改善汽車空氣動力性能的措施淺析

1、改善汽車空氣動力學性能的措施淺析 汽車具有良好的空氣動力學性能有利于提高汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性，有利于改善汽車的操縱性和行駛的穩(wěn)定性，進而提高汽車的安全性，有利于改善乘座舒適性。隨著汽車設計制造技術(shù)的進步和對汽車性能的要求越來越高，汽車的空氣動力學性能已成為汽車車身設計所必須考慮的重要內(nèi)容。車前部的影響 車頭造型對空氣動力學性能的影響因素很多，車頭邊角、車頭形狀、車頭高度、發(fā)動機罩與前風窗造型、前凸起唇及前保險杠的形狀與位置、進氣口大小、格柵形狀等。 車頭邊角主要是車頭上緣邊角和橫向兩側(cè)邊角，對于非流線形車頭，存在一定程度的尖銳邊角會產(chǎn)生有利于減少氣動阻力的車頭負壓區(qū)；車頭橫向邊角倒圓角，也

2、有利于產(chǎn)生減小氣動阻力的車頭負壓區(qū)，圓角與阻力的關(guān)系rb=O.045就可以保持空氣流動的連續(xù)；整體弧面車頭比車頭邊角倒圓氣動阻力小。車頭頭緣位置較低的下凸型車頭氣動阻力系數(shù)最??；但不是越低越好，因為低到一定程度后，車頭阻力系數(shù)不再變化，車頭頭緣的最大離地間隙越小，則引起的氣動升力越小，甚至可以產(chǎn)生負升力。增加下緣凸起唇后，氣動阻力變小，減小的程度與唇的位置有關(guān)。 發(fā)動機罩與前風窗的設計可以改變再附著點的位置，從而影響氣動特性(如圖1）。發(fā)動機罩的縱向曲率越小(目前大多數(shù)采用的縱向曲率為0.02m)，氣動阻力越??；發(fā)動機罩的橫向曲率也有利于減小氣動阻力。發(fā)動機罩有適當?shù)男倍?與水平面的夾角)對降

3、低氣動阻力有利，但如果斜度進一步加大對降阻效果不明顯。風窗玻璃縱向曲率越大越好，但不宜過大，否則導致視覺失真、刮雨器的刮掃效果變差；前風窗玻璃的橫向曲率也有利于減小氣動阻力；前風窗玻璃的斜度(與垂直面的夾角)小于30°時，降阻效果不明顯，但過大的斜度，使視覺效果和舒適性降低；前風窗斜度等于48°時，發(fā)動機罩與前風窗凹處會出現(xiàn)一個明顯的壓力降，因而造型時應避免這個角度；前風擋玻璃的傾斜角度(與垂直面的夾角)越大，氣動升力系數(shù)略有增加。發(fā)動機罩與前風窗的夾角與結(jié)合部位的細部結(jié)構(gòu)對氣流也有重要的影響。汽車前端形狀的對汽車的空氣動力學性能也有重要的影響。前凸且高不僅會產(chǎn)生較大的空氣

4、阻力而且還將會在車頭上部形成較大的局部負升力區(qū)。具有較大傾斜角度的車頭可以達到減小氣動升力乃至產(chǎn)生負升力的效果。圖1氣泡區(qū)分離點與再附著點的位置汽車客艙的影響 前立柱上的凹槽、小臺面和細棱角處理不當，將導致較大的氣動阻力和較嚴重的氣動噪聲和側(cè)窗污染，應設計成圓滑過渡的外形。英國的White 1967年根據(jù)試驗結(jié)果對氣動阻力影響最關(guān)鍵的車身外形參數(shù)進行分級，對實際有重大指導作用；轎車側(cè)壁略有外鼓，將增加氣動阻力，但有利于降低氣動阻力系數(shù)；但外鼓系數(shù)(外鼓尺寸與跨度之比)應避免在002004范圍內(nèi)。頂蓋有適當?shù)母蓴_系數(shù)有利于減小氣動阻力，綜合氣動阻力系數(shù)、氣動阻力、工藝、剛度、強度等方面的因素，頂

5、蓋的干擾系數(shù)(上鼓尺寸與跨度之比)應在006以下。對階背式轎車而言，客艙長度與軸距之比由093增至117，會較大程度地減小氣動升力系數(shù)。但發(fā)動機罩的長度與軸距之比對氣動升力系數(shù)影響不大。汽車尾部的影響 車身尾部造型對氣動阻力的影響主要因素有：后風窗的斜度與三維曲率、尾部造型式樣、車尾高度、尾部橫向收縮。后風窗斜度(后風窗弦線與水平線的夾角)對氣動阻力影響較大(如圖2)，對斜背式轎車，斜度等于300。時，阻力系數(shù)最大；斜度小于30。時，阻力系數(shù)較小；后擋風玻璃的傾斜角一般控制在25。之內(nèi)為宜；后風窗與車頂?shù)膴A角介于28。32。時，車尾將介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的邊緣。典型的尾部造型有斜背式、階背式、方(

6、平)背式；由于具體后部造型與氣流狀態(tài)的復雜性，一般很難確切的斷言尾部造型式樣的優(yōu)劣，但從理論上說，小斜背(角度小于30。)具有較小的氣動阻力系數(shù)。流線型車尾的汽車存在最佳車尾高度，此狀態(tài)下，氣動阻力系數(shù)最小，此高度需要根據(jù)具體車型以及結(jié)構(gòu)要求而定。后車體的橫向收縮，可以減小截面面積，一定程度的后車體的橫向收縮對降低氣動阻力系數(shù)有益，但過多的收縮會引起氣動阻力系數(shù)的增加，收縮程度按具體車型而定。車尾最大離地間隙越大，車尾底部的流線越不明顯，則氣動升力越小，甚至可以產(chǎn)生負升力。長尾車可能產(chǎn)生較大的橫擺力矩，而切尾的快背式汽車橫擺力矩并不大，可以通過加尾翼減小橫擺力矩，改善汽車操縱穩(wěn)定性。圖2后風窗

7、頃角對氣阻系數(shù)的影響汽車底部的影響 一般隨車身底部離地高度的增加氣動阻力系數(shù)有所減小，但高度過小，將增加氣動升力，影響操作穩(wěn)定性及制動性；另外離地高度的確定還要考慮汽車的通過性與汽車重心高度。車身底部縱傾角對氣動阻力影響較大，縱傾角越大，氣動阻力系數(shù)越大，故底板應盡量具有負的縱傾角，將汽車底板做成前低后高的形狀對減小氣動升力有用。車身底板適度的縱向曲率可以降低平均壓力(見圖3)，相應地減小氣動升力；車身底板的適度的橫向曲率可以減小氣動阻力，但是太大可能引起底部橫向氣流與側(cè)面氣流相干擾。合適的后部離去角，也可能減小空氣阻力。圖3縱向曲率對氣阻系數(shù)的影響擾流器的影響擾流器通過對流場的干涉，調(diào)整汽車

8、表面壓強分布，以達到減小氣動力阻力和氣動升力的目的。前擾流器(車底前部)的適當高度、位置和擾流器的大小對減小氣動阻力和氣動升力至關(guān)重要；目前多采用將前保險杠位置下移并加裝車頭下緣凸起唇以起到前擾流器的作用。后擾流器(車尾上部)的形狀尺寸和安裝位置對減小氣動阻力和氣動升力也是非常重要；但后擾流器對于氣流到達擾流器之前就已分離的后背無效。有的把天線外形設計成擾流器，裝在后風窗頂部。在賽車上設計有前、后負升力翼以抵消部分升力從而改善汽車轉(zhuǎn)向輪的附著性能。輪的影響車身主體與車輪之間存在著很大的相互干涉，車輪的特性參數(shù)(被輪腔所覆蓋的車輪高度h與車輪直徑D的比值)hD對氣動力的影響(如圖4)，hD<075時，hD越大，則氣動阻力系數(shù)和氣動升力系數(shù)越小，hD：075時，氣動阻力系數(shù)和氣動升力系數(shù)最小，hD>075后，氣動阻力系數(shù)又會回升。適度的加寬輪胎對氣動阻力系數(shù)有利，但不宜過寬，存在一個最佳寬度。不同形狀的車輪輻板，車輪輻板上開孔面積的布置方式對氣動性能有很大的影響；在總開孔面積相同的情況下，將開孔數(shù)適量增大有利于氣動性能的改善。圖4車輪特性參數(shù)對氣阻系數(shù)的影響 最后，改善汽車空氣動力學性能