第四章_汽车外形设计与空气动力学

汽车造型设计基础---空气动力学综合作业（试卷）轿车的空气动力学姓 名： 孟浩班级学号： T 1013-12课任教师： 李楚琳时 间： 2013年 07月 04日序号 项目内容 分值 得分 1 是否紧扣题目 30 2 论文的结构安排是否合理 15 3 论证是否严谨可靠 25 4 文法、修辞水平等 10 5 论文是否有新意 15 6 论文的的格式与打印效果 5 评阅人 总计 100摘要：汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力(称为空气动力)，以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。

所以，深入了解空气动力学对汽车造型设计汽车有很大的帮助。

关键词：汽车；空气动力学；汽车造型设计一.汽车空气动力学概述空气动力学是流体力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。

它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。

空气动力学特性直接影响汽车的经济性、动力性、操纵稳定性和乘坐舒适性等。

为改进汽车性能，汽车工业界投人大量人力、物力和财力研究汽车内外的空气流动及其相关的各种现象。

风洞试验是汽车空气动力学研究的传统而又有效的方法，但风洞建设投资大，试验周期长。

随着计算机和计算技术的迅速发展而蓬勃兴起的数值仿真方法为汽车空气动力学的研究开辟了新的途径。

近年来，汽车空气动力学数值仿真发展迅速，数值仿真在汽车流场研究中的重要性不断增加，应用范围不断扩大。

下面从不同方面阐述汽车空气动力学的发展情况。

二.汽车空气动力学的发展国外的汽车空气动力学研究可以追朔到本世纪的20-30年代，但直到7O年代以觑，还没有比较完整系统的研究。

此学科在近3O年中得到了较大发展。

7O年代以来，国外陆续发表了汽车空气动力学方面的研究成果、研究报告和专著，研究手段普遍采用航空试验用的风洞对汽车空气动力特性进行研究，研究的重点主要是空气动力的特性以及它们对汽车性能的影响。

汽车车身外形设计中的空气动力学性能优化近年来，汽车行业逐渐意识到汽车车身外形对空气动力学性能的重要性。

优化汽车车身外形可以降低车辆的空气阻力，提高燃油经济性、加速性能以及稳定性。

本文将探讨汽车车身外形设计中的空气动力学性能优化。

一、空气动力学基础空气动力学是研究空气在物体表面产生的压力和阻力的科学。

在汽车车身设计中，空气动力学性能优化主要涉及两个基本要素：空气阻力和升力。

空气阻力是汽车行驶时与空气作用的阻碍力，而升力则是垂直于行驶方向的力。

二、减小空气阻力减小空气阻力是提高汽车燃油经济性的关键。

以下是一些常见的空气动力学设计方法，用以降低汽车的空气阻力。

1.流线型外形设计流线型外形能够减少车身表面的湍流，从而减小空气阻力。

主要设计原则包括：合理的前脸设计、降低车头高度、光滑的车身曲线和尾部造型等。

2.减少气流分离气流分离是指气体从车身表面脱离或分离的现象。

当气流分离发生时，会形成大量的湍流，增加空气阻力。

通过在车身上增加导流板、风挡和尾翼等设计元素，可以将气流控制在车身表面，减少气流分离。

3.光滑下部车辆的底部也是空气阻力的重要源头。

通过在车底进行空气动力学优化设计，如增加护板和平滑底盘，能够减少下部的湍流和阻力。

三、提高稳定性与升力控制在汽车车身外形设计中，除了降低空气阻力外，还需要关注车辆的稳定性和升力控制。

1.增加下压力通过改变车身设计和增加扰流器等装置，可以增加车辆的下压力，使车辆更加稳定。

下压力可以加强轮胎与地面的附着力，提高操控性和行驶稳定性。

2.控制升力升力是指车辆在行驶过程中产生的垂直于行驶方向的力。

过大的升力会降低车辆的稳定性和行驶安全性。

通过设计车身的空气动力学特性，如增加扰流器和尾翼等，可以有效地控制和减小升力。

四、综合考虑其他因素除了空气动力学性能优化外，汽车车身外形设计还需要综合考虑其他因素，如乘客空间、安全性和美观性等。

1.乘客空间和安全性车辆的设计应该确保乘客空间足够，并满足相关的安全标准。

汽车造型与空气动力学的关系T813-9 20080130921 乔东兴空气动力学与汽车的造型有很大的关系，空气动力学主要研究运动汽车与空气之间的相互作用力，力的大小取决于空气与汽车之间的相对速度和汽车形状，通过对空气动力学课的学习，我们知道了汽车的形状对汽车的阻力有很大的影响，通过对汽车的造型演变历程研究发现，汽车的造型的改变很大方面是为了减少空气阻力，所以汽车造型与空气动力学有很大的关系。

自从德国工程师 Karl Benz 1885年发明了世界上第一辆汽车后25 a,德国就在Zeppelin工厂的航空风洞中进行了一系列有关车形的实验研究。

后来德国工程师杰瑞和他的助手 W. Klemperer发现前圆后尖的物体阻力最小 ,从而找到了解决形状阻力的途径 ,鱼和鸟的体形正是形状阻力较小的造型。

美国于 1934年采用风洞和模型汽车 ,测量了各种车身的空气阻力系数 ,这是具有重要历史意义的试验。

例如 ,他提出了“如果头部不是干净利落的圆滑 ,即使有良好的尾部造型也意义不大。

”我国是在 80年代才较为系统地研究汽车空气动力学。

汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识 ,研究汽车行驶时 ,即与空气产生相对运动时 ,汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力 (称为空气动力 ),以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。

此外 ,空气对汽车的作用还表现在对汽车发动机的冷却 ,车厢里的通风换气 ,车身外表面的清洁 ,气流噪声 ,车身表面覆盖件的振动 ,甚至刮水器的性能等方面的影响。

空气动力学上的每一项进展 ,都直观的反映在汽车造型的变化上。

几十年来 ,汽车造型的种种变化 ,都可以找到其空气动力学的依据。

当汽车的车速提高到每小时 50 km的时候 ,迎面而来的风使驾乘人员难以忍受 ,迫使人们考虑改变汽车的外形以克服其缺陷。

于是人们设计了一种带有球面的挡风板的汽车 ,这是流线型的萌芽。

汽车总高度的降低 ,汽车上部宽度的减小 ,都是为了减小汽车的迎风面积。

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。

空气动力学与汽车外形设计优化随着汽车工业的发展，汽车的外形设计已经不再只是追求美观与流线型，而是要考虑到空气动力学对车辆性能和能效的影响。

优化汽车外形设计可以显著提高汽车的空气动力性能，降低气动阻力，增加车辆的稳定性和燃油经济性。

本文将探讨空气动力学与汽车外形设计优化的相关原理和方法。

一、空气动力学基本原理空气动力学是研究空气在运动物体表面及其周围的流动规律的科学。

在汽车外形设计中，要理解车辆行驶过程中空气的流动规律，需要了解一些基本原理。

1. 粘性流和非粘性流空气动力学中，流体流动可以分为粘性流和非粘性流。

非粘性流指空气流动时不受粘性的影响，通常适用于较高速度的情况，比如高速公路行驶；粘性流指空气流动时受到粘性的影响，适用于较低速度的情况，比如城市道路行驶。

2. 气动力学参数在研究汽车外形设计时，需要考虑一些重要的气动力学参数。

其中，气流速度、气流密度、气流压力分布和气流流向是影响车辆空气动力学性能的关键因素。

3. 汽车气动力学效应汽车行驶时，空气会对车辆表面施加压力，形成气动力。

根据牛顿定律，车辆受到的阻力与流经车辆上表面的压力有关。

因此，汽车外形设计应该尽量减小气动阻力，降低能源消耗。

二、汽车外形设计优化方法汽车外形设计的优化旨在减小气动阻力，降低车辆的能耗和排放，并提高车辆的操控性和安全性能。

以下是一些常用的汽车外形设计优化方法。

1. CFD模拟计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）模拟是一种常用的汽车外形设计优化方法。

通过使用CFD软件，可以模拟车辆行驶时空气流动状态，进而预测和分析气动阻力的大小和分布情况。

基于CFD模拟结果，可以对汽车外形进行优化调整，以减小气动阻力。

2. 气动力学测试在汽车外形设计中，进行气动力学测试是必不可少的。

通过风洞试验等方法，可以直接测量和观察车辆在空气流动中所受到的力和阻力。

测试结果可以作为优化设计的依据，通过调整车身和零部件的形状，降低气动阻力。

汽车车身外形优化设计与空气动力学分析随着汽车工业的发展，对汽车车身外形的设计也越发重视。

一个合理的外形设计可以显著影响汽车的性能，尤其是在空气动力学方面。

本文将介绍汽车车身外形优化设计与空气动力学分析的相关内容。

一、汽车车身外形设计的要求汽车车身外形设计是将美学与功能性相结合的过程。

外形设计应具备以下要求：1.降低空气阻力：汽车在行驶过程中会受到空气阻力的影响，使得汽车需要更多的能量来推动其前进。

通过优化车身外形，可以减少空气阻力，提升汽车的能效。

2.优化空气流动：一个有效的车身设计可以使空气流经汽车的表面时更加顺畅，减少气流的涡旋和湍流，从而降低噪音和震动，并提高行驶的稳定性。

3.提升汽车的外观美感和品牌价值：好的外形设计可以使汽车看起来更加时尚、动感和独特，提升消费者的购买欲望并增加品牌价值。

二、汽车车身外形优化的方法为了实现以上的要求，汽车车身外形的优化需要考虑多个因素。

以下是一些常见的优化方法：1.流线型外形设计：通过设计流线型车身，可以减少气流的阻力，提高汽车的能效。

流线型设计要求车身的前端尽量收窄，后端逐渐变宽，以及减少车身的棱角和突起。

2.减小空气阻力的设计：通过减小车身面积、降低车身高度、缩小前后轮的间隙等方式，可以减小汽车受到的空气阻力，提高风阻系数。

3.借鉴仿生学原理：仿生学是生物学、物理学和工程学的交叉领域，通过学习和模仿自然界的形态和结构，来优化工程设计。

在汽车设计中，可以借鉴仿生学原理，如鱼类的流线型身形、鸟类的翼状结构等，来改善汽车车身设计。

4.使用先进的材料：采用轻量化材料，如碳纤维复合材料，可以减轻车身重量，提高燃油效率，并减少碳排放。

三、空气动力学分析与验证为了验证汽车车身外形优化设计的有效性，可以进行空气动力学分析和仿真。

通过计算流体力学（CFD）仿真软件，可以模拟汽车不同速度下的风阻、升力、气动力和湍流等参数，评估设计方案的优劣。

空气动力学分析可以帮助设计师理解空气流动的特征和趋势，并基于分析结果进行优化。