小轿车高速行驶空气阻力特性研究

小轿车高速行驶空气阻力特性研究 摘 要 汽车车速的提高受到许多因素的制约。根据汽车空气动力学的原理汽车行驶 时的空气阻力是一个不可忽视的关键因素并且空气阻力的影响因素也是多方面的。 为了提高汽车的行车速度从汽车空气阻力空气阻力的影响因素出发分汽车迎风面积 和空气阻力系数两个方面说明了降低汽车空气阻力与提高车速的理论基础。并引用 具体事例及试验数据对汽车车身结构设计分前部、中部、后部进行了分析改进以期 探讨降低汽车空气阻力的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 和方法从而达到提高车速的目的。 关键词: 汽车车身 结构空气阻力 AbstratThe improvement of vehicle speed is restricted by many factors. According to theprinciple of aerodynamics the air resistance when the automobile runs is a key factorthat can not be ignored and the influence of the air resistance factors are in manyaspects. In order to improve the speed of the car starting from the influencing factorsof automobile air resistance and air resistance divided into two parts for automotivefrontal area and air resistance coefficient illustrates the theoretical basis of lowerspeed automotive air drag and improve. And citing specific examples and test datathe car body structure design anterior middle posterior branch is analyzed andimproved in order to explore the measures and methods to reduce the air resistanceso as to improve the speed of.Keywords: automobile body structure air resistance 孙志豹: 小轿车高速行驶空气阻力特性研究 目 录摘 要 ........................................... 错误～未 定义 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 签。前 言 ............................................................ 31 空气阻 力 ........................................................ 5 1.1 空气阻力的概念及分 类 ......................................... 5 1.2 摩擦阻力...................................................... 5 1.3 压 力阻力 ..................................................... 5 1.4 形状阻 力 ..................................................... 5 1.5 干扰阻力 ..................................................... 5 1.6 内循环阻力 ................................................... 5 1.7 诱导阻 力 ..................................................... 52 降低汽车空气阻力的措施和方 法 .................................... 5 2.1 降低汽车空气阻力系数的意义 ................................... 6 2.2 汽车车身纳杓埔扰流 器....................................................... 8 2.4 汽车加装尾翼 法 ............................................... 8 2.5 新型涂料法 ................................................... 9 2.6 新型喷射系统 ................................................. 9结 论 ........................................................... 10参考文献 ......................................................... 11致 谢 ........................................................... 12 前 言 汽车问世后的 100 多年间科 技突飞猛进时至今日已成为集当代高科技于一身且与人类生活息息相关的时代骄 子。尤其是近年来国家加大交通设施的投资力度高速公路等交通网络四通八达大大 缩短了城市之间的距离方便了人们的日常生活。欣喜之余能否进一步提高汽车车速 摆在了每一个汽车工作者的面前。随着汽车速度的不断提高，随之出现的与汽车气 动性能有关的问题也越来越多，如空气阻力(当车速达到 250,300km/h 时，空气 阻力占总阻力的 50以 、上) 气动噪声以及对周围环境的影响等， 均与汽车外形 的流线程度有关。为此，还必须进一步优化车体外形，减少空气阻力等对汽车的影 响。从时速不超过50km/h 的马车型汽车，发展到现在的流线型汽车时速可以达到 200,300km/h，百年的汽车发展给人类社会带来了巨大而深刻的变化。为此本文将 对汽车行驶时的空气阻力这一不可忽视的关键因素进行具体分析以期探讨降低汽车 空气阻力提高汽车车速的措施和方法。 小轿车在高速行驶中所受空气阻力主要包括 以下几种:一、摩擦阻力二、压力阻力三、形状阻力四、干扰阻力五、内循环阻力六、诱导阻力 针对汽车高速行驶的空气阻力的的特点，就对应解决降低汽车空气阻力的办法，其中有:一、汽车车身的设计二、汽车加装尾翼法三、新型涂料法四、新型喷射系统 孙志豹:小轿车高速行驶空气阻力特性研究1 空气阻力1(1 空气阻力的概念及分类: 空气阻力指空气对运动物体的阻碍力，是运动物体受到空气的弹力而产生的。物体在运行时，由于前面的空气被压缩，两侧 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面与空气的摩擦，以及尾部后面的空间成为部分真空，这些作用所引起的阻力。在逆风运行时，还要把风力附加在内。 空气阻力是汽车在空气介质中行驶， 汽车相对于空气运动时空气作用力在行驶方向形成的分力，与汽车速度的平方成正比，车速越快阻力越大。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大， 则会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。在一级方程式赛车界中有这么一句话:“谁控制好空气，谁就能赢得比赛～”。追求最佳的空气动力是现代一级方程式赛车中最重要的部分之一。在时速达300km 以上的赛车世界中，空气在很大程度上决定了赛车的速度。空气动力中， 1: 2:要考虑的要素简而言之有两点。 减少空气阻力; 增加把赛车下压的下压力。空气阻力越小赛车的速度越能越快，下压力越大赛车在弯道时的速度就越快。空气动力学简单说就是如何取决在某些时候这两个完全相反的力的最佳平衡。 实际操作时要与环境因素造成的气流量的压强挂钩。 否则你将区别不出什么是空气动力和空气阻力。 空气阻力是汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力。空气阻力系数，又称风阻系数，是计算汽车空气阻力的一个重要系数。它是通过风洞实验和下滑实验所确定的一个数学参数 用它可以计算出汽车在行驶时的空气阻力。 风阻系数的大小取决于汽车的外形.风阻系数愈大则空气阻力愈大.现代汽车的风阻系数一般在 0.3-0.5 之间。 风阻是车辆行驶时来自空气的阻力，一般空气阻力有好几种形式，其中一种是气流撞击车辆正面所产生的阻力，就像拿一块木板顶风而行，所受到的阻力几乎都是气流撞击所产生的阻力。还有就是摩擦阻力，空气与划过车身一样会产生摩擦力，然而以一般车辆能行驶的最快速度来说，摩擦阻力小到几乎可以忽略。另外还有外型阻力，一般来说，车辆高速行驶时，外型阻力是最主要的空气阻力来源。外型所造成的阻力来自车后方的真空区，真空区越大，阻力就越大。 一般来说，三厢式的房车之外型阻力会比掀背式休旅车小。 车辆在行驶时，所要克服的阻力有机件损耗阻力、轮胎产生的滚动阻力一般也称做路阻及空气阻力。 随著车辆行驶速度的增加，空气阻力也逐渐成为最主要的行车阻力， 在时速 200km/h 以上时，空气阻力几乎占所有行车阻力的 85。 一般车辆在前进时，所受到风的阻力大致来自前方，除非侧面风速特别大。不然不会对车辆产生太大影响，就算有，也可通过方向盘来修正。风阻对汽车性能的影响甚大。根据测试，当一辆轿车以 80 公里/时前进时，有 60的耗油是用来克服风阻的。 风阻系数 Cd 是衡量一辆汽车受空气阻力影响大小的一个标准。风阻系数越小，说明它受空气阻力影响越小，反之亦然，因此说风阻系数越小越好。一般来讲，流线性越强的汽车，其风阻系数越小。 风阻系数可以通过风洞测得。当车辆在风洞中测试时，借由风速来模拟汽车行驶时的车速，再以测试仪器来测知这辆车需花多少力量来抵挡这风速，使这车不至于被风吹得后退。在测得所需之力后，再扣除车轮与地面的摩擦力，剩下的就是风阻了，然后再以空气动力学的公式就可算出所谓的风阻系数。 风阻系数正面风阻力× 2?空气密度 x 车头正面投影面积 x 车速平方。 一辆车的风阻系数是固定的，根据风阻系数即 可算出车辆在各种速度下所受的阻力。 1(2 摩擦阻力 指空气粘度在车身表面产生的切向力在行驶方向的分力;该力仅占空气阻力总额的 9，在航空和航天中其作为重点考虑对象，在地面一般车辆中可予以忽略。 1(3 压力阻力 指汽车外表面大气作用的法向压力在行驶方向的分力;根据阻力源的不同，压力阻力又分为:形状阻力、干扰阻力、内循环阻力及诱导阻力。 1(4 形状阻力 由车身形状的不同而产生的空气阻力(主要由作用在汽车前、后两面的压力 ，其占空气阻力总额的 58;差所至) 1(5 干扰阻力 车身中局部突起部分(如:反光镜、车门把手等)产生的空气阻力，其占空气阻力总额的 14; 1(6 内循环阻力 发动机进、排气系统、冷却系、车身通风系统等所需要和产生的空气流流经车体内部所产生的阻力，其占空气阻力总额的 12; 1(7 诱导阻力 空气升力在水平方向的投影(主要由作用在车身上、下两面的压力差所至)，其占空气阻力总额的 7; 2 降低汽车空气阻力的措施和方法 汽车空气动力学性能对汽车的安全性、经济性和舒适性具有重要影响。文中通过分析汽车前部、客舱、尾部、底部、附加装置和车轮对汽车空气动力学性能的影响从汽车空气动力学设计的角度优化汽车造型进而提高汽车的安全性、经济性和舒适性。 汽车具有良好的空气动力学性能有利于提高 汽车的动力性和燃油经济性、改善汽车的操纵性和行驶稳定性进而提高汽车的安全性、改善汽车的乘坐舒适性。随着汽车设计、制造技术的进步和对汽车性能的要求越来越高汽车空气动力学性能已成为汽车车身设计中必须考虑的重要因素。 通过改善汽车的空气动力学性能，比如变化尾翼、底盘罩、前部进风口和轮毂帽，都能降低风阻系数。而降低车身高度，等于减小了截面积，或使车身更多 孙志豹:小轿车高速行驶空气阻力特性研究的覆盖住轮子，也有利于降低空气阻力。 2.1 汽车空气阻力系数的意义 汽车的空气阻力系数是一种车型的重要参数。对新车型设计和车型改装来说，为减少空气阻力系数，以获得良好的汽车动力性和燃料经济性，是汽车设计者的一项重要工作。 1970 年美国人设计了一辆名为/蓝色火焰 0TheblueFlame的赛车其最高速度纪录已近 1000kmPh1983 年英国/推力 2 号 0 火箭车在美国的黑石沙漠创1020kmPh 的世界陆地速度记录日本近年来研制成功的磁悬浮列车其原理就是它们的外形似火箭迎风面积小速度极快，降低了空气阻力系数。从本世纪初期的汽车发展到现在车身外形从箱形 v 甲虫形 v 船形 v 鱼形 v 楔形其主要目的之一就是降低空气阻力系数。 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，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 80以上。 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 20 世纪 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。现在轿车的空气阻力系数一般在 0.28至 0.4 之间。 试验表明，空气阻力系数每降低 10，燃油节省 7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 88km 的时速行驶了 100km，燃油消耗后者比前者节约了 1.7L。 小轿车高速行驶中空气在汽车头部气流开始分流， 而汽车外形的变化使流速开始加快。在汽车的顶部和底部产生高速区，且在车顶部分产生最高流速，然后开始逐渐回落。汽车尾流中有纵向的涡流产生，随尾流的发展，涡流由强到弱，涡心降低(逐渐接近轨面)，涡核向外移动。通过比较，流线型车型优于其他车型，且在低速和 高速时都有较好的空气动力性能。 故在汽车外形发展设计研究时，应尽量将汽车外形设计成流线型，外形曲面曲率不应出现突变或变化过大，避免产生流动分离。 针对摩擦阻力、诱导阻力，轿车车身应该尽量设计成流线型，横向截面面积不要太大，车身各部分用适当的圆弧过渡，尽量减少突出车身的附件，前脸、发动机舱盖、前挡风玻璃适当向后倾斜， 后窗、后顶盖的长度、 倾角的设计要适当。此外，还可以在适当的位置安装导流板或 扰流板。通过研究汽车外部的气流规律，不仅可以设计出更加合理的车身结构，还可以巧妙地引导气流，适当利用局部气流的冲刷作用减少车身上的尘土沉积。 针对形状阻力、内循环阻力阻力，要设法降低行驶中的升力，包括使弦线前低后高，底版尾部适当上翘，安装导流板和扰流板等措施。一部分外部气流被引进汽车内部，可能会在一定程度上减少了外部气流对汽车的阻力，但气流在流经内部气道时也产生的摩擦、旋涡损失。研究汽车内部的气流规律，可以尽量减少内部气阻，有效地进行冷却和通风。利用气流分布规律，还可以巧妙地把发动机的进气口安排在高压区，提高进气效率，减少高压区附近的涡流，同时把排气口安排在低压区，使排气更加顺畅。 2.2 汽车车身的设计要求 2.2.1 汽车前部 车头造型中影响汽车空气动力学性能的因素很多 如车头边角、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、进气口大小和格栅形状等。车头边角主要是指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 圆角与阻力的关系 r / b 0. 045 r 为车头横向边角倒圆角半径 b 为车宽 时 即可保持空气流动的连续 整体弧面车头产生的气动阻力比车头边角倒圆产生的气动阻力小;车头头缘位置较低的下凸型车头的气动阻力系数最小。但气动阻力系数不是越低越好 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。 增加下缘凸起唇 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设计可以改变再附着点的位置 从而影响汽车的气动特性。例，以 2 块相交成一定角度的平板模拟汽车发动机罩与前风窗的实验研究表明 分离点 S 的位置 X / c 与再附着点 R 的位置 X / d 具有对称性 且分离点 S 与再附着点 R 之间的有旋分离泡 SR 的大小与有很重要的关系。发动机罩的纵向曲率越小 目前采用的纵向曲率大多为 0. 02 m- 1 气动阻力越小 发动机罩的横向曲率也有利于减小气动阻力。发动机罩具有适当的斜度 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 则降阻效果不明显。 风窗玻璃纵向曲率越大越好 但不宜过大 否则将导致视觉失真、 刮雨器刮扫效果变差 前风窗玻璃的横向曲率也有利于减小气动阻力 前风窗玻璃的斜度 与垂直面的夹角 小于 30时 降阻效果不明显 但过大的斜度 将使视觉效果和舒适性降低 前风窗斜度等于48时 发动机罩与前风窗凹处会出现明显的压力降 因而造型设计时应避免出现这个角度 前风挡玻璃的倾斜角度 与垂直面的夹角 增大 气动升力系数略有增加。 发动机罩与前风窗的夹角及结合部位的细部结构对气流也有重要影响。 汽车前端形状对汽车的空气动力学性能具有重要影响。 前端凸且高 不仅会产生较大的气动阻力而且还将在车头上部形成较大的局部负升力区。具有较大倾斜角度的车头可以达到减小气动升力乃至产生负升力的效果。 2.2.2 汽车客舱 前立柱上的凹槽、小台面和细棱角处理不当 将导致较大的气动阻力、较严重的气动噪声和侧窗污染 因此 应设计成圆滑过渡的外形。 英国 White 于 1967年根据试验结果对气动阻力影响最关键的车身外形参数进行分级 具有重大实际指导作用。轿车侧壁略外鼓 将增加气动阻力 但有利于降低气动阻力系数外鼓系数 外鼓尺寸与跨度之比 应避免处于 0. 02 0. 04。顶盖有适当的上扰系数 上鼓尺寸与跨度之比 有利于减小气动阻力、综合气动阻力系数、气动阻力、工艺、刚度和强度等方面因素顶盖的上扰系数应在 0. 06 以下。对阶背式轿车而言 客舱长度与轴距之比由 0. 93 增至 1. 17 会较大程度地减小气动升力系数。但发动机罩的长度与轴距之比对气动升力系数影响不大。 2.2.3 汽车尾部 车身尾部造型中影响气动阻力的因素主要有后风窗的斜度 后风窗弦线与水平线的夹角 与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度及尾部横向收缩。后风窗斜度对气动阻力的影响较大 对斜背式轿车 斜度等于 30时 阻力系数最大斜度小于 30时 阻力系数较小。后挡风玻璃的倾斜角一般以控制在 25之内 孙志豹:小轿车高速行驶空气阻力特性研究为宜 后风窗与车顶的夹角为 28 32时 车尾将介于稳定和不稳定的边缘。典型的尾部造型有斜背式、阶背式和方 平 背式。由于具体后部造型与气流状态的复杂性 一般很难确切地断言尾部造型式样的优劣 但从理论上说 小斜背 角度小于 30 具有较小的气动阻力系数。流线型车尾的汽车存在最佳车尾高度 此状态下 气动阻力系数最小 此高度需要根据具体车型及结构要求而定。 后车体横向收缩可以减小截面面积 一定程度的后车体的横向收缩对降低气动阻力系数有益 但过多的收缩会引起气动阻力系数增加。 收缩程度因具体车型而定。车尾最大离地间隙越大 车尾底部的流线越不明显 则气动升力越小甚至可以产生负升力。 长尾车可能产生较大的横摆力矩 而切尾的快背式汽车的横摆力矩并不大 可以通过加尾翼减小横摆力矩 改善汽车的操纵稳定性。 2.2.4 汽车底部 一般随车身底部离地高度的增加 气动阻力系数有所减小 但高度过小将增加气动升力 影响操纵稳定性及制动性 另外 确定离地高度时 还要考虑汽车的通过性与汽车重心高度。 车身底部纵倾角对气动阻力影响较大 纵倾角越大 气动阻力系数越大 故底板应尽量具有负的纵倾角 将底板做成前低后高的形状有利于减小气动升力。 车身底板适度的纵向曲率 用弯度线与直线的最大高度差 h 与直线长度 L 之比为弯度来描述 可以降低平均压力 相应地减小气动升力 适度的车身底板横向曲率可以减小气动阻力 但太大 可能引起底部横向气流与侧面气流相干扰。合适的后部离去角 也可能减小空气阻力。 2.2.5 汽车车轮 车身主体与车轮之间存在很大的相互干涉 被轮腔覆盖的车轮的车轮- 轮腔特性参数 被轮腔所覆盖的车轮高度 h 与车轮直径 D 的比值 对气动阻力的影响如图 4 所示。h/ Dlt 0. 75 时 h/ D 越大 则气动阻力系数和气动升力系数越小 h/ D 0. 75 时 气动阻力系数和气动升力系数最小 h/ D gt 0. 75时 气动阻力系数回升。 适度加宽轮胎对气动阻力系数有利 但不宜过宽 存在一个最佳宽度。 不同形状的车轮辐板及车轮辐板上开孔面积的布置方式对气动性能有很大影响 在总开孔面积相同的情况下适当增加开孔数有利于改善气动性能。 2.3 扰流器 扰流器通过对流场的干涉 调整汽车表面压强分布 以达到减小气动阻力和气动升力的目的。前扰流器 车底前部 的适当高度、位置和大小对减小气动阻力和气动升力至关重要。目前 大多将前保险杠位置下移并加装车头下缘凸起唇 以起到前扰流器的作用。后扰流器 车尾上部 的形状、尺寸和安装位置对减小气动阻力及气动升力也非常重要但后扰流器对气流到达扰流器之前就已分离的后背无效。有的把天线外形设计成扰流器 装在后风窗顶部 在赛车上设计前、后负升力翼 以抵消部分升力 从而改善汽车转向轮的附着性能。 2.4 汽 车加装尾翼法 它的主要作用是可以有效地减少轿车在高速行驶时的空气阻力和节省燃料。汽车在行驶过程中阻力可分为纵向、侧向和垂直上升 3 个方面的作用力。根据测试，当一辆车以 80 公里/小时前进时，有 60的耗油是用来克服纵向风阻的。为了有效地减少并克服汽车高速行驶时空气阻力的影响，人们设计使用了汽车尾翼，其作用就是使空气对汽车产生第四种作用力，即对地.