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汽车空气动力学对驾驶稳定性的影响汽车空气动力学是研究汽车在空气中运动时所产生的各种力和阻力的科学。
在驾驶汽车时，空气动力学的影响是不可忽视的。
本文将探讨汽车空气动力学对驾驶稳定性的影响，并分析其中的原因。
一、气动力对驾驶稳定性的影响气动力是汽车在运动中受到的空气压力和阻力作用产生的力。
它对驾驶稳定性有着重要影响。
首先，气动力会使汽车发生抬升力和下压力。
当汽车行驶速度增加时，空气流经车身的上表面会产生较低的气压，而下表面产生较高的气压，从而产生下压力，增加了车辆在地面上的附着力，提高了驾驶稳定性。
同时，抬起力也会产生，当汽车行驶速度较高时，抬起力会降低车辆的附着力，使得车辆稳定性下降。
其次，气动力会影响汽车的空气阻力和气动阻力系数。
车辆在运动过程中，空气阻力会影响到车辆的行驶速度和燃油消耗。
若车辆的气动阻力系数较大，空气阻力也会相应增加，使得汽车的行驶速度受到限制，降低了驾驶的稳定性。
因此，设计车辆外形时需要考虑减小气动阻力系数，以提高驾驶稳定性。
二、车身设计与空气动力学车身设计是影响汽车空气动力学的重要因素之一。
流线型设计可以减小车辆在空气中行驶时的空气阻力，减少气动阻力系数，提高驾驶稳定性。
车身的前部、侧部和后部曲线的设计，都需考虑空气动力学原理，以达到减少空气阻力的目的。
车身的底部设计也是影响驾驶稳定性的关键。
在车身底部设置平整的护板或空气导流板，可以引导空气流动，减小底部的负压区域，从而降低车辆的阻力，提高驾驶稳定性。
同时，合理设计车辆底部的通风系统，可以提高空气的流动性，减少气阻对车辆的影响。
三、轮胎与空气动力学的关系轮胎作为汽车与地面之间的接触点，也与空气动力学密切相关。
轮胎的气压、花纹和尺寸都会对空气流动和汽车的驾驶稳定性产生影响。
适当的轮胎气压能够减小轮胎与地面的接触面积，降低地面摩擦力，从而减小空气阻力和提高驾驶稳定性。
合适的轮胎花纹和尺寸也能改善汽车与地面之间的空气流动，降低飞溅和阻力，增加汽车的稳定性。
汽车整车空气动力学风洞试验气动力风洞试验方法第一章试验介绍1.1 试验背景汽车的设计与制造是一个复杂的过程，为了确保汽车在高速行驶时能够稳定、安全地行驶，必须对汽车的空气动力学性能进行全面的评估和测试。
其中，空气动力学风洞试验是一种常用的测试手段，通过模拟车辆在真实行驶环境中的空气流动情况，来评估汽车的空气动力学性能。
1.2 试验目的汽车整车空气动力学风洞试验的主要目的是通过对汽车在风洞中的空气动力学性能进行测试和分析，为汽车的设计和改进提供重要的参考依据。
具体包括评估汽车的气动阻力、升力、侧向力等参数，以及研究汽车在不同速度和风向下的空气动力学特性，为汽车的设计优化提供数据支持。
1.3 试验对象本次试验的对象为某汽车制造公司新研发的一款中型轿车，车型为XX型号。
该车型在设计阶段已经进行了初步的空气动力学仿真分析，但为了进一步验证仿真结果的准确性，并对车辆的空气动力学性能进行更加全面深入的评估，需要进行空气动力学风洞试验。
第二章试验方法2.1 试验设备本次试验将使用某汽车制造公司配备的先进空气动力学风洞，风洞设备包括风道、风扇、测量传感器等。
风道采用封闭式结构，能够模拟多种不同的速度和风向条件，满足不同车速和风向下的算测需求。
风扇能够产生高速气流，测量传感器用于对车辆在风洞内的空气动力学参数进行实时监测和记录。
2.2 试验方案需要确定试验的速度范围和风向条件。
一般来说，汽车在行驶过程中会受到不同速度和不同角度的气流影响，因此需要在风洞中模拟不同的速度和风向条件，以获得全面准确的空气动力学性能数据。
确定试验参数和测量点。
根据汽车的设计特点和试验的目的，确定需要测量的空气动力学参数，如阻力、升力、侧向力等，并确定在车身表面的哪些位置设置测量点，以获取相应的测量数据。
进行试验数据的采集和分析。
在风洞试验进行过程中，需要通过测量传感器对车辆在风洞内的空气动力学参数进行实时监测和记录，然后对采集到的数据进行分析和评估，得出对汽车空气动力学性能的客观准确的评估结果。
空气动力学的研究及其应用空气动力学是研究物体在流体（主要是空气）中受到的力和运动的学科。
它广泛应用于飞行器、汽车、建筑、能源、环境等各个领域。
随着科学技术的不断发展，人们对空气动力学的研究越来越深入，其应用也更加广泛。
一、空气动力学的基本理论理解空气动力学的基本理论对于应用它来解决实际问题是至关重要的。
1.流体力学基础流体力学是研究流体运动的科学，包括了液体和气体。
流体力学的基本方程是质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
其中，质量守恒方程是指在任意给定时刻，进入流体控制体与流体控制体内的质量总和相等；动量守恒方程是指在任意给定时刻，进入流体控制体的动量和流体控制体内产生的动量之和相等；能量守恒方程是指在任意给定时刻，进入流体控制体的能量和流体控制体内的能量之和相等。
2.空气动力学基础空气动力学是研究自由空气中物体的运动和相互作用的学科。
空气动力学是研究物体在流体中所受到的各种力的产生、传递、转换和作用机理的学科。
空气动力学的工作依靠计算机辅助工具，如数值模拟，计算流体力学等手段进行研究和实验。
3.气流的流动分析气流是指在一个流体中以一定速度飞行的气体流动，容易受到各种因素的影响。
气流的流动分析可以采用数值模拟，计算流体力学等手段。
气流的流动分析可以分析的内容包括：气体的密度分布、气流的流场特性、气体在流动中的变化等等。
二、空气动力学的应用空气动力学的应用在不同地方有不同的表现，掌握空气动力学的应用可以帮助了解机械、航空、化学等科学的发展。
1.飞行器空气动力学对于飞行器的研究与设计是非常重要的。
飞行器的外形、传热、气动性能等都与空气动力学有关。
在飞行器研发中，需要进行空气动力学的计算、实验和模拟，来评估飞行器的性能和稳定性。
2.汽车汽车也是一个受到空气动力学影响的领域。
设计者可以利用空气动力学原理来改善汽车的外观，提高汽车在高速行驶中的稳定性和减少风阻等。
在汽车研发中，需要进行风洞测试和数值模拟，来优化汽车的气动性能。
基于 FSAE 赛车的空气动力学套件设计及 CFD 分析韩小强;王洪宇;侯文彬【摘要】在赛车领域，空气动力学研究已经成为各项赛事以及车队之间竞争的焦点。
文中通过对 G03C 赛车进行整车空气动力学分析，找出整车造型对空气动力学的影响因素，并根据空气动力学原理设计了一套相匹配的空气动力学套件，包括鼻翼、尾翼及扩散器。
对比改装前后赛车的空气力学性能，结果表明，安装空气动力学套件后，产生一定的下压力使得赛车的高速稳定性能得到提升。
%In the field of racing cars,air dynamics research has become the focus of competition between the events and teams. For Formula SAE,aerodynamic research is very important.This paper through aerodynamic simulation analysis of G03C racing car, finds out influence aerodynamic factors of the vehicle model,and designs an aerodynamics package for it according to the principle of aerodynamics,including the front wing,rear wing and pared the aerodynamic performance of the car before and after modification,the results show that the increase of pressure makes the car high -speed stability improve under suite aerodynamic pack-age.【期刊名称】《实验科学与技术》【年(卷),期】2016(014)001【总页数】5页(P3-7)【关键词】FSAE 赛车;空气动力;外流场;阻力系数【作者】韩小强;王洪宇;侯文彬【作者单位】大连理工大学汽车工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学汽车工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学汽车工程学院，辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】U463.9FSAE方程式赛车(formula SAE)在国际上被视为学生界的 F1方程式赛车。
气动力学的应用和研究现状气动力学是研究气体流动、空气动力学、风力学等现象的学科。
它可以应用于工程设计、航空航天、海洋工程、天气预报等领域。
本文将介绍气动力学的应用和研究现状。
一、航空航天领域气动力学在航空航天领域有着广泛的应用。
航空器的设计需要考虑空气动力学效应，如阻力、升力和推力等。
此外，气动力学还可以应用于飞行器的控制和稳定性分析，以及设计高超声速飞行器等。
在现代航空器的发展中，气动力学的研究起到了重要的推动作用。
例如，A380客机的研制中，利用计算机模拟对飞机的气动性能进行测试，大量地减少了实验测试的时间和成本。
此外，还有许多新型飞行器的研发工作，例如太空飞船、高空无人机等。
二、汽车工程领域气动力学在汽车工程领域同样起到了重要的作用。
在汽车的设计中，气动力学的研究可以减少车辆的风阻，提高车辆速度和燃油效率。
此外，气动力学还可以改进汽车的外形设计，提高汽车的稳定性和操控性。
现代汽车制造商在汽车的研发中越来越重视气动力学的研究。
例如，法拉利公司依托计算机模拟技术研发了全新的商用车型，其车身气动性能得到了大幅提升，从而为客户带来更高的驾驶体验和燃油经济性。
此外，许多汽车制造商还在研究车辆轮廓形状、车底罩等车身结构对车辆气动性能的影响。
三、风力发电领域气动力学也可以应用于风力发电领域。
风力发电机的设计需要考虑风的流量和速度等气动力学因素，以及风力涡轮旋转时所产生的力学与电机转矩等问题。
此外，气动力学还可以预测风力发电机的能力和效率。
随着可再生能源需求的不断增加，风能成为了一个重要的方向。
许多国家正在积极推动风力发电项目的建设。
例如，中国的风力发电装机容量已经超过了27万兆瓦。
在这方面，气动力学的研究对于风力发电机的设计和效率提高具有重要意义。
总的来说，气动力学在工程设计、航空航天、汽车工程、风力发电等领域有广泛的应用。
作为一门交叉学科，气动力学的研究涉及到流体力学、力学、材料科学等多个领域。
要想更好地应用气动力学，需要加强学科之间的交流与合作，提升计算机模拟技术的水平，促进理论研究和实践应用的相互推动。
整车空气动力学风洞试验一汽车气动力试验标准1范围针对整车气动力风洞实验所需的流场品质、测试装备及仪器提出要求，推荐气动力测试的标准工况以及气动力测试方法和流程，给出测试数据有效性的评价方法。
本标准阐述的方法适用于实车整车，即七座（含七座）以下乘用车，也适用于对应尺寸的车辆模型（油泥模型、硬质模型等），重量和尺寸根据风洞规模和测试能力而定。
根据本标准推荐的方法所获取的结果，可作为整车空气动力学性能评估及优化设计的依据。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 3730.2-1996道路车辆质量词汇和代码GB/T 19234-2003乘用车尺寸代码JJF1059-1999测量不确定度评定与表示T/CSAE 111-2019乘用车空气动力学性能术语3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1汽车空气动力学风洞automotive aerodynamic wind Tunnel一种模拟汽车道路行驶过程中，受气流作用的试验装置。
通过该装置配备的各测量系统可以测量汽车气动力和气动力矩、局部流场显示、特征点或特征区域的压力等。
在整车开发过程中，用于阶段性气动性能检验、优化，并最终验证汽车空气动力学性能水平。
3.1.1汽车空气动力学风洞坐标系automotive aerodynamic wind tunnel coordinate system在汽车空气动力学风洞中，其坐标原点位于转盘中心，坐标系符合右手定则，见图1。
图1汽车空气动力学风洞坐标系3.1.2整车风洞full-scale wind tunnel一种可以进行真实车辆或1:1汽车模型试验的风洞。
3.2风洞流场品质air flow quality of wind tunnel表征风洞试验段流场稳定性和均匀性的评价指标，包括但不限于湍流度，速度分布，压力分布等参数。
气动阻力特性对汽车行驶性能的影响研究汽车在行驶过程中，除了摩擦阻力和重力阻力外，还会受到空气阻力的影响，即气动阻力。
气动阻力是汽车行驶过程中不可忽略的一个因素，会对汽车的行驶性能产生重要影响。
1.气动阻力对汽车行驶的影响气动阻力是指汽车行驶在空气中时，空气对汽车运动所产生的阻力。
这种阻力会随着汽车速度的变化而变化，速度越快，气动阻力越大。
气动阻力对汽车的影响包括了如下几个方面：（1）影响车速和加速性能气动阻力对汽车的车速和加速性能有着直接影响。
空气阻力越大，汽车的加速性能就会降低，车速也会变慢。
（2）影响燃油经济性气动阻力也会对汽车的燃油经济性产生影响。
当汽车行驶速度增加时，因空气阻力增加而导致油耗增加。
因此，降低气动阻力是提高汽车燃油经济性的有效方法之一。
（3）影响操控性能空气阻力对汽车的操控性能也有影响。
在高速行驶时，空气阻力会将汽车往返推挤，影响操控性能和稳定性。
因此，在设计和制造汽车时，需要考虑气动阻力对操控性能的影响。
2.气动阻力特性为了更好地理解气动阻力对汽车行驶性能的影响，需要了解气动阻力的特性。
气动阻力通常由三个部分组成，分别是风阻、涡阻和高速风噪声。
（1）风阻风阻是由空气相对于前方的物体产生的阻力。
其大小与车的前部面积、车速、车身流线型以及空气密度等因素有关。
（2）涡阻涡阻是由汽车周围流体形成的涡旋产生的阻力。
涡阻的大小与车身后部的形状有关，一般来说，末端收束的汽车设计会使涡阻降低。
（3）高速风噪声高速风噪声是由空气在车身周围由于流体激震引起的震动声音。
其中高速行驶的风噪声会对汽车的静音性能产生影响。
3.减少气动阻力的方法为了减少气动阻力对汽车行驶性能的影响，需要寻求适当的解决方法。
下面列出一些常用的减少气动阻力的方法：（1）车身流线型设计车身流线型设计是减少气动阻力最有效的方法之一。
流线型设计可使车身的顶部和底部连为一体，减少空气对车身的阻力。
（2）减少空气阻力面积在汽车设计中，应该尽量减少车身前部和后部的空气阻力面积。
空气动力学在汽车设计中的应用一、简介汽车设计作为一门复杂而广泛的学科，必须考虑到汽车的各种情况，如驾驶员的安全、乘员的舒适性、性能的提高等等。
其中，空气动力学在汽车设计中起着至关重要的作用。
因为汽车在运动过程中，只要有空气存在，就会经受来自外部介质的阻力，这一阻力会影响到其性能的提高，因此，了解了空气动力学对汽车设计的影响，就可以有针对性地对车辆进行设计和优化。
二、空气动力学对汽车设计的影响1.设计外型在汽车设计中，外形是首要考虑因素之一。
各个设计师都在为如何让车辆的外型更加美观和符合众人口味而着力。
但是，美观的汽车外观也需要保持高效、低阻力的特性。
因此，在设计外形时，不仅要考虑到美观和实用，还要考虑到阻力系数的影响。
在确定汽车外形时，设计师需要考虑车身的气动性能，确定合适的空气流通方向和强弱度，以最小化车身的阻力系数，从而达到提高车辆性能的目的。
2.减小气动阻力车辆运动时空气动力阻力会显著地影响到车辆的速度和耗能。
因此，汽车设计师们需要通过调整车辆的设计和结构，逐步降低其气动阻力，提高车辆的速度和节能的效果。
其中，可以使用一些技术来减少车辆的阻力系数，如使用底部折叠板或使用空气动力学小翼等技术。
这些技术将车辆的空气动力学阻力系数降低到最低点，从而提高车辆的性能和安全性。
3.提高车辆操控性在汽车运动过程中，空气动力学对车辆的操控性也有很大的影响，特别是在高速行驶时。
很多车辆制造商都使用空气动力学技术来提高车辆操控性和稳定性，在行驶时保持安全。
为了实现这一目标，汽车设计师们需要设计一些零件或使用空气动力学的影响来改进汽车外形和着陆蜂口角的形状，从而改善汽车在高速运动中的稳定性和操控性。
三、结论空气动力学在汽车设计中的应用，是车辆性能和安全的必需条件。
良好的空气动力学设计，可以显著地提高车辆性能、减少阻力系数，并提高其操控性和稳定性。
因此，汽车设计师需要深入了解空气动力学的应用，在设计过程中要考虑到车辆运动时的所有情况，不断进行实验和改良，以实现最佳性能和安全性。
２２４机械设计与制造ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ第５期
２０１５年５月
空气动力套件对汽车气动性能影响的研究张鹏程，苏小平（南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京２１１８１６）
摘要：随着计算机技术不断地高速发展，在越来越多的汽车以及车身附件的开发设计过程中运用了计算流体力学（ＣＦＤ）方法。以计算流体力学为理论基础，以简化处理后的某型ＳＵＶ模型作为研究对象，以ＣＡＴＩＡ、ＩＣＥＭ—ＣＦＤ以及ＡＮＳＹＳ－ＦＬＵＥＮＴ作为研究工具对汽车的气动性能进行研究。通过仿真计算得到了原始模型和三种加装气动套件模型的车身阻力系数和升力系数。综合动力性、经济性、稳定性对计算结果进行对比，分析了加装不同气动套件汽车的气动性能差异以及产生这些差异的主要原因，并根据不同需求选出合适的加装方案。关键词：ＳＵＶ；计算流体力学；气动套件；气动性能中国分类号：ＴＨｌ６；Ｕ４６３．８５文献标识码：Ａ文章编号：１００１—３９９７（２０１５）０５—０２２４—０４
ＴｈｅＳｔｕｄｙｏｆＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣａｒｓｗｉｔｈＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＫｉｔＺＨＡＮＧＰｅｎｇ＇ｃｈｅｎｇ，ＳＵＸｉａｏ—ｐｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴＥＣＨＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇ２１１８１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｅｎｄｌｅｓｓｌｙｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅａｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｓａｐｐｌ如ｄ
ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｄｅｖｅ却ｍｅｒｉｔａｎｄ如ｓ咖ｏｆｃａｒｓａｎｄｂｏ咖ｃｌｃｅｅ￥￥ｏｒｉｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅ咖ｒｍ锄ｃｅｓｏｆＵｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄＳＵＶｍｏｄｅｌｗｅＦｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈＣＡＴＩＡ，ＩＣＥＭ—ＣＦＤａｎｄＡＮＳＹＳ—
ＦＬＵＥＮＴ，Ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅ咖ｒｍ甜比ｅｓｏｆｎｗｄｅｌｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｒｏｕｇｈ
ｐｏｗｅｒ，ｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ａｔｔｈｅｓｏｌｕｅｔｉｍｅ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅ咖１７Ｒａｌｌ旧ｅｓｏｆｃａｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｗｈｙｓｕｃｈｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｃｏｕｌｄｈａｖｅｈａｐｐｅｎｅｄ，ｔｈｅｎｃｈｏｓｅｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｄｅｖｉｃｅｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＳＵＶ；ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ；ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＫｉｔ；ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
１引言近年来，汽车改装已经逐步成为一种时尚。在保证合法的情况下最迅速、最便捷的改装方式就是加装空气动力套件。空气动力套件，俗称“大包围”，主要包括：引流板、扰流板等。加装气动套件不仅可以改善车身外观，还可以提升汽车的气动性能。目前，对于气动套件对气动性能影响的研究已经成为国内外一个热门的研究方向。在汽车工业相对发达的国家，汽车空气动力学的研究已取得很大成就，各大汽车厂商都基于ＣＦＤ对汽车及其附件进行设计、改型，并通过严格的风洞试验结果进行论证。起初的研究对象仅限于基本车体形状，随后发展到对车身附件的模拟川，并加人了车辆高速行驶时横风稳定性和过渡特性［２１。国内汽车工业起步较晚，在汽车领域对空气动力学的研究取得了一定的成果，但是研究方向比较局限。文献１３－８１中学者应用计算流体力学理论研究了单一车身附件（后视镜、车轮扰流板、尾部扰流板、引流板等）对气动性能的影响，而并没有讨论多个部件共同作用下气动性能的变化。在对单一附件研究的基础上又研究了多个附件共同作用对汽车气动性能的影响，为不同改装方案的选择进行理论指导。２三维模型建立及网格划分２．１三维模型的建立利用三维建模软件ＣＡＴＩＡ按照１：２０的比例建立某型ＳＵＶ的原始模型。并根据不同的改装方案建立三种加装空气动力套件的几何模型。原始模型尺寸为：长Ｌ＝２３１．５ｒａｍ，宽Ｗ－－９５ｍｍ，高月兰８１．５ｒａｍ。由于模型曲面细节过多，从而导致在ＩＣＥＭ—ＣＦＤ中生成的网格质量较差，并最终影响仿真结果的准确性。所以，在不影响精度的前提下，对模型表面作适当的简化处理，省略车身外部凸起物如雨刮器、后视镜、门把手以及车轮等，对车身底部作平整光滑处理并缝合车身缝隙，最终将汽车简化为一封闭的壳体。如图１所示，为简化处理后的汽车原始模型。三种加装空气套件方案，如图２所示。方案１：在车顶尾部加装扰流板；Ｔｙ案２：在车底前端和后端加装引流板；方案３：综合上述两种方案，同时加装扰流板和引流板。
来稿日期：２０１４—１０—２４作者简介：张鹏程，（１９９１一），男，江苏淮安人，硕士研究生，主要研究方向：汽车ＣＦＤ及车身设计与制造；苏小平，（１９６５一），男，江苏南京人，博士后，教授，博士生导师，主要研究方向：机械产品动力学仿真、现代设计方法的研究等
万方数据第５期张鹏程等：空气动力套件对汽车气动性能影响的研究２２５
（｛）／Ｊ集３刚２ｉ种ＪＪ【Ｉ装山‘案Ｆｉｇ．２ＴｈｒｅｅＫｉｎｄｓｏｆＳｃｈｅｍｅ２．２计算域的建立
为了准确地对模型进行分析，需模拟汽车的行驶状态，且为避免边界对计算域内的汽车流场产生影响，计算域边界应尽量远些。在本次研究中选取的计算域流场为长方体形，其尺寸设定为：车前取３Ｌ，车后取６Ｌ，车两侧各取２Ｗ，车上部取３Ｈ（计算域尺寸与原始模型比例为１０＂５＂４）。整个长方体计算域的长、宽、高分别为２３１５ｍｍ、４７５ｍｍ、３２６ｍｍ。同时，要保证汽车底部与地面之间有一定的离地间隙１０ｒａｍ，如图３所示。
图３流场计算域Ｆｉｇ．３ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＤｏｍａｉｎ２．３网格的划分
仿真研究划分网格的原则是：在保证计算精度的情况下，力求简单，便于求解，节约时间且降低对计算机的性能要求。运用有限元前处理软件ＩＣＥＭ－ＣＦＤ对模型进行网格划分，并采用混合网格的划分方法Ｈ。目前混合网格运用的比较普遍而目效果也比较理想，因其是由结构网格和非结构网格混合而成，综合了结构网格计算精度高以及非结构网格贴体性好的优点，已经成为一种比皎常用的网格处理方法。理论上，三棱柱＋四面体＋六面体的混合网格方案是最理想的。但实际上，四面体与六面体网格混合时交界面处的网格质量很难控制，在交界面处往往很容易生成差质量网格。甚至网格无法合并，进而影响网格整体质量以及计算精度。而且需花费大量时间
去调整参数才获得较高质量的网格，增加了整个仿真过程的时间。因此，选择三棱柱＋四面体的混合网格方案。在车身模型的表面拉伸出三层三棱柱网格，以模拟车身表面的附着层，其他区域则使用四面体网格。在车身附近气流变化大，流场情况相对复杂，故在车身附近建立网格加密区；而在远离车身的计算域，流场情况相对简单，则网格划分的要稀疏一点，这样既不影响计算结果，又节约了计算时间。计算域纵向对称面的网格分布，如图４所示。
图４计算域纵向对称面的网格分布Ｆｉｇ．４ＭｅｓｈＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＳｙｍｍｅｔｒｙＰｌａｎｅｏｆｔｈｅＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＤｏｍａｉｎ
３仿真计算
３．１湍流模型汽车外流场一般为定常、等温、不可压缩的三维流场，考虑到气流分离是由复杂外形引起的，故应按照湍流处理。选用Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ－ｅ湍流模型。则需要计算的数值为湍流强度，和湍流尺寸Ｚ，或者湍流动能ｋ和湍流耗散率占。湍流强度，：扛生ｎ式中：Ｍ’—湍流脉动速度；五—湍流平均速度。
汽车外流场的仿真计算一般取经验值Ｉ＝０．５％。湍流尺寸ｌ：／＝０．０７Ｌ￡＝ｄ户４ｉＥｌ式中：￡—特征长度，管道入口截面不是圆形时，取水力直径，对于汽车一般取轴距；如—水力直径；Ａ—管道人口截面面积；Ｓ—管道入口截面周长。湍流动能ｋ：矗＝丢（＿，）ｚ湍流耗散率占：乒ｃ：＝’年式中：嘲验系数，取０．０９
３．２边界条件中流场计算域主要划分成入口（ｉｎｌｅｔ）、出口（ｏｕｔｌｅｔ）、地面（ｇｒｏｕｎｄ）、左右及上壁面（ｗａｌｌｓ）Ｉ）２及车身表面（ｃａｒ）五个部分。人口边界条件设定为速度入口，气流速度ｕ＝４０ｍ／ｓ，方向为垂直于入口边界；出口边界条件采用压力出口；计算域地面采用移动壁面边界，速度、方向与入口相同，以消除地面效应；计算域左右及上壁面采用滑移壁面边界；车身表面设为固定无滑移壁面。计算域边界条件设置，如表ｌ所示。表１边界条件参数设置Ｔａｂ．１ＢｏｕｎｄａｒｙＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
计算域边界设定值速度人１３ｕ．＝４０ｎｄｓ，ｖ＝Ｏ，ｕ＝Ｏ
Ａ．１３湍流强度瑚・５麓湍流尺寸ｌ－－－Ｏ．０７ｄ，－－－０．０７ｘ４牟＝０．０２７ｍ
出口地面左右及上壁面车身表面压力出１３ｐ＝１０１３２５Ｐａ移动壁面口４０ｒ眺，ｖ－－０，ｗ＝Ｏ滑移壁面固定无滑移壁面
万方数据机械设计与制造Ｎｏ．５Ｍａｙ．２０１５
在求解过程中，还需要将其它相关参数设置好，例如湍流模型、壁面函数、离散格式、计算方法和数值精度。在此特别需要强调的是，由于这里的流场计算比较复杂所以有时候很难收敛，可以先关闭能量方程采用一阶精度迎风格式将流场计算至收敛，再打开能量方程采用二阶精度迎风格式进行计算。具体求解参数设置，如表２所示。表２求解参数设置Ｔａｂ．２ＳｏｌｕｔｉｏｎＰａｒａｍｅｔｅｒｓ
设置项目设置值湍流模型壁面函数离散格式计算方法数值精度Ｒｅａｌｉｚａｂｌｅｋ一８标准壁面函数二阶精度迎风格式ＳＩＭ眦
ｌＯｅ－－４４结果分析
在Ｆｌｕｅｎｔ中对原始模型以及三种加装方案进行仿真计算，得到气动特ｌ生仿真计算结果，如表３所示。观察表中原始模型的相关数据，可以发现仿真结果比理论实际值要小。这主要是因为对汽车模型作了简化处理，省略了车灯、后视镜、门把手以及车轮等，并平整了车身底部以及缝合车身缝隙。但是加装套件对汽车外流场影响的趋势是相同的，这并不影响最终结论的准确性。表３某型ＳＵＶ气动特性Ｔａｂ．３ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
由表３中的数据可知：（１）方案一在车顶后端加装一扰流板，导致阻力增加，从而阻力系数上升；与此同时，汽车由承受向上的升力变为向下压力。虽然降低了动力性、燃油经济性，但是获得了较好的行驶稳定性。
（２）方案二在车底的前端和后端都加装引流板，使阻力明显下降，阻力系数最低；且车身获得了较好的下压力，虽然不如方案一的效果明显。在显著提高动力性和燃油经济性的同时也提升了稳定性。（３）方案三综合上述两方案，既加装扰流板也加装引流板，减阻效果虽不如方案二，但是跟原始模型相比已达到减阻目的，最重要的是方案三使车身获得了非常可观的下压力，显著提高行驶稳定性，这对于高性能汽车来说尤为重要。加装套件前后纵向对称面（＇，＝０）的速度矢量图，如图５所示。由图５（ｂ）可以看到气流流经车顶和车底后在车身尾端以几乎平行的角度流出，在车尾处形成乱流以及较大的漩涡，不能顺利流畅的在车尾汇合，这就导致在车尾处形成一个大的负压区。而该负压区会对车身施加一个与行驶方向相反的“后拉力”，增加阻力，增大阻力系数，对汽车动力性以及燃油经济性产生不利影响。图５（ｃ）中，上侧气流流过车顶后由后车窗引导向下，下侧气流由引流板引导向上，两股气流在近车尾处便快速平稳地汇合，有效地降低了阻力系数。而在图５（ａ）、（ｄ）中的情况都是一侧气流以平行角度流出，另一侧在车身表面的引导下与其交汇。由于
