汽车造型与空气动力学

汽车造型与空气动力学

●轿车前部

●轿车客舱

●轿车尾部

●轿车底部

●附加装置

●车轮

一、轿车前部

车头造型对气动阻力影响因素很多，主要有：车头边角、车头形状、车头高度、发

动机罩与前风窗造型、前凸起唇及前保险杠的形状与位置、进气口大小、格栅形状等。

1.车头边角的影响：车头边角主要是车头上缘边角和横向两侧边

角。

●对于非流线型车头，存在一定程度的尖锐边角会产生有利

于减少气动阻力的车头负压区。

●车头横向边角倒圆角，也有利于产生减小气动阻力的车头

负压区。

2.车头形状的影响

●整体弧面车头比车头边角倒圆气动阻力小。

3.车头高度的影响

●头缘位置较低的下凸型车头气动阻力系数最小。但不是越

低越好，因为低到一定程度后，车头阻力系数不再变化。

●车头头缘的最大离地间隙越小，则引起的气动升力越小，

甚至可以产生负升力。

4.车头下缘凸起唇的影响

●增加下缘凸起唇后，气动阻力变小。减小的程度与唇的位

置有关。

5.发动机罩与前风窗的影响

●发动机罩的三维曲率与斜度。

（1）曲率：发动机罩的纵向曲率越小（目前大多数采用的纵向曲率为0.02m-1），气动阻力越小；发动机罩的横向曲率

均有利于减小气动阻力。

（2）斜度：发动机罩有适当的斜度（与水平面的夹角）对降低气动阻力有利，但如果斜度进一步加大对将阻效果不

明显。

（3）发动机罩的长度与轴距之比对气动升力系数影响不大。

●风窗的三维曲率与斜度。

（1）曲率：风窗玻璃纵向曲率越大越好，但不宜过大，否则导致工艺难实现、视觉视真、刮雨器的刮扫效果。前风

窗玻璃的横向曲率均有利于减小气动阻力。

（2）斜度：前风窗玻璃的斜度（与垂直面的夹角）<=300时，

降阻效果不明显，但过大的斜度，使视觉效果和舒适

性降低。前风窗斜度=480时，发动机罩与前风窗凹处

会出现一个明显的压力降，因而造型时应避免这个角

度。

(3)前风挡玻璃的倾斜角度（与垂直面的夹角）越大，气动

升力系数略有增加。

●发动机罩与前风窗的夹角与结合部位的细部结构。

6. 汽车前端形状

●前凸且高不仅会产生较大的阻力而且还将会在车头上部形

成较大的局部负升力区。

●具有较大倾斜角度的车头可以达到减小气动升力乃至产生

负升力的效果。

二、轿车客舱

1.A柱

●前立柱上的凹槽、小台面和细棱角，处理不当，将导致较

大的气动阻力和较严重的气动噪声和测窗污染。应设计成

圆滑过渡的外形。

2.侧壁

●轿车侧壁略有外鼓，将增加气动阻力，但有利于降低气动阻

力系数。但外鼓系数（外鼓尺寸与跨度之比）应避免在

0.02~0.04之间。

3.顶盖

●综合气动阻力系数、气动阻力、工艺、刚度、强度等方面的

因素，顶盖的上扰系数（上鼓尺寸与跨度之比）应在0.06以

下。

4. 客舱长度

●对阶背式轿车而言，客舱长度与轴距之比由0.93增至1.17，

会较大程度的减小气动升力系数。

三、轿车尾部

车身尾部造型对气动阻力的影响主要因素有：后风窗的斜度与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度、尾部横向收缩。

1.后风窗斜度

●后风窗斜度（后风窗弦线与水平线的夹角）对气动阻力影

响较大，对斜背式轿车，斜度等于300时，阻力系数最大；

斜度小于300时，阻力系数较小。

●后挡风玻璃的倾斜角控制在25度之内。

●尾窗与车顶的夹角介于28至32度时，车尾将介于稳定和

不稳定的边缘。

2.尾部造型式样

●典型的尾部造型有斜背式、阶背式、方（平）背式。由于具

体后部造型与气流状态的复杂性，一般很难确切的断言或部

造型式样的优劣。但从理论上说，小斜背（角度小于300）

具有较小的气动阻力系数。

3.车尾高度

●流线型车尾的轿车存在最佳车尾高度，此状态下，气动阻力

系数最小。此高度需要根据具体车型以及结构要求而定。

4.后车体的横向收缩

●一定程度的后车体的横向收缩对降低气动阻力系数有益，但

过多的收缩会引起气动阻力系数的增加。收缩程度受具体车型而定。

5.车尾形状

●车尾最大离地间隙越大，车尾底部的流线越不明显，则气动

升力越小，甚至可以产生负升力。

四、轿车底部

1.车身底部离地高度

●一般虽车身底部离地高度的增加气动阻力系数上升，但高度

过小，将增加气动升力，影响操作稳定性及制动性。另外离地高度的确定还要考虑汽车的通过性与汽车中心高度。

2.车身底部纵倾角

●车身底部纵倾角对气动阻力影响较大，纵倾角越大，气动阻

力系数越大，故底板应尽量具有负的纵倾角。

●将汽车底板做成前底后高的形状对减小气动升力有用。

3.车身底板的曲率

●纵向曲率：适度的纵向曲率可以减小压差阻力。

●横向曲率：适度的横向曲率可以减小气动升力。

最佳曲率视具体车型而定。

4.扰流器对气动阻力的影响

●前扰流器（车底前部）：适当的前扰流器高度和位置对减小

气动阻力非常重要。

●后扰流器（车尾上部）:后扰流器的形状尺寸和安装位置对减

小气动阻力和气动升力也是非常重要。但后扰流器对于气流到达扰流器之前就已分离的后背无效。

五、减小气动升力的附加装置

1.扰流器

●前扰流器：前扰流器的位置和大小对气动升力至关重要。

目前多采用将前保险杠位置下移并加装车头下缘凸起唇以

起到前扰流器的作用。

●后扰流器：通过对流场的干涉，调整汽车表面压强分布，

以达到减小气动升力的目的。

●车体尾部增加后扰流器

●天线外形设计成扰流器，装在后风窗顶部。

2.负升力翼—主要用于赛车

●前负升力翼：用于产生汽车前部的负升力，从而改善汽车

转向轮的附着性能，还可以部分平衡由负升力翼引起的车

头上仰力矩的影响。

影响因素有：

（1）离地高度---越小越好

（2）攻角---攻角必须为负，且绝对值越大越好

（3）形状

●后负升力翼：产生汽车后部负升力，改善汽车驱动轮的附

着性能，提高汽车的加速性和制动性。后翼板的长、宽、

高应控制在1000mm、500mm、800mm内。

影响因素有：

（1）离地高度---

（2）断面形状与角度---

（3）支架---

（4）端板---（目前跑车的后负升力翼设计的发展趋势是将来后负升力翼与跑车侧后围高度融合在一起。

六、车轮对气动力的影响（被轮腔覆盖车轮的影响）

1.车轮-轮腔的特性参数（被轮腔所覆盖的车轮高度h与车轮

直径D的比值）h/D对气动力的影响：

●h/D<0.75时，h/D越大，则气动阻力系数和气动升力系数越

小。

●h/D=0.75时，气动阻力系数和气动升力系数最小。

●h/D〉0.75后，气动阻力系数又会回升。

2.车轮宽度的影响

●适度的加宽轮胎对气动阻力系数有利，但不宜过宽，存在

一个最佳宽度。

3.车轮对负升力翼的影响

●翼面前后、上下相对车轮的位置对气动力有很大的影响。附：汽车空气动力学设计程序