随着高速公路的发展，燃油价格的上涨以及越发严格法规的颁布，对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性和舒适性提出了越来越高的要求，这使得汽车空气动力学的研究成为汽车行业的重点研究方向之一。采用计算流体力学方法对其性能进行预测，相比风洞试验可以节约资金，缩短新车型开发周期。面对这种形势，本文针对车身设计提出了一种通过空气动力学性能分析来确定造型的工业设计方法，并对汽车三维外流场进行了数值模拟。本文首先阐述了轿车外流场数值模拟的整个过程，包括几何、物理模型的建立、湍流模型的选取、边界条件的添加等。所分析的模型选择某豪华轿车1:2实车模型，对实车模型作了如下简化：忽略车身外部突起物如后视镜、刮雨器等部分；没有考虑车轮影响；对车身底部做了简化，没有模拟车底真实的几何形状。为了节省计算耗费，只取实车模型沿纵向对称面的一半。利用FLUENT进行模型分析，得出车身表面压力分布图、压力场的流态显示，并计算了相应的阻力系数，从而较好地模拟了轿车的外流场，确定了车身空气动力学特性，并对模型在不同的边界条件下和不同的湍流模型下进行了比较和分析，为数值模拟的实用化做了一些有益的尝试。本文还详细论述了基于空气动力学的车身造型设计方法，以及其两条技术路线，积极探索空气动力学在车身造型中的具体应用，为车身设计提供了新的思路。最后得出结论，汽车空气动力特性的数值模拟可以辅助汽车设计师，在设计初步完成之后，对其进行流场的数值模拟，对设计提出改进意见，争取达到美学与空气动力性完美结合的程度。 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。 自从世界上有了第一辆汽车以后，德国就在航空风洞中进行了车身外形实验研究。后来德国人贾莱·克兰柏勒提出前圆后尖的水滴状最小空气阻力造型设计方案，从而找到了解决形状阻力的途径。美国人W．Elay 于1934年用风洞测量了各种车身模型的空气阻力系数。法国人J．Andreau则提出了汽车表面压差阻力的概念，并研究了侧风稳定性。2O世纪40年代，另一位法国人L．Romani对诱导阻力进行了研究。6O年代初，英国人white通过风洞实验提出了估算空气阻力系数的方法。到7O年代，汽车空气动力学才真正成为一门独立学科。我国是在8O年代才较为系统地研究汽车空气动力学的。 目前世界上许多公司都在汽车空气动力学研究方面进行探索与竞争，并且大都实力雄厚、各有建树。美国几乎各大汽车公司都有自己的飞机制造子公司。通用有休斯飞机公司，克莱斯勒有湾流公司。苏联的伏尔加有一个27m2的风洞，最高风速1 20km／h。法国雷诺已经开展了计算机空气动力学的研究。西德大众最近也购得CDCgo00型计算机，其目的之一可能就是汽车空气动力学的摸拟。现在世界上计算空气动力学一流水平当属美国NASA。NASA在飞行器计算空气动力学方面拥有一流的学术、研究和应用水平,并且在不断更新其巨型机。许多高超音速空气动力试验无法进行，就用计算机进行摸拟。 我国汽车工业由于近年来开始生产轿车才开始了汽车空气动力学的研究。当前的主要任务应该是抓住太好时机，建立起我国自已的汽车空气动力学研究，试验、设计的综合系统，争取国家及有关高等院校科研单位的支持，建立相应的开放实验室，争取第一流的专家及广泛的国际交流。开放实验室主要进行汽车空气动力学的计算机摸拟、外形的空气动力学优化设计及相关的并行软、硬件，计算数学的研究。其中轿车的空气动力学摸拟与优化必将太大加快新车型的开发速度，以提高产品在世界市场的竞争力，并为我国产品参与世界市场竞争创造一个开放的高水乎研究环境。在空气动力学的研究、应用的世界范围的角逐
汽车造型与空气动力学 汽车造型设计2010-03-28 16:23:52 阅读11 评论0 字号：大中小 前言：受辽宁省自然科学基金的资助，本人正在主持“汽车轻量化虚拟样机关键技术研究”项目，该项目以国内某著名汽车制造有限公司正在设计制造中的汽车为应用对象，包括汽车碰撞安全性、汽车外形的计算流体力学仿真（CFD）、面向日本用户的日系车汽车音响轻量化设计、汽车关键部件轻量化设计等若 干核心子课题。 合作单位包括：大连奥托汽车、日本独资大连阿尔派汽车音响制造有限公司、大连理工大学、一 汽奥迪等。 计算流体力学（CFD）是一门研究液体和气体和它周围的固体如何相互作用的学问：考虑高速气体流过形状复杂的汽车的情况。近年来CFD的发展可以让计算机在计算机中模拟虚拟汽车--而汽车制造商不再只能依靠简单的风洞去了解气流是如何影响汽车的！制造商可以在制造金属部件之前先研究模拟数据， 这会大大节省时间和资金 。 从事此项研究时，所需要学习及应用到的软件：CATIA（或I-DEAS或UG或PRO/E或 SOLIDWORKS）、FLUENT。 汽车的CFD仿真
汽车造型与空气动力学的关系 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。 " 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。 " 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。 " 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。 " 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。 " 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。
第一章 绪论 1. 空气动力学的研究方法1实验研究2理论分析3数值计算 2. 汽车流场包括和内部流场车身外部流场 3. 气动阻力增加，加速能力下降。当汽车达到最大车速时，加速度的值就瞬低为零 4. 消耗于气动阻力的功率T D A C P ηρ23 a u =，功率与速度3次方、阻力与速度2次方成正比 5. 汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：1.升力和纵倾力矩都将减小汽车的附着力，从 而使转向轮失去转向力，使驱动轮失去牵引力，影响汽车的操纵稳定性，质量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮胜利越敏感。2.为提高汽车的方向稳定性，要减小侧向力，使侧向力的作用点移向车身后方 6. 汽车空气动力学发展的历史阶段 答：（1）基本形状化造型阶段（2）流线形化造型阶段：①杰瑞提出“最小阻力的外形是以流线形的一半构成的车身”‘只有消除尾部的分离，才能降低阻力’；②雷提出：短粗的尾部与长尾相比，仅使气动阻力系数有较小的升高，1934年起，雷提出的粗大后尾端的形状逐渐发展为快背式。③康姆提出，对大阻力的带棱角的车型，气动阻力系数随横摆角的增加变化很小，而对于流线型汽车，随着横摆角变化，阻力系数有很大变化，即地租汽车侧风稳定性差、。（3）车身细部优化阶段：汽车空气动力学设计的原则是首先进行外形设计，然后对形体细部逐步或同时进行修改，控制以及防止气流的分离现象发生以降低附着力，成为细部优化法（4）汽车造型的整体优化阶段：整体优化法设计的原则是首先确定一个符合总部制要求的理想的低阻形体，在其发展成实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格的保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离，称之为形体最佳化 第二章 汽车空气动力学概述 7. 气动升力及纵倾力矩：1.由于汽车车身上部和下部气流的流速不同，使车身上部和下部 形成压力差，从而产生升力。作用于汽车上的升力将减小轮胎对地面的压力，使轮胎附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。 2.车身底部外形对升力系数影响很大，故不能仅根据侧面形状来分析汽车空气动力特性 8. 侧向力及横摆力矩：1.侧向力和横摆力矩都影响汽车的行驶稳定性，在非对称气流中， 横摆力矩有使汽车绕垂直轴转动的趋势。 2.流线型系数越大，侧向力系数越小，并且侧向力系数几乎与横摆角成比例增加，一般长度较小、宽度较大、车身低矮的汽车空气动力稳定性好 9. 侧倾力矩：汽车的高度和宽度对侧倾力矩影响很大，一般低而宽的汽车侧倾力矩系数比 高而狭长的汽车的汽车的侧倾力矩系数小，汽车设计时，应尽量使风压中心接近侧倾轴线 10. 阻力分类：气动阻力：外部阻力（形状阻力、诱导阻力）和内部阻力（发动机冷却系阻 力、驾驶室内空调阻力、汽车部件冷却阻力），诱导阻力是升力的水平分力。 11. 空气动力特性影响因素：前端形状、风窗玻璃与发动机罩形状、顶盖外形、车身侧面 外形、后窗周围形状、车身底部外形。 12. 在设计中，前端形状如能尽量倒圆棱角，使外形接近流线型，并减小车头的正面投影面 积，就可得到较好的空气动力学效果 13. 影响风窗玻璃与发动机转角部位空气动力特性的主要因素是：发动机罩与风窗玻璃的夹 角、发动机罩的三维曲率及结构、风窗玻璃的三维曲率及结构 14. 车身侧面外形对空气动力特性的影响：在保证总布置设计要求即在居住空间控制的范 围内，影视侧面外形曲率达到最佳化，消除侧面部件的外凸和棱角，使其平滑以消除和
集体备课案例学习素材4 空气动力汽车 能源危机迫在眉睫。专家分析，如果不能用新能源取代汽油，那么汽车即将没落。从事汽车研究的科学家因此投入了大量的人力和财力，研制空气动力汽车。2013年1月，法国某汽车公司宣称将在2016年推出空气动力汽车。 中文名:空气动力汽车 推出时间:2016年 诞生理念:能源危机 品质:轻盈、环保 设想与理念 如今已经越来越迫在眉睫。有分析家说，如果在未来几十年内不能用新能源取代汽油，那么汽车就是一种即将没落的“生物”。所幸，从事汽车研究的科学家绝不会坐视这灿烂了百年的生命死去，先知者投入了大量的人力和财力，积极为汽车寻找求生之道，力使它在不利环境来临之前完成生命的进化。 早在19世纪，法国著名科幻小说家儒勒·凡尔纳就曾描绘过这样一幅图景———满街跑着用空气作动力的汽车。2002年在巴黎举行的国际汽车展上，展出了一种不用燃油而使用高压空气推动发动机的小型汽车“城市之猫”（CityCAT），发明者为居伊·内格尔（Guy Negre）。 citycat 汽车特点；我认为产出来要建加气站不如直接开发电瓶车？一种名为“进化”（e．V olution）的空气动力汽车即将问世。该车行驶200公里仅需要0．3美元。它的引擎采用压缩技术，把空气压缩后储存在一个汽缸内。引擎接上电源充气4小时就可以以80公里的平均时速行走10小时。运行原理；我的想法是这样，用解振和轮胎产气它是一种非常规的能源科技用于空气动力汽车的安全热源气源动力系统装置，空气具有高度可压缩性，因而能够作为能量载体；利用压缩空气作为气动汽车的动力源，采用气体发生剂供给膨胀吸热的热源和气源，两相联合相得益彰。 本发明的安全动力热源气源系统装置结构包括：1.储气罐；2.倍增器；3.气体发生器；4.气动马达；5.1，5.2，5.3、单向阀；6.1，6.2、安全阀(附温度传感器和压力传感器)；7.1，7.2、分压阀；8、控制仪表等装置构成。本发明采用气体发生剂为用之不竭可再生的二次能源，富含高能量的生气材料，热源供给气体膨胀吸热过程的热量需求；产生的气体能显著提高空气动力工效和气动汽车行驶里程。 4元/100公里,基本价位4-5万元
空气动力汽车简介 一、空气动力汽车介绍 空气动力汽车也称为压缩空气动力汽车，它使用高压压缩空气为动力源，将压缩空气存储的压力能转换为机械能来驱动汽车。压缩空气动力汽车在能量的转换过程中无矿物燃料的燃烧，排放的是纯净的空气，无污染、无热辐射、噪声小，是真正意义上具有绿色、无污染概念的汽车。因为气动汽车具有其他动力源汽车所无可比拟的先进技术性能和卓越的环保效果。 二、空气动力汽车的发展 （1）国外发展情况 法国走在气动汽车研制的前沿，世界上第一辆气动汽车就是由法国设计师Guyngre法国走在气动汽车研制的前沿，世界上第一辆气动汽车由法国设计师Guyngre就获得了压缩空气动力汽车发动机的专利，创建了MDI公司。并于1998年推出了第一台压缩空气动力汽车样车。到目前为止，该公司已获得相关专利20余项，设计的气动汽车已投入商业生产，并向多个国家出售。其中有一款名为TOP 的压缩空气动力出租车。该车使用一罐300 L、30 MPa压力的压缩空气做为动力源，行驶里程200 km，最大时速可达100 km/ h。 印度对气动汽车的研制紧跟在法国之后，印度的一家汽车制造商Tata motors 推出了一款名为AIRPOD的气动汽车。其特殊引擎由Motor Devel opment International开发，车上附设175 L的气罐，所用的空气可以通过外泵或者行车时由电动马达完成充气。Tata车厂表示，目前“空气小车”已进入原型测试第二阶段，未来还有四门轿车、敞篷、卡车与公交车车款。 美国人RogerLee也提过类似GuyNgre的专利。美国华盛顿大学在美国能源部的资助下，于1997年研制了以液氮为动力的气动原型汽车。其基本工作原理与压缩空气动力汽车相同，只是动力来源于液态氮在受热蒸发后气体膨胀做功。该车载227L液氮可行使300km，补充液体仅需10 min多。但是以液氮为动力存在着液氮制取成本较高、使用过程氮气逸气量大、液氮汽化的热交换量大等问题。韩国EN-ERGINE公司研制了电动—气动混合动力汽车。另外，荷兰的国际汽车研究中心、英国伦敦威斯敏斯特大学以及奥地利等一些欧洲国家也都进行了气动汽车的相关研究。 2014雪铁龙研制出空气混合动力系统，空气混合动力系统”，通过一个液压泵和活塞将氮气压缩进一只名为“高压蓄能器”的存储舱。高压蓄能器工作时，释放出高压气体，借助液压油推动液压泵向相反方向运动，进而驱动车轮前行。在这里，液压泵起到了传统汽车中发动机的作用。当车主驾驶该车时，整个混合动力系统会根据行驶工况，在传统动力和空气动力之间进行切换。与油电混合动力汽车一样，传统发动机主要负责爬坡、高速公路等路况，并且在制动回收系统
1、汽车空气动力学经历了哪四个阶段？它们的特点分别是什么？ 答：（1）基本形状化造型阶段：直接将水流和气流中的合理外形应用到汽车上，采用了鱼雷形、船尾形、汽艇形等水滴形汽车外形。已经开始从完整的车身来考虑空气动力学问题，但限于条件不可能更深入地考虑汽车空气动力学问题。 （2）流线形化造型阶段：提出“最小阻力的外形是以流线形的一半构成的车身”，考虑到了地面效应，尾部气流的分离也是气动阻力系数增加的原因。减少气动阻力不再是唯一目标，而是同时综合考虑气动升力和侧风稳定性，追求更全面的气动性能。 （3）车身细部优化阶段：着重从已有汽车产品上来改进车身细部气动造型，通过各个细部造型的优化和相互动协调来优化汽车整车的气动性能。 （4）汽车造型的整体优化阶段：从一开始就十分重视汽车外形的整体气动性能，因而开发的实用车型具有优秀的空气动力学特性，整体造型更为流畅，形体更为生动，美学造型和气动造型相得益彰。 2、按基本型设计为什么得不到良好的性能呢？ 答：早期的汽车外形在考虑了流线形化后，气动阻力系数明显地改善了。但当时没有认识到气流流经这种旋转体时已不再是轴对称，因为把旋转体靠近地面，又加上了车轮及行驶系统，与单纯水滴形的流场已不再相同，造型实用性不强；没有实现“一体化”，气动阻力很大；气流在前端和翼子板处分离后，不能再附着；所以得不到良好的性能。 3、汽车行驶时，除了受到来自地面的力外，还受到其周围气流的气动力和力矩的作用。来自地面的力取决于汽车的总重、滚动阻力和重心位置。气动力和力矩则由行驶速度、车身外形和横摆角决定。 4、什么是气动六分力？如何产生？对汽车动力特性有何影响？ 答：气动六分力分别为：气动阻力、气动升力、纵倾力矩、侧向力、横摆力矩及侧倾力矩。（1）气动阻力：是与汽车运动方向相反的空气力。减小气动阻力就是减小气动阻力系数，气动阻力系数越小，汽车动力特性越好； （2）气动升力及纵倾力矩：由于汽车车身上部和下部气流的流速不同，使车身上部和下部形成压力差，从而产生升力。由于升力而产生绕Y轴的纵倾力矩。侧风作用下的轻型高速汽车，车身前部可能有较大的局部升力，作用于汽车上的升力将减小轮胎对地面的压力，使轮胎附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。 （3）侧向力及横摆力矩：侧向力和横摆力矩都影响汽车的行驶稳定性，为了保证汽车的行驶稳定性，在减小侧向力的同时，还应使侧向力的作用点即风压中心移向汽车重心之后。（4）侧倾力矩：对汽车左右车轮的重量分配有较大的影响，并且直接影响到汽车的侧倾角。侧倾力矩主要是由车身侧面形状决定的，一般侧面流线形好的汽车，侧倾力矩相对较小。汽车的高度和宽度对侧倾力矩影响很大，一般低而宽的汽车侧倾力矩系数比高而狭长的汽车的侧倾力矩系数小。汽车设计时，应尽量使风压中心接近侧倾轴线。 5、风压中心即侧向力的作用点 6、汽车空气动力学的基本研究方法：实验研究、理论研究、数值计算 7、汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度是评价汽车动力性的主要指标
《工程流体力学－汽车空气动力学》复习大纲（答案仅供参考） 1、 汽车空气动力学的发展有哪几个时期？ 基本型时期、流线型时期、最优化时期 2、 汽车空气动力学的研究方法有哪些？ 实验 理论 数值模拟（CFD ） 3、 汽车空气阻力与哪些因素有关？ 式中，CD 称为空气阻力系数；A 称为迎风面积；ρ是空气密度；ur 是相对速度，无风时即为汽车的行驶速度ua （m/s ）。 4、 什么是流体的粘性？流体的粘性与什么有关，怎样变化？ 粘性是指在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力。 温度是影响流体粘性的主要因素，液体的粘性随温度的升高而减小，气体的粘性随温度的升高而增大。 5、 什么是音速？什么是马赫数？它们是衡量气体的什么性质的指标？ 音速（a )：微小扰动在某种介质中的传播速率。用来衡量气体的压缩性。音速越大，越不易压缩。 马赫数：用来衡量运动气体的压缩性。 v----气体的运动速度；a---气体的当地音速。 6、 在什么情况下气体可看作不可压缩流体？ Ma 小于0.3时，气体可看作不可压缩流体。 7、 什么是流线？流线有什么性质？ 流线（Streamline ）是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上的所有质点的速度矢量均与这条曲线相切。 流线的几点性质 ? 1. 流线簇的疏密程度反映了该时刻流场中各点速度的变化。 ? 2. 对于恒定流，流线的形状和位置不随时间而变化。 ? 3. 恒定流时，流线和迹线重合。 ? 4. 一般情况下，流线不能相交，不能折转，只能是一条光滑曲线。 8、 什么是层流？什么是紊流？ 层流（Laminar Flow ）：各流层质点互不掺混，分层有规则的流动状态。 紊流（Turbulent Flow ）：质点运动轨迹极不规则，各流层质点剧烈掺混。 9、 什么是不可压缩一元流连续方程？有什么物理意义？ 221r D w u A C F ρ?=a v Ma =
轿车造型与空气动力学 空气阻力 众所周知，车速越快阻力越大，空气阻力与汽车速度的平方成正比。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。据测试，一辆以每小时100公里速度行驶的汽车，发动机输出功率的百分之八十将被用来克服空气阻力，减少空气阻力，就能有效地改善汽车的行驶经济性，因此轿车的设计师是非常重视空气动力学。在介绍轿车性能的文章上经常出现的“空气阻力系数”就是空气动力学的专用名词之一，也是衡量现代轿车性能的参数之一。文档来自于网络搜索 空气阻力系数 汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻力的百分之八十以上。它的系数值是由风洞测试得出来的，与汽车上的合成气流速度形成的动压力有密切关系。当车身投影尺寸相同，车身外形的不同或车身表面处理的不同而造成空气动压值不同，其空气阻力系数也会不同。由于空气阻力与空气阻力系数成正比关系，现代轿车为了减少空气阻力就必须要考虑降低空气阻力系数。从50年代到70年代初，轿车的空气阻力系数维持在0.4至0.6之间。70年代能源危机后，各国为了进一步节约能源，降低油耗，都致力于降低空气阻力系数，现在的轿车空气阻力系数一般在0.28至0.4之间。文档来自于网络搜索 车身设计与空气动力学
轿车外形设计为了减少空气阻力系数，现代轿车的外形一般用圆滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线。前围与侧围、前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用圆滑过渡，发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘，后冀子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面玻璃，且与车顶园滑过渡，前风窗与水平面的夹角一般在25度－33度之间，侧窗与车身相平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光洁平滑，车底用平整的盖板盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少空气阻力系数。在80年代初问世的德国奥迪100C型轿车就是最突出的例子，它采用了上述种种措施，其空气阻力系数只有0.3，成为当时商业化轿车外形设计的最佳典范。文档来自于网络搜索 据试验表明，空气阻力系数每降低百分之十，燃油节省百分之七左右。曾有人对两种相同质量，相同尺寸，但具有不同空气阻力系数(分别是0.44和0.25)的轿车进行比较，以每小时88公里的时速行驶了100公里，燃油消耗后者比前者节约了1.7公升。考察轿车车形的发展史，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的工业设计的产物，而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的。空气阻力系数在过去的轿车手册中从未出现过，今天则是介绍轿车的常用术语之一，成为人们十分关注的一种参数了。文档来自于网络搜索 导流板与扰流板 现代轿车的经常时速已达100公里左右，最高时速更达200公里以上，因此轿车的车身设计既要服从空气动力学，要有尽量低的空阻系数，又要采取措施，在车身的前后端安装导流板和扰流板，以保证轿车的行驶安全。文档来自于网络搜索
汽车造型与空气动力学 汽车造型设计 2010-03-28 16:23:52 阅读11 评论0 字号：大中小 前言：受辽宁省自然科学基金的资助，本人正在主持“汽车轻量化虚拟样机关键技术研究”项目，该项目以国内某著名汽车制造有限公司正在设计制造中的汽车为应用对象，包括汽车碰撞安全性、汽车外形的计算流体力学仿真（CFD）、面向日本用户的日系车汽车音响轻量化设计、汽车关键部件轻量化设计等若干 核心子课题。 合作单位包括：大连奥托汽车、日本独资大连阿尔派汽车音响制造有限公司、大连理工大学、一 汽奥迪等。 计算流体力学（CFD）是一门研究液体和气体和它周围的固体如何相互作用的学问：考虑高速气体流过形状复杂的汽车的情况。近年来CFD的发展可以让计算机在计算机中模拟虚拟汽车--而汽车制造商不再只能依靠简单的风洞去了解气流是如何影响汽车的！制造商可以在制造金属部件之前先研究模拟数据，这 会大大节省时间和资金 。 从事此项研究时，所需要学习及应用到的软件：CATIA（或I-DEAS或UG或PRO/E或SOLIDWORKS）、 FLUENT。 汽车的CFD仿真
汽车造型与空气动力学的关系 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。 "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。 "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。 "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。 "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。 "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。
研究性学习论文 小组成员： 班级：机电1011 指导教师：卢梅
汽车车身的空气动力学应用 摘要：汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响。因此轿车的车身设计既要服从空气动力学，要有尽量低的空阻系数，降低发动机的输出负担，又要采取措施，降低诱导阻力，以保证轿车的行驶安全。 关键词：空气动力学，车身外形设计，导流板，扰流板 背景：迄今为止，汽车的发展已经过了112年，无论是汽车的速度，还是汽车的配置，或者是汽车的造型多有了长足的发展。随着汽车速度的提高，空气阻力成为汽车前进的最大障碍。在此因素下，汽车造型经历了马车型汽车,箱型汽车,甲壳虫型汽车,船型汽车,鱼型汽车以及楔型汽车等六个阶段的演变，从而越来越符合空气动力学的要求，越来越符合人们的审美观。在这一发展历程，也可看做是人们对空气动力学的认识及应用过程。 1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。它标志着人们开始运用流体力学原理研究汽车车身的造型。1937年，德国设计天才费尔南德·保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。它是第一代大量销售的空气动力学产物的汽车。1949年福特公司推出了福特V8汽车,这种车型改变了以往汽车造型模式、使前翼子板和发动机罩,后翼子板和行李舱溶于一体,大灯和散热器罩也形成整体,车身两侧是一个平滑的面,驾驶室位于中部,整个造型很象一只小船,因此,我们把这类车称为“船型汽车”。船形汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫形汽车，并且还较好地解决了甲壳虫形汽车对横风不稳定的问题。船型汽车尾部过分向后伸出,形成阶梯状,在高速行驶时会产生较强的涡流,为了克服这一缺点,人们把船型车的后窗玻璃逐渐倾斜,倾斜的极限即成为斜背式。由于这个背部很象鱼的背脊,所以这类车称为“鱼型汽车”。“鱼”型虽然解决了涡流的困难，但也引起了一些空气动力学缺陷。是当汽车高速行驶时汽车的升力会比较大。鉴于鱼形汽车的缺点，设计师在鱼形汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼形鸭尾式”车型。这是最早为克服气动升力而做的空气动力学设计。为了从根本上解决鱼型车的升力问题,科学家们设想了种种方案,最后终于找到了一种楔型造型。就是将车身整体向前下方倾斜,车身后部像刀切一样平直，这种造型有效地克服了升力。目前,各种身价过百万元的超级跑车设计都基本上采用楔型。各大车厂也都开发带有楔型效果的小客车，如两厢式旅行车,子弹头面包车等形式的轿车。在此基础上，增加扰流板等装置，进一步解决了空气升力的问题。 正文： 汽车气动阻力分析： 从种类上分，汽车气动阻力由形状阻力、干扰阻力、摩擦阻力、诱导阻力和内部阻力五部分迭加构成。 形状阻力：由于气流分离现象。在汽车后面形成尾流区，前后气流压力不相等，从而形成压差阻 力。压差阻力的大小是由车身外部形状决定的，所以一般称为形状阻力。它约占空气阻力的58％，是气动阻力的主要部分。 干扰阻力：车身表面凸起物、凹槽和车轮等局部影响气流流动，从而引起空气阻力，约占14％。
目录 前言 (1) 汽车空气动力学的研究现状 (2) 一、汽车空气动力学研究的国内外发展情况 (2) 二、汽车空气动力学的研究方法 (3) (1)基础理论 (3) (2)风洞试验 (3) (3)数值仿真 (3) (4)CAE技术平台 (6) 三、改善汽车空气动力学性能的措施 (7) 四、空气动力学的研究前沿 (9) 总结 (12) 参考文献 (13)
前言 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。 自从世界上有了第一辆汽车以后，德国就在航空风洞中进行了车身外形实验研究。后来德国人贾莱·克兰柏勒提出前圆后尖的水滴状最小空气阻力造型设计方案，从而找到了解决形状阻力的途径。美国人W．Elay于1934年用风洞测量了各种车身模型的空气阻力系数。法国人J．Andreau则提出了汽车表面压差阻力的概念，并研究了侧风稳定性。2O世纪40年代，另一位法国人L．Romani对诱导阻力进行了研究。6O年代初，英国人white通过风洞实验提出了估算空气阻力系数的方法。到7O年代，汽车空气动力学才真正成为一门独立学科。我国是在8O年代才较为系统地研究汽车空气动力学的。 目前世界上许多公司都在汽车空气动力学研究方面进行探索与竞争，并且大都实力雄厚、各有建树。美国几乎各大汽车公司都有自己的飞机制造子公司。通用有休斯飞机公司，克莱斯勒有湾流公司。苏联的伏尔加有一个27m2的风洞，最高风速1 20km／h。法国雷诺已经开展了计算机空气动力学的研究。西德大众最近也购得CDCgo00型计算机，其目的之一可能就是汽车空气动力学的摸拟。现在世界上计算空气动力学一流水平当属美国NASA。NASA在飞行器计算空气动力学方面拥有一流的学术、研究和应用水平,并且在不断更新其巨型机。许多高超音速空气动力试验无法进行，就用计算机进行摸拟。 我国汽车工业由于近年来开始生产轿车才开始了汽车空气动力学的研究。当前的主要任务应该是抓住太好时机，建立起我国自已的汽车空气动力学研究，试验、设计的综合系统，争取国家及有关高等院校科研单位的支持，建立相应的开放实验室，争取第一流的专家及广泛的国际交流。开放实验室主要进行汽车空气动力学的计算机摸拟、外形的空气动力学优化设计及相关的并行软、硬件，计算数学的研究。其中轿车的空气动力学摸拟与优化必将太大加快新车型的开发速度，以提高产品在世界市场的竞争力，并为我国产品参与世界市场竞争创造一个开放的高水乎研究环境。在空气动力学的研究、应用的世界范围的角逐中，不断提高水平、提高素质。
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。
汽车空气动力学与车身造型复习 第一章绪论 一、本课程的研究对象，方法： 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。 理论分析方法 理论分析的一般过程是：建立力学模型，用物理学基本定律推导流体力学数程，用数学方法求解方程，检验和解释求解结果。理论分析结果能揭示流动的内在规律，具有普遍适用性，但分析范围有限 实验方法 实验研究的一般过程是：在相似理论的指导下建立模拟实验系统，用流体测量技术测量流动参数，处理和分析实验数据。实验结果能反映工程中的实际流动规律，发现新现象，检验理论结果等，但结果的普适性较差 数值方法 数值研究的一般过程是：对流体力学数学方程作简化和数值离散化，编制程序作数值计算，将计算结果与实验结果比较。优点是能计算理论分析方法无法求解的数学方程，比实验方法省时省钱，但毕竟是一种近似解方法，适用范围受数学模型的正确性和计算机的性能所限制 二、汽车空气动力学的研究任务： 气动力和气动力矩（六个分量）1.影响汽车的动力，安全，经济等性能2.空气阻力——〉动力性，经济性，环保性。3.升力和气动力侧向分量——〉操纵性，行驶稳定性 汽车流场：影响汽车的车身的造型设计 设备冷却：如发动机和制度系统 车内气流组织：影响乘坐舒适性；车内通风 三、车身造型的影响因素： 目的：完满体现汽车的物质与精神功能，充分满足实用和审美两方面的需求。 重要性：汽车产品方案选择的决策性步骤 影响要素：机械工程学，人机工程学，空气动力学，美学，商品学 现代汽车车身造型的演变与发展，受汽车空气动力学和造型美学两大因素的影响 第二章流体力学基础 一、流体的属性 流动性(fluidity) 流体与固体的分子结构存在差异，流体具有流动性 静止流体只有法应力没有切应力 只要切应力作用于流体，则无论切应力多么小，流体都会连续不断的变形而不能休止 变形的大小不只决定切应力的大小，还决定于切应力作用的时间 粘性（viscosity）流体除流动性外，还有抗拒快速变形的一面 相邻两层流体作相对运动时有内摩擦作用 流体对固体表面的粘附作用 理想流体：粘力可忽略的流体 粘性流体：粘力不可忽略的流体 温度对流体的粘性影响较大：液体的粘度随温度升高而减小，气体则相反 μ：粘性系数（粘度）du/dn：层面法向n上的速度变化率 压缩性(compressibility)
重庆大学汽车系汽车空气动力学汽车空气动力学 前言 车身的空气动力学设计是车身设计的重要内容。
的能量克服空气阻力；的能量克服空气阻力； 轿车空气动力性的差异可使空气阻力相差别30%，燃油消耗相差达12%以上。 前言三、空气动力学对汽车性能的影响 Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle
Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle
Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle前言 汽车空气动力学第一章空气动力学基础知识第一章空气动力学基础知识
常数），有 第二节流体力学基础第二节流体力学基础 吹纸条:球浮气流： 发动机化油器喉管 第二节流体力学基础第一章空气动力学基础知识 在无粘性气流中，所受合力为零。 在粘性气流中，所受合力不为零。 第三节空气的粘滞性和气流分离现象 的气流先停止流动，进而反向流动，形成涡流区，将继续流动的气流与 第三节空气的粘滞性和气流分离现象
三、气流分离现象 在物体背流面，流束的扩展受到尾流区的限制，使流束截面较比迎流面小，其压力较迎流面低。而尾流区的压力与相邻流体压力接近。这就使物体压差阻力”的作用。 只有在逆压梯度条件下才会产生分离。逆压梯度越大，越易分离。三、气流分离现象 第一章空气动力学基础知识表示为与动压力、迎风面积成正比的形式： 是表征汽车空气动力特性的重要指标，它主要取决于汽车外形，也与第一章空气动力学基础知识 第五节汽车空气动力与空气动力矩 Al Al 2 汽车空气动力学 C d 总值：0.45 A—形状阻力(C d =0.262)；B—干扰阻力(C d =0.064)；C—形状阻力(C d =0.053)；D—形状阻力(C d =0.031)；E—形状阻力(C d =0.040)。
（汽车行业）空气动力学在汽车设计中的应用
空气动力学 汽车作为壹种商品，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壹项综合构思，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壹。汽车造型主要涉及科学和艺术俩大方面。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。但人和人之间始终存在着许多不同。我们必须承认，所谓清壹色的平等只能够创造出壹种假象，而且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和差异性。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。目前部分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服务，但要价不菲，2007年曾有美国富商向宾西法尼亚订购了壹辆价值300万美元的跑车。消费者参和原始时期，人类使用的器物都是自己制作，且从制作过程中得到满足和成就感，这是人类的本能之壹。大工业生产包办了壹切制作过程，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。在不完全否定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壹样，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。汽车产品的使用环境不再固定，而是成了互动的使用环境。汽车的保有量不断增加，而相应配套的市政设施、停车场空间等却和发展不相称，这势必要求汽车整车外形尺寸要越小越好，但又不能对乘坐舒适性产生不利的影响，我们能够从五种途径来增大空间利用率：减少发动机所占空间，驾驶室前移；加长轴距，减少前后悬的长度；行李箱向车尾部后移或向车顶部上移；从三厢式向单厢式发展；改变车门开启方式。为了减少发动机所占空间，需要对底盘和整车总体布置进行充分地研究，以便利用有效空间和增加使用空间的可变性，通常前挡风玻璃总是尽量往前移，形成子弹头形状。轴距加长是在车身总长不变的前提下，能够减少前后悬的突出部分，使后排座位的人上下车更加方便，增加乘坐舒适性。行李箱设计尽量向后移或向上移是为了增大乘坐空间，充分利用车顶部的空间。车身布置尽量紧凑合理，浑然壹体，使得汽车在满足舒适陛的前提下更加轻便化、流线型化。许多日系小型车将这类设计概念发挥到了极致，比如以大空间著称的日产TIIDA。高速、安全、低耗是现代汽车发展的主题。为了适应这个潮流，汽车造型应在严格的风洞试验的基础上做好形态设计，创造楔形车身或流线型楔形车身。未来汽车降低油耗的途径将是多方面的，采用新能源是壹项重要措施。能源的改变使汽车造型、内饰、色彩均和众不同。例如电动汽车，采用蓄电池和电动系统为动力，其动力舱部分空间就要比内燃机小得多，大大增加了造型设计的灵活性。由此可见，未来车身的整体形状由于汽车动力能源的不同，将出现丰富多彩的艺术造型。 研究空气或其他气体的运动规律，空气或其他气体和飞行器或其他物体发生相对运动时的相互作用和伴随发生的物理化学变化的学科。流体力学的壹个分支。它是在流体力学基础上随航空航天技术的发展而形成的壹门学科。研究内容根据空气和物体的相对速度是否小于约100米／秒（相应马赫数约0.3），可分为低速空气动力学和高速空气动力学。前者主要研究不可压缩流动，后者研究可压缩流动。根据是否忽略粘性，可分为理想空气动力学和粘性空气动力学。作用于飞行器的升力、力矩问题，可主要通过理想空气动力学求解。按流场边界
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，