【汽車空氣動力學(xué)-胡興軍】第5章商用車的氣動特性研究

第５章商用車的氣動特性研究５.１引言５.２大客車的氣動特性５.３國產(chǎn)輕型客車的氣動特性分析５.４貨車的氣動特性５.５貨車空氣動力附加裝置

一般來說，大客車的基本形狀是長方體，其變化空間比較小。通常為保證氣流的平穩(wěn)流過，會對其進行邊角圓化，并且加裝空氣動力學(xué)附加裝置來降低氣動阻力。在對其造型過程中，一般遵循了由大平正方面到單曲面小弧角面再到大弧雙曲面的過程。另外，經(jīng)研究表明，一般對氣動阻力系數(shù)來說，客車有一個最佳長寬比。

圖5-5示出了4種客車后車體形狀對氣動阻力的影響。由圖可見，由于客車氣動阻力主要是由車頭形狀決定的，并嚴重影響著后車體上的氣流流動情況，將車頭的上邊角和側(cè)邊角倒圓，可以大大改善后車體修形的效果。將后車體上邊角倒圓后，氣動阻力系數(shù)下降了4%～8%；將后車體上緣和側(cè)緣傾斜5o的傾角后，阻力系數(shù)下降了6%～20%；再將5o傾斜面的下邊角倒圓后，阻力系數(shù)下降了9%～22%；最后將后車體延長，并使后車體上部具有較大的傾斜面，可使氣動阻力系數(shù)下降14%～35%。但是最后這種方案會使客車后懸增長并影響內(nèi)部的空間利用，所以它很難在公共汽車上采用。

在分析箱體高度對氣動阻力的影響時，由于貨車駕駛室的形狀對箱體的氣流、壓力分布和氣動阻力有很大的影響。因此，必須對不同的駕駛室形狀分別加以討論。在圖5-9中列出了方形駕駛室和上邊角倒圓駕駛室兩種情況下，當箱體高度增大時，其氣流的流動狀態(tài)。由圖5-9可見，對方形駕駛室，由于在駕駛室上邊角處氣流分離早，中等高度的箱體，能得到較為貼附的箱體氣流，因此氣動阻力系數(shù)較小。對上邊角倒圓的駕駛室，由于通過駕駛室上方的氣流基本上沒有分離，因此低高度的箱體，可以獲得較小的氣動阻力，隨著箱體高度的增大，作用在箱體上的迎面氣流的分離程度增加，因而導(dǎo)致了氣動阻力的增加。正是由于這種不同的氣流流動狀態(tài)，導(dǎo)致了不同的氣動阻力隨高度的變化曲線（圖5-10）。

若將駕駛室和掛車的間距拉長，則車會形成兩個部分，CD值增大，這是由于滑流現(xiàn)象所引起的。圖5-11中列出了常見的三種箱式貨車氣動阻力系數(shù)隨β角的變化曲線。這三種貨車具有不同的駕駛室和箱體之間的間隙s值。A車為固定式箱式車，其s為最小。隨著β角的增加，CD值上升比較緩慢。B車為接合式全尺寸箱式貨車，具有中等的s值，當β=0o時，其CD值約比A車增加40%。C車為二分之一箱式貨車，其s值為最大。當β=0o時，其CD值均比A型車增加80%，且其CD值隨β角的增加而迅速增加。圖5-12示出了一輛半掛車的氣動力特性，其阻力由底盤、駕駛室和貨箱構(gòu)成，當間隙s增加時，各部分CD值均增加；有橫擺角時，底盤和貨箱的CD隨β變化比較咀顯。

(1)導(dǎo)流罩：導(dǎo)流罩是安裝在貨車駕駛室頂蓋上的整流裝置（圖5-13），主要是為了改善撞在拖車前圍上的氣流特性，以減小阻力。

圖5-14為箱式貨車安裝導(dǎo)流罩前后壓力分布的變化情況，由圖可見，當駕駛室頂加裝導(dǎo)流罩時，如果導(dǎo)流罩設(shè)計得合理，就有可能使箱體前部的正壓區(qū)變?yōu)樨搲簠^(qū)，從而起到減小貨車空氣阻力的作用。(2)導(dǎo)流片：導(dǎo)流片是安裝在稍微離開前方兩拐角處的裝置（圖5-16），目的是改善拐角處的流動狀態(tài)，使之順流，從而達到減阻的目的。

導(dǎo)流罩的具體形式要根據(jù)不同的車型具體確定，嚴格的匹配才能到達好的減阻效果，資料表明，若匹配得當，可使CD減小30%。值得一提的是，隨著導(dǎo)流罩的廣泛應(yīng)用，有關(guān)廠家還推出了高頂駕駛室?guī)截涇嚕ㄈ鐖D5-15），不僅滿足了空氣動力學(xué)要求，還提高了駕駛員的乘坐舒適性。2．側(cè)風穩(wěn)定裝置由前面的討論可知，箱式貨車在有側(cè)風時，其氣動阻力會有明顯的增加。因此在箱式貨車上通常有防止側(cè)風作用的裝置，常見的側(cè)風穩(wěn)定裝置有以下兩種：(1)間隙密封罩：箱式貨車駕駛室與箱體之間通常有間隙存在，當貨車在側(cè)風環(huán)境下運行時，會有氣流橫穿該間隙，使前面迎風面積增大，正壓區(qū)增大，后部尾渦區(qū)增大，氣動阻力增大。因此在間隙處加密封罩（圖5-17），就可以防止這種橫向穿流而起到減阻的作用。這種裝置在駕駛室與箱體之間的間隙較大時，其作用更為明顯。(2)側(cè)裙板：當汽車在側(cè)風環(huán)境下運行時，有部分氣流橫穿底部，沖刷底部粗糙物和粗糙表面，從而使氣動特性惡化。為改善這種情況，減小阻力，在掛車貨箱底板下方兩側(cè)加側(cè)裙板（圖5-18）。3．穩(wěn)渦裝置它是安裝在貨箱（貨車或拖車）前圍上部的附加裝置(圖5-19)，目的是使貨車駕駛室與貨箱之間渦流受阻滯甚至破碎，穩(wěn)定相對氣流在駕駛室與貨箱之間產(chǎn)生的非定常渦，以達到減阻的目的。除了以上介紹的三種，還有一些裝置可以降低CD，如水箱面罩（因內(nèi)流對CD有影響），發(fā)動機底面護板的最佳設(shè)計，前柱流水槽形狀的最佳設(shè)計等。更為廣泛利用