经典汽车空气动力学
经典汽车空气动力学课件.ppt
方向60m/s，出口边界为压力出口，出口相对压力为0。 湍流动能k 和湍流耗散度ε 分别为0.024 和0.01 求解计算
改变车头前缘发动机罩的高度值H，即改变发动机 罩的倾角(图2.3a) ，同时改变发动机罩与挡风玻璃交接 的位置， 从而改变挡风玻璃的倾角γ (图2.3b)，对多组 不同参数下的模型进行外流场的数值模拟。
图1.9 1:1模型并加车轮
图1.10 考虑附属空隙设计
.精品课件.
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1.4 车身整体优化造型概况
2000年我国华南理工大学黄 向东教授所领导的研究小组，也 进行了有关最佳车身气动造型方 面的研究。
在提出相关参数和要求的前 提下，运用CFD(Computational Fluid Dynamics)手段模拟并提出 一个完全数字化的理想基本形体， 如图1.11，并在此基础上制成 1:3模型进行风洞试验，如图 1.12模型实测最小气动阻力系数 为0.122。
图1.7 “鲸状”理论模型
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1.4 车身整体优化造型概况
5、Morelli模型
1976年，由意大利科学 院资助，在平宁法力那 （Pininfarina）风洞中进行一 项旨在探求最优化的轿车外形 研究工作，当时的目标是力图 创造出一种具有优异气动性能 的轿车外形。
以A.Morelli教授为首的课 题组在深入研究的基础上首先 获得一个比例为1:2的基本形 体，如图1.8所示，其为阻力 系数0.049。
数值工具的发展取决于对气流复杂流动特性的更深入的了 解和更精确数学模型的建立。因此，数值计算不可完全替 代物理试验，两者是互补的关系。
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汽车空气动力学相关书籍
汽车空气动力学相关书籍
关于汽车空气动力学的书籍有很多，其中比较知名的是《汽车空气动力学》、《赛车空气动力学》等。
这些书籍系统介绍了汽车空气动力学的基本原理、计算方法、优化设计等方面的知识，对于从事汽车设计、研发和改进等方面工作的人员来说非常有用。
其中，《汽车空气动力学（第2版）》是2022年人民交通出版社出版的图书，作者是胡兴军。
该书以汽车空气动力学理论及其相关的流体力学基础为出发点，详细介绍了轿车、客车及载货汽车等车型的气动特性，汽车尘土污染及气动噪声等汽车空气动力学专题，汽车发动机冷却及驾驶室通风等内流问题，汽车空气动力学试验技术及汽车空气动力学数值计算等问题。
该书既有理论分析又有应用实例，叙述较为系统全面，为学生提供了汽车空气动力学理论及试验所必需的专业基础知识。
此外，还有一些专门针对赛车的空气动力学书籍，例如《赛车空气动力学》等。
这些书籍重点介绍了赛车空气动力学的基本原理、设计技巧和优化方法等方面的知识，对于从事赛车设计和改进等方面工作的人员来说也非常有用。
除了以上的书籍外，还有一些杂志和论文等参考资料可以帮助了解汽车空气动力学方面的知识。
例如，《汽车工程》、《汽车技术》等杂志经常刊登有关汽车空气动力学的文章和研究成果，可以帮助读者了解该领域的最新进展和趋势。
总之，汽车空气动力学是一门非常有用的学科，对于从事汽车设计、研发和改进等方面工作的人员来说非常重要。
通过阅读相关书籍和参考资料，可以更好地了解该领域的知识和进展，为实际工作提供指导和帮助。
空气动力学原理(经典)
如果在汽车行驶时,流过车体的气流可以紧贴在车体轮廓之上,我们称之为ATTECHED或者LAMINAR (即所谓的流线型)。而水滴的形状就是现今我们所知的最为流线的形状了。不过并非汽车非要设计成水滴的形状才能达到最好的LAMINAR ,其实传统的汽车形态也可以达到很好的LAMIAR的效果。常用的方法就是将后挡风玻璃的倾斜角控制在25度之内。FERRARI 360M和丰田的SUPRA就是有此特点的双门轿跑车。
其实仔细观察这类轿跑车的侧面,就不难发现从车头至车尾的线条会朝着车顶向上呈弧形,而车底则十分的平坦,其实这个形状类似机翼截面的形状。当气流流过这个机翼形状的物体时,从车体上方流过的气体一定较从车体下方流过的快,如此一来便会产生一股浮升力。随着速度的升高,下压力的损失会逐渐加大。
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虽然车体上下方的压力差有可能只有一点点,但是由于车体上下的面积较大,微小的压力差便会造成明显的抓着力分别。一般而言,车尾更容易受到浮升力的影响,而车头部分也会因此造成操控稳定性的问题。
尾翼和扰流器的简史
早在上世纪30年代,各大车厂已经开始致力于降低气流拉力,而对于浮升力的研究,各车厂大致要到60年代才开始关注。FERRAR的赛车手RICHIE GINTHER于1961年发明了能产生下压力的车尾扰流器,他也因此闻名于世。随后的FERRARI战车也都使用此项设计。而第一部使用前扰流器(俗称气霸)的汽车应该是大名鼎鼎的FORD GT40。这部车在超越时速300KM/H时所产生的浮升力令其成为一部根本无法驾驭的汽车,据说在加装了前气霸之后, GT40在达到极速时前轮的下压力由原来的310磅激增至604磅! ! !至于第一部使用尾翼的汽车我没有准确的资料,不过据说时道奇于60年代末生产的CHARGER DAYTONA PLYMOUTH SUPERBIRD。
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。
F1赛车的空气动力学原理
F1赛车的空气动力学原理怎样运用空气动力学的原理使F1赛车的速度发挥到极致的水平如何才能设计一个简单的风洞有哪些简单模型可以测试下压力与阻力虽然一级方程式赛车是一种高速汽车，但在机械概念上却较接近喷射机，而非家庭房车。
它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用，同时还可以产生至关重要的「下压力」。
这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压，使车子紧贴在车道上。
相反地，飞机则是利用巨大的双翼产生「上升力」。
将车身压在车道上可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。
由于一般普通房车没有下压力，因此甚至无法产生1G(一个重力单位)转弯力。
一级方程式赛车能产生4个G的转弯力。
在时速230公里时的状况下，F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的顶部行走。
在设计当今一级方程式赛车的过程中，扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战：如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。
这正是汽车必须克服的问题。
在汽车空气动力设计的过程中，风洞扮演着重要的角色。
进行风洞实验时，通常先制作一半体积的模型，而风洞就像一个巨大的吹风机，将空气吹向静止的模型。
虽然这个吹风机的价格非常昂贵，但美洲虎车队仍然编列四千九百万美元的预算，将在该车队新建的银石(Silverstone)工厂建造一个风洞。
空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。
较直的跑道需要较低的下压力设定值，如此可减少阻力，并且有助于赛车提高极速。
较曲折的车道需要较高的下压力设定值，如此可令赛车的极速降低。
例如，在曲折的霍根海姆车道上，赛车很难达到300km/h的速度，但在蒙扎车道上，车速可以超过350km/h。
部现代的F1赛车与一架飞机有许多共通之处，就如它与一辆普通汽车的相通处一样多。
空气动力学已成这项运动成功的关键所在，因此各个车队每年要在这个环节的研发上花费几千万美圆。
空气动力学设计师有两个基本的任务：一是如何获得下压力，来帮助是赛车轮胎抓住赛道并提升转向力；二是把因气流和启动引起的使赛车减慢的阻力减到最小。
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。
奇瑞轿车的空气动力学原理
奇瑞轿车的空气动力学原理奇瑞轿车的空气动力学原理主要是指车辆在行驶过程中与空气的相互作用和对车辆性能的影响。
这个原理主要涉及到底盘、车身以及空气动力学设计等方面。
首先，底盘部分对于奇瑞轿车的空气动力学性能有重要影响。
底盘的设计通常包括车底平整度、底离地高度以及底部引导装置等。
一个平整的底盘可以减小车底发生潮湿现象（俗称“吸地”）的概率，降低空气的黏附力，从而减小了车辆的阻力并提高了速度。
此外，合理的底离地高度可以减小车底与地面之间的间隙，减少空气的进入，减小阻力。
其次，车身的设计也对奇瑞轿车的空气动力学性能有显著的影响。
车身外形的流线型设计是空气动力学设计的重要一步。
流线型外形可以减小车辆与空气的面积接触，降低空气的阻力，减小能耗，并提高车辆的速度。
此外，合理的车身设计还可以减轻车辆因为空气的阻力而带来的不稳定性，提高操控性。
此外，奇瑞轿车的空气动力学设计还包括了一些辅助装置的应用。
例如，空气阻力降低装置、空气动力学平衡装置等，都为提升车辆的空气动力学性能起到了重要作用。
这些装置可以通过改变车身的形状或者通过增加汽车结构的空气动力特性，从而使汽车在高速行驶时更具稳定性和操控性。
在实际的空气动力学设计过程中，奇瑞轿车的制造商通常会利用流体力学分析，结合设计软件、风洞实验等手段来进行优化设计。
通过这些手段，汽车制造商可以模拟车辆在不同速度下与空气的相互作用情况，获取重要的气动力学参数，并进行相应的设计和调整。
总之，奇瑞轿车的空气动力学原理是通过对底盘、车身以及辅助装置的设计和优化，减小与空气的摩擦和阻力，从而提高车辆的速度、稳定性和能效。
这些设计能够通过科学分析和实验验证，来优化车辆的空气动力学性能，提供更好的驾驶体验。
汽车空气动力学相关书籍
汽车空气动力学相关书籍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原理和影响的学科。
它是汽车工程领域中的重要分支，对于设计高效的汽车和改善汽车性能至关重要。
本文将以人类的视角来描述汽车空气动力学相关书籍，力求使读者感到仿佛是真人在叙述。
1. 《汽车空气动力学入门》这本书是一本初学者的指南，旨在向读者介绍汽车空气动力学的基本概念和原理。
通过生动的实例和通俗易懂的语言，作者详细解释了空气动力学对汽车性能的影响，如气流阻力、升力和下压力等。
读者可以从中了解到汽车设计中的关键问题，以及如何利用空气动力学原理来改善汽车性能。
2. 《流线型设计与汽车空气动力学》这本书探讨了汽车外观设计与空气动力学的关系。
作者通过对流线型设计原理和汽车空气动力学的解析，揭示了流线型设计对汽车空气动力学性能的重要影响。
读者将了解到不同形状和曲线对空气流动的影响，并学会如何利用流线型设计来减小气流阻力，提高汽车的燃油经济性和稳定性。
3. 《高速汽车空气动力学研究》这本书着重研究了高速行驶汽车的空气动力学问题。
作者通过对风阻和升力等关键参数的详细分析，揭示了高速行驶中汽车所面临的挑战和限制。
读者将了解到高速行驶对汽车空气动力学性能的要求，以及如何通过改进车身设计和空气动力学优化来提高汽车的高速性能和稳定性。
4. 《汽车空气动力学与驾驶体验》这本书将汽车空气动力学与驾驶体验结合起来，探讨了汽车空气动力学对驾驶感受的影响。
作者通过详细解释气流阻力和下压力等参数对汽车操控性能的影响，帮助读者理解为什么一些车辆在高速行驶时更加稳定和安全。
同时，作者还提供了一些驾驶技巧和建议，帮助读者更好地适应不同的驾驶环境。
5. 《未来汽车空气动力学的挑战与展望》这本书展望了未来汽车空气动力学的发展趋势和挑战。
作者分析了新能源汽车和自动驾驶技术对汽车空气动力学的影响，并探讨了如何利用先进的仿真和优化技术来改进汽车设计。
读者将了解到未来汽车空气动力学研究的前沿领域，以及对环境友好、高效能源利用的汽车设计的重要性。
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《工程流体力学－汽车空气动力学》复习大纲（答案仅供参考）
1、 汽车空气动力学的发展有哪几个时期？
基本型时期、流线型时期、最优化时期
2、 汽车空气动力学的研究方法有哪些？
实验
理论
数值模拟（CFD ）
3、 汽车空气阻力与哪些因素有关？ 式中，CD 称为空气阻力系数；A 称为迎风面积；ρ是空气密度；ur 是相对速度，无风时即为汽车的行驶速度ua （m/s ）。
4、 什么是流体的粘性？流体的粘性与什么有关，怎样变化？
粘性是指在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力。
温度是影响流体粘性的主要因素，液体的粘性随温度的升高而减小，气体的粘性随温度的升高而增大。
5、 什么是音速？什么是马赫数？它们是衡量气体的什么性质的指标？
音速（a )：微小扰动在某种介质中的传播速率。
用来衡量气体的压缩性。
音速越大，越不易压缩。
马赫数：用来衡量运动气体的压缩性。
v----气体的运动速度；a---气体的当地音速。
6、 在什么情况下气体可看作不可压缩流体？
Ma 小于0.3时，气体可看作不可压缩流体。
7、 什么是流线？流线有什么性质？
流线（Streamline ）是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上的所有质点的速度矢量均与这条曲线相切。
流线的几点性质
• 1. 流线簇的疏密程度反映了该时刻流场中各点速度的变化。
• 2. 对于恒定流，流线的形状和位置不随时间而变化。
• 3. 恒定流时，流线和迹线重合。
• 4. 一般情况下，流线不能相交，不能折转，只能是一条光滑曲线。
8、 什么是层流？什么是紊流？
层流（Laminar Flow ）：各流层质点互不掺混，分层有规则的流动状态。
紊流（Turbulent Flow ）：质点运动轨迹极不规则，各流层质点剧烈掺混。
9、 什么是不可压缩一元流连续方程？有什么物理意义？
221r D w u A C F ρ⋅=a v Ma =
各过流断面上体积流量为常数，面积大则流速小，面积小则流速大。
10、 什么是不可压缩气流伯努利方程？有什么物理意义？
p —单位体积的压能，2
2
v ρ―――单位体积的动能。
―――――单位体积的机械能守恒。
11、 汽车表面的压强分布是怎样的？
12、 什么是附面层？
实际流体绕过物体流动时，由于流体粘性的影响在物体表面附近形成沿面的法线方向速度变化很快的薄层。
附面层的外边界将流场分为两个区域：层内粘滞区和层外无粘性区。
13、附面层分离的原因是什么?平板会发生附面层分离吗?
在流动的前方出现增压区是附面层分离的原因。
平板不会发生附面层分离。
因为平板绕流无增压区。
14、压差阻力产生的主要原因是什么？
附面层分离是压差阻力产生的主要原因.
15、汽车所受的空气的力可分为哪些力和力矩？
const
Q A V A V ＝＝＝2211const v p =+2
2ρconst v p =+
22
ρ
16、汽车的气动阻力分为哪几种？各是什么？
（1）压差阻力又称形状阻力
(约占汽车总气动阻力的50%~65%)
（2）摩擦阻力
(约占汽车总气动阻力的6%~11%)
（3）诱导阻力
(约占汽车总气动阻力的8%~15%)
（4）干涉阻力
(约占汽车总气动阻力的5%~16%)
（5）内流阻力
(约占汽车总气动阻力的10%~18%)
17、气动升力是如何产生的？气动升力对汽车性能有何影响？
如图所示，当空气流经上下表面不对称的翼型时，空气质点流经上表面的路程比下表面的路程长，而流经后的空气质点又必须同时在后缘汇合，因此流经上翼面的空气质点速度比流经下翼面空气质点速度高。
根据伯努利定理可知，上翼面的静压比下翼面的静压小，从而在上下翼面间产生压差，产生升力。
气动升力将减小汽车轮胎对地面的压力，影响动力性和制动性能，同时，使轮胎侧向附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。
18、气动侧力是如何产生的？气动侧力对汽车性能有何影响？
外形不对称、横偏角（气流与汽车纵对称面夹角）产生气动侧力。
气动侧力将使汽车相对原直线行驶方向发生偏移。
19、汽车气动造型的演变历程是怎样的？
箱型――甲虫型――船型――鱼型――楔型
20、汽车的理想气动造型是怎样演变的？
水滴型――带弯水滴型――鲸状――A.Morelli型
21、简述低阻车的开发过程。
22、汽车空气动力学优化设计准则
1） 在满足结构、乘坐舒适性要求的前提下，尽可能采用低阻“钝体”开发车身；
2） 注重车身各局部的气动优化设计；
3） 在满足汽车功能要求的前提下，尽可能减少车身外露附装件，必要的车身外露附装件也
应当尽量使其流线型化；
4） 车身底板应尽可能平整光顺，或者完全覆盖起来；
5） 重视车身内流的系统优化设计，以提高冷却效率和内流场品质；
6） 从设计和工艺上保证车身的完全对称，避免外形气动侧力的产生；
7） 通过造型或加装空气动力学附件达到减小气动升力乃至产生负升力的目的；
8） 通过造型使车身侧风作用点（风压中心）位置略处于重心之后；或加装空气动力学附件，
保证行驶方向稳定性。
9） 通过结构、外形设计、材料选择（包括厚度）、制造工艺等综合手段，尽可能降低气动
噪声；
10） 通过外流场设计以及轮腔和汽车底部气流控制，减少汽车表面尘土污染；
11） 巧妙地综合考虑气动造型和美学造型的协调融合，避免外形设计的雷同化。
23、简述改善侧风稳定性的主要措施和方法。
从设计和工艺上保证车身的完全对称，避免外形气动侧力的产生；
通过造型使车身侧风作用点（风压中心）位置略处于重心之后；
加装垂直尾翼。
24、简述减小汽车空气阻力的主要措施和方法。
（1）发动机盖应向下倾斜。
（2）挡风玻璃应尽量与车顶圆滑过渡。
（3）尽量减少突起物，流线型设计。
（4）在汽车前端保险杠下面安装导流板。
（5）汽车后部最好采用斜背式或直背式。
（6）在汽车后端安装扰流板。
（7）所有零部件在车身下平面内且比较平整。
（8）发动机冷却进风系统的合理设计。
25、综述：如何进行轿车的气动造型设计？。