汽车空气动力学[1]
第三章汽车空气动力学
室外实验是把实车在室外试验场上进行空气阻力 系数的测定和研究横风对汽车的作用。
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3.7.1 风洞试验设施和技术
汽车风洞由大功率电动机带动鼓风机和按一定要 求设计的管道构成，可分为直流式和回流式两种：
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：
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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
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 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。
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2、模拟边界条件
汽车在路上行驶，四周气流均匀，风洞中除地板 上有附面层外，管径如太小，其附面层也影响气流 特性，为此设计的风洞试验段截面积与模型的正面 投影面积之比有一定要求：
地板以模上型面的积正，面模投型影高面度积要要小小于于试5验0 0的段试高验度段3面0 0积0。，
汽车空气动力学设计
风洞实验可以提供精确的测量数据，如车辆阻力、气动升力和气动稳定性等，为汽 车设计提供重要的参考依据。
车辆阻力测试
车辆阻力测试是评估汽车空气动 力学性能的重要指标之一，它反 映了汽车在行驶过程中受到的空
气阻力大小。
噪，提高驾驶舒适性和安全性。
03
节能环保
随着能源和环境问题的日益严重，低能耗、低排放的汽车已成为发展趋
势。良好的空气动力学设计有助于提高汽车的燃油经济性，减少排放，
符合节能环保的要求。
汽车空气动力学的发展历程
初期发展
早期的汽车设计主要依靠经验和试错法进行，没有系统的空气动力学研究。
快速发展期
随着流体力学和计算技术的发展，汽车空气动力学逐渐成为一个独立的学科领域。流线型 车身设计、尾翼等空气动力学部件开始出现。
总结词
提高运营效率
详细描述
城市客车的空气动力学设计主要目标是提高运营效率。通过流线型车身设计、减少车身 附件和优化底盘高度，可以降低风阻和提升行驶稳定性。此外，合理的进气口和排气口 设计也有助于提高客车的散热性能和减少噪音，从而提高城市客车的运营效率和乘客舒
适度。
THANKS
感谢观看
现代发展
现代汽车空气动力学研究更加深入和精细化，涉及到数值模拟、风洞试验和实车测试等多 种手段。同时，随着电动汽车的兴起，空气动力学与热管理之间的联系也更加紧密。
02
汽车空气动力学原理
伯努利定律
• 伯努利定律：流体的速度越大，其静压越小；反之，流体的速 度越小，其静压越大。在汽车设计中，可以利用伯努利定律来 控制车头的进气和车尾的排气，以优化汽车的空气动力学性能。
汽车空气动力学六分力
汽车空气动力学六分力
汽车空气动力学是研究汽车在空气中运动时所受到的力学效应及其
影响的学科。
其中的六分力是指汽车在空气中运动时所受到的六种力
学效应，它们分别是：
1. 阻力力：汽车行驶在空气中时，空气对汽车的阻力会产生摩擦作用，阻力力会使汽车的速度减慢或者保持恒定。
降低汽车的阻力力就能提
高汽车的速度和燃油经济性。
2. 升力力：当汽车在空气中行驶时，车体会对空气产生波动，这些波
动会形成气流，气流会产生向上的力量，也就是升力力。
升力力的大
小取决于汽车的速度、形状、车身倾斜角等因素。
3. 重力力：汽车在地球引力的作用下，受到的向下的力量就是重力力，它是使汽车沿着地面行驶的主要力量。
4. 侧向力：当汽车在高速行驶时，风力会对车身施加侧向切向力，这
个力量被称为侧向力。
侧向力的产生是由于车身的横向移动和风的侧
向作用力相互作用。
侧向力的大小取决于车速和侧向风的作用角度。
5. 即时力：即时力是汽车在高速行驶时所受到的一种向前的推力，它
的大小取决于汽车速度和空气密度。
6. 附着力：汽车在行驶时，轮胎需要与地面保持一定的接触力，这个
力被称为附着力。
附着力的大小与轮胎的材料、大小、胎压以及路面情况等因素有关。
以上就是汽车在空气动力学中的六个重要的力学效应。
研究这些效应可以帮助向我们更好地了解汽车在空气中的行驶原理和提高汽车的燃油经济性。
车辆空气动力学
车辆空气动力学车辆空气动力学是指车辆行驶时空气对车辆的影响和作用的学科。
空气动力学在汽车设计中起着至关重要的作用，它涉及到车辆的气动外形设计、空气阻力、升力、气流优化等方面，直接影响到车辆的性能、稳定性和燃油经济性。
车辆在行驶过程中，空气对车辆的影响主要表现为空气阻力和升力。
空气阻力是车辆行驶时空气对车辆前进方向施加的阻力，直接影响到车辆的速度和燃油消耗。
为了降低空气阻力，汽车设计师需要通过合理设计车身外形、减小车身侧面积、降低车身下压力等方式来优化车辆的空气动力学性能。
除了空气阻力，车辆在高速行驶时还会受到空气的升力影响。
升力会使车辆在高速行驶时产生不稳定的飘移现象，降低车辆的操控性和行驶稳定性。
为了减小升力，汽车设计师需要通过设计合理的车身下压力装置、增加车身稳定性等措施来改善车辆的空气动力学性能。
在汽车设计中，空气动力学设计是一个复杂而重要的领域。
设计师需要考虑车辆的外形、车身结构、进气口、排气口等因素，以确保车辆在高速行驶时具有良好的空气动力学性能。
通过使用计算流体力学（CFD）等工具，设计师可以模拟车辆在不同速度下的空气流动情况，优化车辆的空气动力学性能。
除了影响车辆性能和燃油经济性外，空气动力学还可以影响到车辆的外观设计。
许多现代汽车设计都采用了流线型的外形设计，以降低空气阻力和减小升力，提高车辆的性能和稳定性。
流线型的外形设计不仅具有美观的外观，也是对空气动力学原理的有效运用。
总的来说，车辆空气动力学是汽车设计中不可忽视的重要领域。
通过优化车辆的空气动力学性能，可以提高车辆的性能、稳定性和燃油经济性，为驾驶员提供更加安全和舒适的驾驶体验。
未来随着科技的不断发展，空气动力学在汽车设计中的作用将变得更加重要，为汽车工业的发展带来新的机遇和挑战。
汽车空气动力学原理解析
汽车空气动力学原理解析当我们驾驶汽车在道路上疾驰时，可能很少会去思考空气对车辆行驶的影响。
但实际上，汽车空气动力学在车辆的性能、燃油效率、稳定性和舒适性等方面都起着至关重要的作用。
首先，让我们来了解一下什么是汽车空气动力学。
简单来说，它研究的是汽车在行驶过程中与空气相互作用的规律，以及如何通过优化车辆的外形和结构，来减少空气阻力，提高车辆的性能和效率。
空气阻力是汽车行驶中需要克服的主要阻力之一。
当汽车行驶时，空气会在车身表面形成一层边界层。
这层边界层的摩擦力会产生阻力，而且汽车前方的空气被压缩，形成压力波，后方则形成低压区，前后的压力差也会产生阻力。
这些阻力的总和就是我们常说的空气阻力。
空气阻力的大小与车速的平方成正比，这意味着车速越高，空气阻力对车辆性能和燃油消耗的影响就越大。
那么，汽车设计师们是如何运用空气动力学原理来降低空气阻力的呢？车辆的外形设计是关键。
流线型的车身能够有效地减少空气阻力。
比如，车头部分通常设计成较为圆润的形状，这样可以减少空气的冲击和分离，使气流更顺畅地流过车身。
前挡风玻璃的倾斜角度也经过精心设计，既能提供良好的视野，又能减少气流的阻力。
车身侧面的线条要尽量平滑，避免出现突兀的凸起或凹陷。
车尾部分的设计同样重要，一个良好的车尾设计可以减少车尾的乱流，降低阻力。
除了外形，车辆的一些细节设计也对空气动力学有着重要影响。
例如，后视镜的形状和位置，如果设计不合理，会在行驶中产生较大的阻力。
现在很多车型都采用了更符合空气动力学的后视镜形状，或者使用摄像头代替传统后视镜，以降低阻力。
车辆底部的平整度也很重要，不平整的底部会使气流紊乱，增加阻力。
因此，一些高性能汽车会在底部安装护板，使气流能够更顺畅地通过。
汽车的进气和散热系统也与空气动力学密切相关。
进气口的位置和形状要既能保证足够的进气量，又能减少阻力。
散热格栅的设计也要考虑到气流的流动，以提高散热效率的同时降低阻力。
此外，汽车的风阻系数是衡量其空气动力学性能的一个重要指标。
汽车的空气动力学
150
200
速度 (Km/h)
（气动阻力系数）
CD= 0.30
0.25 时
日本JC08工况
3%
北美工况
5%
100km/h定速
8%
以某小型混动轿车为例
特别在高速走行时，低油耗开发是必不可少的技术。
汽车上的气动力
气动力(F) = ½ ρ V2 CD A
气动阻力系数(CD) =
F ½ ρ V2 A
ρ：空气密度 V：速度 A：正投影面积
涡街噪声的特点
风振
由前方来流撞击在天窗开口后部，产生涡 乘员舱内产生强烈震动，发出压迫耳朵的声音。
导风板
天窗开
涡 导风板 ル天ー窗フ前先端端部部分分
车顶钣金 车顶玻璃
特征
・涡较大时⇒ 频率低 ・涡的能量大 ・变化不大
笛吹音 由于压力变动产生、在狭小的空间发生共鸣
现象
发生部位
段差处的笛吹音
去除段差 增大段差
侧倾力矩（ＣＲ）
升力(Lift) 横摆力矩(ＣＹ)
横力(ＣＳ) 纵倾力矩 (ＣＰ)
空力性能对整车性能有非常大的影响。
气动阻力的贡献度
100km/h时占全部行驶阻力7成 200km/h时占全部行驶阻力9成
气动阻力降低，燃料经济性提升效果
行驶阻力
空气阻力
空气阻力
行
驶
90%
阻
力
空气阻力
70%
0
50
100
例如：
100km行驶时 ⇒ 140km时！？
50kg
〇98〇kgkg
速度增加1.4倍 ⇒ 那么、汽车行驶阻力增加约2倍
气动阻力较小的车辆
正面投影面积小
汽车空气动力学性能分析
汽车空气动力学性能分析随着汽车的普及，汽车安全和性能也成为消费者关注的重要问题。
汽车空气动力学性能是指在行驶过程中汽车受到空气阻力的大小和变化规律，它是汽车性能中最基本的一个方面。
了解汽车的空气动力学性能可以帮助我们更好地了解汽车的性能和安全。
一、汽车空气动力学性能的原理汽车在行驶过程中，空气会对汽车产生阻力，这种阻力称为空气阻力。
汽车空气动力学性能的分析就是研究空气阻力的大小和变化规律。
空气阻力的大小与气流的速度、密度、粘性、形状以及流向等因素有关。
汽车在行驶过程中，前方的气流会受到汽车遮挡，产生空气压力，而这种压力会对汽车产生阻力，直接影响汽车的速度、加速度和燃油消耗等方面的性能。
二、汽车空气动力学性能分析的方法有多种方法可以对汽车的空气动力学性能进行分析，其中比较常见的有风洞试验和数值模拟两种方法。
1. 风洞试验风洞试验是通过在实验室中重建汽车行驶时的气流环境，通过测量气流的流速、密度等参数来分析汽车在行驶过程中受到的空气阻力。
风洞试验的优点是可以更精确地模拟汽车行驶时的空气环境，否则就需要在实际路面上进行测试，成本高且不便于控制变量。
2. 数值模拟数值模拟是通过计算机模拟整个汽车行驶过程中的空气动力学过程，从而分析汽车受到的空气阻力。
数值模拟的优点是可以更方便地对不同的因素进行分析，优化设计；缺点是需要消耗大量的计算资源和时间。
三、汽车空气动力学性能的优化汽车制造商可以根据汽车的空气动力学性能分析结果，对汽车的外形进行优化。
经过优化设计，汽车可以减少空气阻力，提高速度和燃油效率。
汽车空气动力学性能对车辆运动性和油耗有重要影响。
为了提高汽车的油耗性能，汽车外观设计不断优化。
1. 减小风阻力减小车身面积、改善车身型线是减小风阻力的常用方法。
如改善W222 S级的车身线条，设计更近似于水滴的外形，通过调整底部的空气入口与排气孔位置和大小，以及调整后行灯的设计，降低了大约14%的风阻。
2. 优化空气流通优化加油口、调整前大灯等与空气流通国界完成的部件也是减小风阻力的有效方法。
汽车空气动力学
重庆大学汽车系汽车空气动力学汽车空气动力学前言车身的空气动力学设计是车身设计的重要内容。
的能量克服空气阻力；的能量克服空气阻力；轿车空气动力性的差异可使空气阻力相差别30%，燃油消耗相差达12%以上。
前言三、空气动力学对汽车性能的影响Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle前言汽车空气动力学第一章空气动力学基础知识第一章空气动力学基础知识常数），有第二节流体力学基础第二节流体力学基础吹纸条:球浮气流：发动机化油器喉管第二节流体力学基础第一章空气动力学基础知识在无粘性气流中，所受合力为零。
在粘性气流中，所受合力不为零。
第三节空气的粘滞性和气流分离现象的气流先停止流动，进而反向流动，形成涡流区，将继续流动的气流与第三节空气的粘滞性和气流分离现象三、气流分离现象在物体背流面，流束的扩展受到尾流区的限制，使流束截面较比迎流面小，其压力较迎流面低。
而尾流区的压力与相邻流体压力接近。
这就使物体压差阻力”的作用。
只有在逆压梯度条件下才会产生分离。
逆压梯度越大，越易分离。
三、气流分离现象第一章空气动力学基础知识表示为与动压力、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，也与第一章空气动力学基础知识第五节汽车空气动力与空气动力矩Al Al2汽车空气动力学C d 总值：0.45A—形状阻力(C d =0.262)；B—干扰阻力(C d =0.064)；C—形状阻力(C d =0.053)；D—形状阻力(C d =0.031)；E—形状阻力(C d =0.040)。
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空氣動力零件與配件之研究
• 前擾流器 • 後擾流器 • 裝置前後擾流器的效果 • 側護裙 • 其它空氣動力零件
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適當面積與角度可減少阻力與 揚力、偏向力矩
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•
衰弱現象----煞車鼓過熱摩擦係數降低
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汽車行駛性能-- 2.曲線行駛阻力
• 1.操縱性能---可依駕駛者意志而行駛性能
•
1. 轉彎向心力 (道路斜度、輪胎變形
•
2.轉向特性 (轉向過度、不足、
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/23
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最高速度如何決定
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揚力
• 柏努力定裡
• 上方流速快 壓力就低
• 車輛上方壓 力低於下方， 車輛產生揚 力
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• 摩擦阻力 • 誘導阻力 • 壓力阻力
空氣阻力
• 邊界層厚度 • 空氣阻力係數(Cd)
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摩擦阻力
• 摩擦阻力：空氣貼於車身表面產生之阻力
風洞
• 空氣阻力測試裝置
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車輛與空氣
• 1.空氣的 特性 • 2.空氣的 密度 • 3.空氣的 黏度 • 4.邊界層
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車輛周遭流動氣流效應
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作用於車輛的空氣動力
• 流體移動會推動物體 • 汽車正面承受空氣動力 • 汽車承受橫風 • 汽車的六個分力(三力、三力矩) • 汽車承受三種壓力(揚力及橫力、空氣阻力)
• V 車與空氣相對速度
• N 引擎動力
D=0.5 ρV2 *S *CD N=D*V/75
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觀查空氣流動
• 1. 氣流可視化技術 • 2. 油膜、油滴法 • 3.流煙法
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1. 氣流可視化技術
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2. 油膜、油滴法
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3.流煙法
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設計不同空氣動力特性如何變化
• 省能源與空氣動力之關係 • 風向與空氣阻力係數之關係
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空氣流動被剝離地點---邊界層 邊界與空氣99%相同流速距離--邊界層厚度
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剝離越早發生，渦流越大，空氣阻力越大
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空氣阻力係數CD
• CD = ( D / S )
•
---------------
•
0.5 ρV2
• D 空氣阻力
• S 前投影面積
• ρ 空氣密度
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汽車振動
• 1. 上下 跳動 • 2. 前後 俯仰 • 3. 左右 榥動 • 4. 旋轉 平擺 • 5. 上下振動容許界線---依振幅及頻率 • 6. 乘坐舒適係數 =振幅 /容許振幅
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環境 乘坐舒適性能
• 1. 噪音 --- (引擎、齒輪、排氣管、輪胎、
• 加速性能 = Rg+ Rac • 油耗性能 = 燃油消耗量與行駛里程關係
• 最高速度性能=無風狀況、水平路面、最高
•
車速
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行 車 性 能 曲 線 圖
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汽車行駛性能-- 1.直線行駛性能
• B. 慣性行駛性能 ---平坦水平路面、踩下離 合器、或在空檔來切斷動力時，依慣性力 所能行駛多遠距離性能。
• 全部行駛阻力 = D1 + Ra+ Rg+ Rac
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1. 滾動阻力
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2. 空氣阻力
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3.斜坡阻力 Rg = W sinθ
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4.加速阻力
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空氣動力實驗—流體數值解析
• 運動方程式 • 流動流線 • 壓力分佈與流速向量
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汽车空气动力学
2020/11/23
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汽車行駛阻力
• 1.滾動阻力 D1 = μ r W1
• 2.空氣阻力 Ra = K A V2
• 3.斜坡阻力 Rg = W sinθ
• 4.加速阻力 Rac = W *α / g (改變慣性阻力)
•
(直線 及 迴轉 慣性 )
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裝置各種空氣動力零件其空氣動力 如何變化
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賽車的實車風洞實驗
• March 802 的實車風動實驗 • 發生強大的下壓力與轎車的情況不同 • 賽車周圍的氣流
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• C. 制動性能----操作煞車踏板可使汽車經多
•
少距離停下之性能。
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制動性能----影響因素
• 1. 踩煞車方法---踏力
• 2. 煞車性能----煞車蹄片摩擦、輪胎與地面
•
、路面材質、形狀、溫度與滑動狀況
• 3. 制動初速度影響
• 4. 汽車總重量
• 5. 水上滑行現象
• 6.煞車異常現象--氣阻現象(油溫過高、蒸發)
•
車身共振、風切聲)
• 2. 座椅及內裝
• 3. 空氣調節性能
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何謂空氣動力學
• ans: 討論空氣流動之學問 • 影響車身穩定性、 • 阻礙汽車前進 • 飄浮車輛
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空氣阻力實驗
• 依重鎚落下時 間長短決動空 氣阻力大小
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全部行駛阻力 = D1 + Ra+ Rg+ Rac
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汽車行駛性能-- 1.直線行駛性能
• 1.直線行駛性能
• A.動力性能 –--爬坡性能 、加速性能、
•
油耗性能、最高速度性能
• 爬坡性能 = D1 + Ra+ Rg
•
=(μrcosθ+sinθ)W+kAV2
賽車的空氣動力
• 車底面與路面間產生的強烈下壓力 • 底盤下的氣流 • 不同角度的底盤下的氣流 • 雨天可觀查到可視化氣流 • 賽車上面的空氣流動狀況 • 前方來的空氣流動狀況 • Up sweep 的氣流情形
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車輛浮起→方向盤和煞車失效
• 偏向力矩---對行駛穩定性重要
• 俯仰力矩---車輛前後方揚力不同所引起
•
前方揚力大→方向盤效果不好
•
後方揚力→轉向過度
• 賽車前後方下壓力比為 3:7
•
依前突與後翼調整增加下壓力
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最高速度如何決定
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驅動力←→滾動阻力、加速阻力、 坡度阻力、空氣阻力
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車輛周圍的氣流
• 依渦流的壓力差會產生阻力 • 減低行車阻力因素 • 氣車周圍氣流
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車輛空氣動力實驗
• 後翼形狀的實驗 • 車頭形狀的實驗 • 車尾端形狀的實驗 • 輪胎的空氣動力實驗 • 地面效應實驗 • 前翼形狀的實驗 • 日本磁浮車
• 裝置擾流器及下屏實驗 • 未裝置空氣動力零件實驗 • 裝置後擾流器實驗 • 裝置前擾流器實驗 • 裝置前、後擾流器實驗 • 裝置前、後擾流器及下屏實驗 • 裝置前、後擾流器、下屏及側護裙實驗
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