第六讲汽车造型设计与空气动力学

汽车造型设计基础—空气动力学姓名：赵逸昕班级：T1113-10学号：20110131007指导老师：刘敏目录1. 空气动力学的概述2. 空气动力学的发展3. 空气动力学的研究4. 空气动力学对汽车造型的影响5. 改善汽车空气动力学性能的措施6. 总结7. 参考文献摘要：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。

1. 空气动力学的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。

2 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。

国内在这方面的研究起步较晚，尽管也开过专题性的学术会议，但总体上说还处于起步阶段。

空气动力学在汽车造型中的运用车辆0901 倪佳锋091102125 1汽车车型发展史考察汽车车形的发展史,从本世纪初的福特T 型箱式车身到30 年代中型的甲虫型车身,从甲虫型车身到50 年代的船型车身,从船型车身到80 年代的楔型车身,直到今天的轿车车身模式,每一种车身外形的出现,都不是某一时期单纯工业设计的产物,而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的。

汽车造型的演变与空气动力学的关系(1) 马车型汽车。

在汽车诞生前,马车是陆地上最好的交通工具,可以说,汽车的发展是从马车的机动化开始的。

在汽车造型方面,没有专门的设计人才,汽车外形基本上沿用了马车的造型。

马车型汽车(图1) 的时代是汽车发展的初期阶段,技术尚未成熟,在车身造型上没有引进空气动力学的原理。

(2) 箱型汽车。

马车型车身一般都是敞篷和活动布篷的,很难抵御风雨的侵袭。

福特公司生产了一种新型的T 型车(图2) ,车身像一只大箱子,因此称作“箱型车身”。

随着汽车的普及及生活节奏的加快,人们对车速的要求也越来越高,当车速超过100kmPh 后,可以说功率几乎都用来克服空气阻力了,因此这一时期,人们开始降低车的高度减小迎风面积来克服空气阻力。

但箱形车阻力大,因此人们开始研究一种新的车型-流线型汽车。

(3) 甲壳虫型汽车。

1930 年后,汽车设计越来越重视车身外形对减少空气阻力的重要性。

1934 年,美国的克莱斯勒公司生产的气流牌(Air Flow) 小客车,首先采用了流线型的车身外形。

虽然在销售方面遭到了惨败,但它却宣告了汽车造型新时代的开始。

从此以后在世界刮起一股流从此以后在世界刮起一股流线形浪潮。

流线型车身的代表是德国大众公司波尔舍设计的“甲壳虫”汽车(图3) ,其形状阻力很小,但对横风有不稳定性。

(4) 船型汽车。

为了克服“甲壳虫”汽车对横风的不稳定性,1949 年美国福特公司经过几年的努力,推出了新型的福特V8 型汽车(图4) ,这种汽车改变了以往汽车造型的模式,使前翼子板和发动机罩,后翼子板和行李舱罩溶于一体,大灯和散热器罩也形成整体,车身两侧形成一个平滑的面,车室位于车的中部,整个车象一只小船,因此称为“船型汽车”。

空气动力学汽车作为一种商品，首先向人们展示的就是它的外形，外形是否讨人喜欢直接关系到这款车子甚至汽车厂商的命运。

汽车的外形设计，专业的说法叫做汽车造型设计，是根据汽车整体设计的多方面要求来塑造最理想的车身形状。

汽车造型设计是汽车外部和车厢内部造型设计的总和。

它不是对汽车的简单装饰，而是运用艺术的手法、科学地表现汽车的功能、材料、工艺和结构特点。

汽车造型的目的是以美去吸引和打动观者，使其产生拥有这种车的欲望。

汽车造型设计虽然是车身设计的最初步骤，是整车设计最初阶段的一项综合构思，但却是决定产品命运的关键。

汽车的造型已成为汽车产品竞争最有力的手段之一。

汽车造型主要涉及科学和艺术两大方面。

设计师需要懂得车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识。

同时，设计师更需要有高雅的艺术品味和丰富的艺术知识，如造型的视觉规律原理、绘画、雕塑、图案学、色彩学等等。

二战以后现代主义提倡的民主制度，强调每个人都必须平等。

但人与人之间始终存在着许多不同。

我们必须成认，所谓清一色的平等只能够创造出一种假象，而并不是真正满足了每个人的需要。

所以，今后的汽车造型设计将更多注重个体性与差异性。

技术的进步为设计师提供了强有力的技术支持，让他们有能力做出更灵活、更多样化的设计满足消费者的需求，旧有的规格化和标准化将被推翻。

目前局部技术实力高超的小型汽车厂商已经开始提供个人定制汽车效劳，但要价不菲，20**曾有美国富商向宾西法尼亚订购了一辆价值300万美元的跑车。

消费者参与原始时期，人类使用的器物都是自己制作，并从制作过程中得到满足与成就感，这是人类的本能之一。

大工业生产包办了一切制作过程，人得到的只有最后的成品。

新的世纪里，这种本能将会被重新提倡。

既成品的概念已经成为过去。

在不完全否认工业大生产的前提下，现代产业体制将会做出灵活的调整。

今后的汽车会像今天我们所能见的电脑产品一样，不再以最终完成品的状态出厂，而是有各种性能升级的空间。

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。

车辆空气动力学与车身造型空气动力学（Aerodynamics）是研究物体在与周围空气作相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的科学，它属于流体力学的一个重要分支。

长期以来，空气动力学成果的应用多侧重于航空及气象领域，特别是在航空领域内这门科学取得了巨大的进展，给汽车或路面车辆的空气动力学（Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鉴。

然而进一步的深入研究表明，汽车或车辆的空气动力学问题从理论到实际两方面都与航空等问题有本质的区别，汽车空气动力学已逐步发展成为了空气动力学的一个独立分支，在方程式赛车领域更是得到了极大的应用。

下面就谈谈赛车中空气动力学的应用。

我们从日常生活的经验知道，当风吹向一个物体时，就会产生作用在物体上的力。

力的大小与风的方向和强弱有关。

比如说轻风徐来，我们的感觉是轻柔舒适（力量很小）；飓风袭来，房倒屋塌，势不可挡（力量很大）。

这说明当风速达到某种程度时，就不能忽视它的影响。

对赛车来说，是车运动，大气可视为不动，相对运动的关系是一样的。

一般大致在车速超过100公里/小时（km/h）时，气流对车辆产生的阻力就会超过车轮的图1：行车阻力随车速的变化情况滚动阻力。

这时就必须考虑空气动力的影响。

如图1所示。

其实气动力对赛车的影响，不只是行车阻力，还有对发动机的进、排气，车辆行驶的稳定性，过弯速度，以及刹车距离，甚至轮胎温度控制等等。

1．空气动力学的基本概念和基本方程空气动力学，属流体力学的范畴，是研究以空气作介质的流场中，物体所受的力与流动特点的科学。

赛车空气动力学属低速空气动力学。

高速流和低速流在空气压缩性上有很大差别，通常用M数（也称为马赫）来划分。

若定义流速V与大气中声音的传播速度a之比为M数，则M=V/a。

大气中小扰动的传播速度是和声音的传播速度相同的，M=1后，会出现激波，气动特性发生很大变化。

一般M>>１为高超音速范围，主要是弹道导弹等的飞行；M>１为超音速，M在1.2-0.8左右为跨音速；M<0.8为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。