知，如果模型比例大于1/30时，雷诺数的影响将是很小的。列车马赫数，（即列车速度除以在空气中的声速），如果模型使用实车速度，那么其马赫数和实车也是相符合的（忽略外界对声速的影响）。最后，该试验装置列车模型比例为1/25（如果需要，可以更大），行驶速度为200km/h。最初的试验台是1988年建立的一个单一的发射轨道。 动模型（MMR）的发展始于1991年，最初欧洲和英国都是通过提高列车速度来推动其发展。MMR一个主要的扩展能力1992年完成的可以研究列车通过2个不同的分离轨道的二次发射轨道。达利和约翰逊在1999年对MMR未来的发展进行了详细的报道。
航空模型培训教材(汇编)
航空模型活动培训教材 张洪涛 前言 少年儿童是祖国的未来，科学的希望。培养有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义公民，提高整个中华民族的思想道德素质和科学文化素质，必须从少年儿童抓起，必须从引导少年儿童开展有意义的实践活动抓起。 我们都想把少年儿童培养成21世纪的主人，问题是如何培养出适应时代要求的一代新人。广大的教师、家长，都面临着当代教育改革的挑战，都在探索着改革陈腐的教育观念，使教育真正面向现代化，面向世界，面向未来，从长远的目标着眼，从少年儿童的心理、智能实际情况出发，推动有益的教育活动。 科技活动已证明是课堂教育的补充、扩大和发展。尤其航模设计制作活动，它符合少年儿童好奇、好动、好胜的心理特征，活泼新颖，又富有时代气息，对少年儿童富有强烈的吸引力。通过航模活动，将使少年儿童接触到广阔的知识领域：从空气动力到材料结构等有关知识：从加工工艺到调整试飞等有关技能；从现实飞机到新型飞机的创造构思。航模活动的动手又动脑的特性，将带来很多可贵的特殊教育效果。少年儿童在实践活动中获得积极的情感体验，或通过自己的发现而享受创造的喜悦，或在克服困难获得成功中体察到自身的价值和满足感，这些无疑有利于培养少年儿童的自主、自立、自信、自强、自律等优秀的个性品格。尤其针对当前教育上存在的弊端和独生子女的现实情况，更具有它特殊的现实意义。 航模活动的实践性，不仅带来智能上的发展，而且有助于少年儿童树立远大的理想。少年儿童为了制作出一架预想的模型飞机，必须按客观规律办事，建立起科学的、求实的思想方法；必须有坚精品文档
定的意志和顽强的毅力，经受困难和挫折的考验；必须善于群体相处，善于学习别人的长处，建立起集体主义观念。在小小的航模兴趣小组活动中，会逐步学会正确的观察和分析，逐步提高思辨能力和认识水平，从而萌发出高尚的、理性的、为人民服务、为科学献身的远大理想和事业心。千里之行始于足下，这本教材虽然仅是一些浅显的航空模型资料，但它将引导你走向科技制作活动的大门，也将引导你爱科学、爱劳动，培养起善于动脑、动手和勇于进取的好品质，使自己德、智、体、美、劳全面发展，时刻准备着，为祖国美好的明天，为21世纪做出贡献！ 一、航空模型概论 1、开展航模活动的作用和意义 航空模型是各种航空器模型的总称。它包括模型飞机和其他模型飞行器。航空模型活动从一开始就引起人们浓厚的兴趣，而且千百年来长盛不衰，主要原因就在于它在航空事业的发展和科技人才的培养方面起着十分重要的作用。 （1）航空模型是探索飞行奥秘的工具。 人类自古以来就幻想着飞行。昆虫、鸟禽、风吹起树叶和上升的炊烟，都曾引起过人类飞行的遐想。西汉刘安在《淮南子》中记载着后羿的妻子嫦娥偷食了长生药而飞上月宫的美妙故事。这反映了古人对飞行的追求和向往。 在载人的航空器出现之前，人类就创造了许多能飞行的航空模型，不断地探索着飞行的奥秘。距今2000多年前的春秋战国时期，我们的祖先就制作出能飞的木鸟模型。《韩非子》中记载着：“墨子为木鸢，三年而成，飞一日而败。”宋朝李鸢等人编的《太平御览》中也有“张衡尝作木鸟，假以羽翮，腹中施机，能飞数里”的记载。另外，还制作出种类繁多的孔明灯、风筝和竹蜻蜒等。 精品文档
高速列车底部结构的空气动力学模型研究
高速列车底部结构的空气动力学模型研究 邱英政 徐宇工 王艳丽 （北京交通大学机械与电子控制学院，北京，100044） 摘 要：本文提出了简化的高速列车底部结构模型，并利用国际上通用的流体力学计算软件FLUENT作为研究工具，对不同工况下的列车外部流场、列车所受气动力等进行了数值模拟计算分析，最后将计算结果与风洞实验结果及无底部结构空气动力学模型的数值模拟计算结果进行比较分析。结果证明，本文所提出模型不但可行，而且还具有简单、有效、适用范围广等优点。 关键词：高速列车空气动力学模型底部结构数值模拟计算 1．前言 随着高速铁路的出现，列车行驶速度的不断提高，列车的空气动力学问题也变得日益突出。空气动力学研究对于降低列车的气动阻力、提高它的气动性能、节省动力能源、降低运输成本都具有极其重要的作用[2]。随着计算机技术和计算方法的发展，数值模拟计算以试验研究所不具备的各种优势，逐渐得到了广泛地应用，数值模拟技术成为了现代工程学形成和发展的重要动力之一。目前，在国内外很多科研单位都已经开展了高速列车气动性能数值模拟研究，但在对列车底部复杂结构的简化处理过程中，目1前的做法基本上都是采取的直接去掉底部结构，降低列车底部缝隙高度来获得与实验研究所测等效阻力、升浮力的方法，这种方法在列车受到强侧风作用时，其升浮力的计算值与试验值差异很大[1]。因此有必要研究出一种更为有效的高速列车底部结构的空气动力学模型，以获得更准确的数值模拟计算结果。 2．高速列车模型选取及底部结构简化 2.1．模型的选取 本文采用中南大学设计的270km/h高速列车双拱流线型车体外形为计算对象，该车车头形状参见图1，车身断面参见图2所示，其外形设计满足《高速列车空气动力外形设计、计算及试验暂行技术条 件》[3]。 高速列车的外形复杂且长细比大，受计算机处理能力限制，对列车模型进行如下简化：列车长度缩短为两动一拖；去掉列车外部突出物；去掉底部结构，添加底部结构空气动力学模型。 作者简介：邱英政（1983-），男，湖南常德人，硕士生
空气动力学基础知识及飞行基础原理笔试题
空气动力学基础及飞行原理笔试题 1绝对温度的零度是：C A -273℉ B -273K C -273℃ D 32℉ 2 空气的组成为C A 78％氮，20％氢和2％其他气体 B 90％氧，6％氮和4％其他气体 C78％氮，21％氧和1％其他气体 D 21％氮，78％氧和1％其他气体 3 流体的粘性系数与温度之间的关系是? B A液体的粘性系数随温度的升高而增大。 B气体的粘性系数随温度的升高而增大。 C液体的粘性系数与温度无关。 D气体的粘性系数随温度的升高而降低。 4 在大气层内，大气密度：C A在同温层内随高度增加保持不变。B随高度增加而增加。 C随高度增加而减小。D随高度增加可能增加，也可能减小。 5 在大气层内，大气压强：B A随高度增加而增加。B随高度增加而减小。 C在同温层内随高度增加保持不变。C随高度增加可能增加，也可能减小。 6 增出影响空气粘性力的主要因素 B C A空气清洁度B速度梯度C空气温度D相对湿度 7 对于空气密度如下说法正确的是B A空气密度正比于压力和绝对温度B空气密度正比于压力，反比于绝对温度C空气密度反比于压力，正比于绝对温度D空气密度反比于压力和绝对温度 8 “对于音速．如下说法正确的是”C A只要空气密度大，音速就大”B“只要空气压力大，音速就大“ C”只要空气温度高．音速就大”D“只要空气密度小．音速就大” 9 假设其他条件不变，空气湿度大：B A空气密度大，起飞滑跑距离长B空气密度小，起飞滑跑距离长 C空气密度大，起飞滑跑距离短D空气密度小，起飞滑跑距离短 10一定体积的容器中。空气压力D A与空气密度和空气温度乘积成正比B与空气密度和空气温度乘积成反比
航模基础知识空气动力学
航模基础知识空气动力学 一章基础物理 本章介绍一些基本物理观念，在此只能点到为止，如果你在学校已上过了或没兴趣学，请跳过这一章直接往下看。第一节速度与加速度速度即物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞加速度即速度的改变率，我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是负数，则代表减速。第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。没有受力即所有外力合力为零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零，与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。第二定律：某质量为m 的物体的动量(p = mv)变化率是正比于外加力F 并且发生在力的方向上。此即著名的F=ma 公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速度，飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反。你踢门一脚，你的脚也会痛，因为门也对你施了一个相同大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零，依牛顿第二定律就会产生加速度，为了分析方便我们把力分为X、Y、Z 三个轴力的平衡及绕X、Y、Z 三个轴弯矩的平衡。轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞，升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称x 及y 方向﹝当然还有一个z 方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时x 方向阻力与推力大小相同方向相反，故x 方向合力为零，飞机速度不变，y 方向升力与重力大小相同方向相反，故y 方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞 弯矩不平衡则会产生旋转加速度，在飞机来说，X 轴弯矩不平衡飞机会滚转， Y 轴弯矩不平衡飞机会偏航、Z 轴弯矩不平衡飞机会俯 第四节伯努利定律 伯努利定律是空气动力最重要的公式，简单的说流体的速度越大，静压力 越小，速度越小，静压力越大，这里说的流体一般是指空气或水，在这里当然是 指空气，设法使机翼上部空气流速较快，静压力则较小，机翼下部空气流速较慢， 静压力较大，两边互相较力，于是机翼就被往上推去，然后飞机就 飞起来，以前的理论认为两个相邻的空气质点同时由机翼的前端往后走，一个流 经机翼的上缘，另一个流经机翼的下缘，两个质点应在机翼的后端相会合，经过仔细的计算后发觉如依上述理论，上缘的流速不够大，机翼应该无 法产生那么大的升力，现在经风洞实验已证实，两个相邻空气的质点流经机翼上 缘的质点会比流经机翼的下缘质点先到达后缘 我曾经在杂志上看过某位作者说飞机产生升力是因为机翼有攻角，当气流 通过时机翼的上缘产生”真空”，于是机翼被真空吸上去﹝如图1-6﹞，他的真 空还真听话，只把飞机往上吸，为什么不会把机翼往后吸，把你吸的动都不能动， 还有另一个常听到的错误理论有时叫做***理论，这理论认为空气的质点如同子 弹一般打在机翼下缘，将动量传给机翼，这动量分成一个往上的分量于是产生升 力，另一个分量往后于是产生阻力﹝如图1-7﹞，可是克拉克Y 翼及内凹翼在攻 角零度时也有升力，而照这***理论该二种翼型没有攻角时只有上面”挨子 弹”，应该产生向下的力才对啊，所以机翼不是风筝当然上缘也没有所谓真空。 伯努利定律在日常生活上也常常应用，最常见的可能是喷雾杀虫剂了﹝如
汽车车身的空气动力学应用
研究性学习论文 小组成员： 班级：机电1011 指导教师：卢梅
汽车车身的空气动力学应用 摘要：汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响。因此轿车的车身设计既要服从空气动力学，要有尽量低的空阻系数，降低发动机的输出负担，又要采取措施，降低诱导阻力，以保证轿车的行驶安全。 关键词：空气动力学，车身外形设计，导流板，扰流板 背景：迄今为止，汽车的发展已经过了112年，无论是汽车的速度，还是汽车的配置，或者是汽车的造型多有了长足的发展。随着汽车速度的提高，空气阻力成为汽车前进的最大障碍。在此因素下，汽车造型经历了马车型汽车,箱型汽车,甲壳虫型汽车,船型汽车,鱼型汽车以及楔型汽车等六个阶段的演变，从而越来越符合空气动力学的要求，越来越符合人们的审美观。在这一发展历程，也可看做是人们对空气动力学的认识及应用过程。 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。它标志着人们开始运用流体力学原理研究汽车车身的造型。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。它是第一代大量销售的空气动力学产物的汽车。1949年福特公司推出了福特V8汽车,这种车型改变了以往汽车造型模式、使前翼子板和发动机罩,后翼子板和行李舱溶于一体,大灯和散热器罩也形成整体,车身两侧是一个平滑的面,驾驶室位于中部,整个造型很象一只小船,因此,我们把这类车称为“船型汽车”。船形汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫形汽车，并且还较好地解决了甲壳虫形汽车对横风不稳定的问题。船型汽车尾部过分向后伸出,形成阶梯状,在高速行驶时会产生较强的涡流,为了克服这一缺点,人们把船型车的后窗玻璃逐渐倾斜,倾斜的极限即成为斜背式。由于这个背部很象鱼的背脊,所以这类车称为“鱼型汽车”。“鱼”型虽然解决了涡流的困难，但也引起了一些空气动力学缺陷。是当汽车高速行驶时汽车的升力会比较大。鉴于鱼形汽车的缺点，设计师在鱼形汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼形鸭尾式”车型。这是最早为克服气动升力而做的空气动力学设计。为了从根本上解决鱼型车的升力问题,科学家们设想了种种方案,最后终于找到了一种楔型造型。就是将车身整体向前下方倾斜,车身后部像刀切一样平直，这种造型有效地克服了升力。目前,各种身价过百万元的超级跑车设计都基本上采用楔型。各大车厂也都开发带有楔型效果的小客车，如两厢式旅行车,子弹头面包车等形式的轿车。在此基础上，增加扰流板等装置，进一步解决了空气升力的问题。 正文： 汽车气动阻力分析： 从种类上分，汽车气动阻力由形状阻力、干扰阻力、摩擦阻力、诱导阻力和内部阻力五部分迭加构成。 形状阻力：由于气流分离现象。在汽车后面形成尾流区，前后气流压力不相等，从而形成压差阻 力。压差阻力的大小是由车身外部形状决定的，所以一般称为形状阻力。它约占空气阻力的58％，是气动阻力的主要部分。 干扰阻力：车身表面凸起物、凹槽和车轮等局部影响气流流动，从而引起空气阻力，约占14％。