汽车空气动力学

梯度较小，在那里我们可以不考虑空气的粘性作用而把它看成为理想流体。
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。诱导阻力系数 CXi 升力系数 CZ 间有如下近似关系：
式中，b 为汽车宽度， A 为汽车正投影面积。
只有滚动阻力和气动阻力两项：Σ F 7、发动机功率与车速关系
=
Байду номын сангаас(G
− FZ ) f
+
1 2
C
X
ρ
V
2 a
A
汽车行使阻力所消耗的功率（kw）为：
ΣP
=
1 (G− 3600
FZ
)
f
⋅Va
+ 72100ρCX
AVa3
而发动机功率 Pe 与阻力功率∑P 的关系为：Pe·η=∑P η为汽车传动效率。通常作用在汽车上的升力 FZ 不大，如忽略
这是目前跑车和赛车流行的布置形式。
⑶ 在车顶后端或车尾做成翘起来的形状，可以很好地起到降低升力的作用。
14、克服侧向力和横摆力矩的措施 横摆力矩关系到行驶时的直线性和侧风稳定性，它具体表现在侧向力对重心的关系上。
⑴ 侧向力作用于重心之前，这时汽车头部将随侧向风向外侧转动，它趋向于使侧向力增大，导致稳定性恶化。
用加速度公式来研究这一问题。对速度公式两边求时间 t 的导数并加以整理，即可得汽车加速度：
dV a = dP e
3600 η T
dt
dt
Gf
+
3 2
ρC X
AV
2 a
上式中，dPe/dt 是表示汽车发动机功率随时间的增长率，它取决于发动机功率曲线。其值可由发动机试验确定。由
公式可知，汽车的加速能力首先取决于发动机的加速性能，其次，汽车加速度还与汽车的气动阻力系数 CX 近似反比
关系，减小汽车的空气阻力，就可以使汽车的加速度增大。同时看出，减小汽车重量 G，也会有利于汽车加速度的提
高。
10、气动阻力对燃油经济性的影响 影响汽车燃油经济性的因素包括发动机性能、传动系性能、汽车重量、汽车外形、轮胎性能、行驶车速、挡位选
择和使用保养等。
11、影响汽车操纵稳定性的气动力可分为三组： （1）升力和纵倾力矩：关系到附着力和牵引力；⑵ 侧向力和横摆力矩：关系到侧风稳定性和直线行驶性；⑶ 侧倾 力矩：关系到侧向稳定性；由于来自车身侧面及其周围气流的影响，产生了绕 x 轴的侧倾力矩。这个力矩通过悬挂装 置到车架至左右车轮，引起车轮负荷的变化，对应于力矩回转的方向，使一侧车轮的负荷增加，而另一侧车轮负荷减
如果汽车在水平路面上作等速行使，驱动力全部用来克服滚动阻力和气动阻力，即：
Ft
= (G − FZ ) f
+
1 2
ρC X
AV
2 a
=
Gf
+
1 2
ρ AV
2 a
(C
X
在其它因素不变情况下，具有最大驱动力 Ftmax 时，可以获得最高车速，可以得：V a max
− CZ)
1
⎡
⎤2
=
⎢
⎢ ⎢
1
⎢⎣ 2
F t max − Gf
部调整即可推迟涡流的生成。从而减少形状阻力。
（2）摩擦阻力 汽车空气阻力中的摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面上产生的切向力造成的。空气与其它流体一样都具有粘
性，当气流流过平板时，由于粘性作用，空气微团与平板表面之间发生摩擦，这种摩擦阻碍了气体的流动，形成一种
阻力称为摩擦阻力。
由于空气的粘性作用，使与平板表面接触的那层空气粘附在平板表面上，于是这层气流的速度 v 降为零。紧靠这 层气流上面部分的气流，由于空气微团之间的摩擦作用，部分地降低了它的运动速度，在它更上面的那部分，气流由
CX =
气动阻力 ×
= FX
1 2
ρVr2
A
式中，FX 为 X 向气动阻力；ρ为空气密度；Vr 为汽车与空气相对速度；A 为汽车的正投影面积。气动阻力系数是一个
无量纲数，它代表了气动阻力与气流能量之比。对于其它气动力系数也类似，对于气动力矩系，上式应除以一个特征
长度单位，使其成为无因次量，例如侧倾力矩系数 CMx
生涡流，即形成负压，而汽车正面是正压，所以涡流引起的阻力也称压差阻力，又因为这部阻力与车身形状有关，也
称形状阻力，它占整个阻力的 58%。下图详细地显示了汽车周围流谱的情况，可见汽车仅前部很小区域存在层流，其 余大部分区域中的气流状态是紊流。
对于运动的物体，分离现象产生越晚，空气阻力越小，所以在设计上力求将分离点向后推移。在一定形体上作局
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一、汽车空气动力学
1、汽车空气动力学是研究汽车与空气相对运动的现象和作用规律的一门科学。 2、汽车空气动力学的重要性：对汽车动力性的影响、对汽车经济性的影响、对操纵稳定性的影响、汽车空气动力学 3、汽车在行使时，受到气流的气动力作用，该作用力在汽车上的作用点，我们通常称作为风压中心，记作 C.P，由于 汽车外型的对称性，风压中心在汽车的对称平面内，但它不一定与重心（CG）重合。 4、 为了评价汽车的空气动力性能，引入气动力系数的概念。如气动阻力系数 CX 定义为：
C Xi
=
CZ2 πλ
C Xi
=
1 2
FXi ρV∞2 A
λ = b2 A
（4）干扰阻力
它是车身外面的凸起物例如后视镜、流水槽、导流板、挡泥板、天线、门把手、底盘下面凸出零部件所造成的阻
力，占总阻力的 14%。
（5）内循环阻力
它是指为了发动机冷却和乘坐舱内换气而引起空气气流通过车身的内部构造所产生的阻力，它占总阻力 12%。
6、行驶阻力与车速的关系
汽车在实际道路上行使时，不仅会遇到气动阻力，由于汽车是靠车轮在地面上滚动才能前进，因而不可避免地还
会遇到滚动阻力；当汽车在有坡度的道路上行驶时，还会遇到爬坡阻力。此外，汽车在行使中必然会遇到各种交通情
况，时而需要加速，时而需要减速，因而还会有加速阻力。在水平路面上匀速行驶时只有气动阻力和滚动阻力，下面
于受到的影响更小，因而其运动速度减小量也更小。这样最下面的那层气流速度 v 为零，随着距平板距离的增加，气
流的速度逐渐增大，一直增至与来流速度 v∞相等，形成了薄薄的附面层。由于附面层内有速度 梯度 ∂ v ，所以产生有粘性。
∂y
（3）诱导阻力
切应力τ，摩擦阻力直接与气流底层 y=0 处的速度
⎛ ∂v ⎞
CX
=
FX
1 2
ρVr2
A
CY
=
1 2
FY ρVr2 A
CZ
=
1 2
FZ ρVr2 A
CMX
=
1 2
MX ρVr2 AL
CMY
=
1 2
MY ρVr2 AL
CMZ
=
1 2
MZ ρVr2 AL
5、气动阻力组成及其比例
定义：空气作用于车身的向后的纵向分力称为气动阻力，这种阻力与车速平方成正比，为了克服气动阻力所消耗的功
⑵ 侧向力作用于重心之后时，汽车头部将向内侧转动，有利于减弱侧向力，提高稳定性。
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⑶ 侧向力作用在重心点上时，汽车将有侧移，但能基本保持行驶方向。 15、克服横摆力矩的汽车造型措施：
⑴ 总体设计时，尽量合理安排各总成，做到风压中心处于重心之后，以提高稳定性。 ⑵ 尽量压低车身高度，处理好横截面的流线型性，以降低横摆力矩。 ⑶ 车身后端加尾翘或采用方背式布置，使风压中心后移，以减小横摆力矩的不安定成分。但加尾翘后，汽车承受 的侧向风将增大，此点不容忽视。 一般前置发动机的汽车，其风压中心与车身的重心较接近，而后置发动机的汽车则往往因其车身重心后移，因侧 向风的作用而产生不安定性。 箱型车比一般小轿车的侧风稳定性要好一些，因箱型车的车身截面后部较大，风压中心在重心之后，当遭受侧风 时，侧向偏移及横摆角速度不致太大。 16、侧倾力矩 侧倾力矩直接影响到汽车的侧倾角，并对左右侧车轮重量分配影响也较大。 侧倾力矩主要由车身侧面形状决定，一般地，侧面流线型好的汽车，侧倾力矩就相对小。 17、克服侧倾力矩的汽车造型措施： ⑴ 在总体设计时，尽量使风压中心在高度方向上接近于侧倾轴线。⑵ 尽量降低重心。 ⑶ 采用长度较小、宽度较大、车身低矮的布置形式。 18、汽车空气动力学的发展:马车形汽车、箱形汽车、甲壳虫形汽车、船形汽车、鱼形汽车、楔形汽车、子弹头形汽 车 19、方箱形造型：为了提高汽车的速度，发动机的尺寸变得越来越大，在座位下面已经无法容纳，只好布置在汽车的 最前面。把汽车的发动机从座位下面移动到汽车的头部，为尺寸和功率很大的发动机提供了宽阔的空间，使得汽车的 形状变成车头和客舱两个方正的部分，这就是方箱式的造型。 20 、 物 质 存 在 的 三 种 状 态 ： 固 态 ----相 对 应 的 为 固 体 ； 液 态 ----相 对 应 的 为 液 体 ； 气 态----相 对 应 的 为 气 体 由物质内部微观结构、分子热运动、分子之间的作用力决定的。 （1）固体---具有固定的形状和体积。 在静止状态下，可以承受拉力、压力和剪切力。 液体---具有固定的体积，无固定的形状。 在静止状态下，只能承受压力，几乎不能承受拉力和剪切力。 （2）气体---无固定的体积，也无固定的形状。 在静止状态下，只能承受压力，几乎不能承受拉力和剪切力。 21、流体是液体和气体统称 22、空气动力学的研究对象
58%
干扰阻力
内循环阻力
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（1）形状阻力 当汽车行使时，气流流经汽车表面过程，在汽车表面局部气流速度急剧变化部位会产生涡流，涡流产生意味着能