汽车工程学-图文-2-3-汽车空气动力学课件.ppt
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1、汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute119.01.2023 教学课件教学课件汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2汽车空气动力学汽车空气动力学2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/192汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute3v1.1 概述概述v1.2 汽车空气动力汽车空气动力v1.3空气阻力与汽车基本尺寸之间的
2、关系空气阻力与汽车基本尺寸之间的关系v1.4 空气阻力对汽车性能的影响空气阻力对汽车性能的影响v1.5 汽车空气动力学试验汽车空气动力学试验2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/193汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute41.1 概述概述vv汽车在路面上行驶时,除受到路面作用力外,还受到周围气流对它作汽车在路面上行驶时,除受到路面作用力外,还受到周围气流对它作汽车在路面上行驶时,除受到路面作用力外,还受到周围气流对它作汽车在路面上行驶时,除受到路面作用力外,还受到周围气流对它作用
3、的各种力和力矩,研究这些力的特性及其对汽车性能所产生的影响用的各种力和力矩,研究这些力的特性及其对汽车性能所产生的影响用的各种力和力矩,研究这些力的特性及其对汽车性能所产生的影响用的各种力和力矩,研究这些力的特性及其对汽车性能所产生的影响的学科称为的学科称为的学科称为的学科称为汽车空气动力学vv与与与与空气对汽车的相对速度的平方成正比空气对汽车的相对速度的平方成正比空气对汽车的相对速度的平方成正比空气对汽车的相对速度的平方成正比,因此随着汽车行驶速度的日益提高,因此随着汽车行驶速度的日益提高,因此随着汽车行驶速度的日益提高,因此随着汽车行驶速度的日益提高,汽车空气动力的作用对汽车性能的影响也会
4、愈来愈显著汽车空气动力的作用对汽车性能的影响也会愈来愈显著汽车空气动力的作用对汽车性能的影响也会愈来愈显著汽车空气动力的作用对汽车性能的影响也会愈来愈显著2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/194汽车空气动力迎面阻力迎面阻力升力升力俯仰力矩俯仰力矩侧向力向力横横摆力矩力矩侧倾力矩力矩汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute5v汽车空气作用的六分力与汽车运动状态的关系,汽车空气作用的六分力与汽车运动状态的关系,汽车空气作用的六分力与汽车运动状态的关系,汽车空气作用的六分力与汽车运动状
5、态的关系,主要靠模型或实车的风洞试验求得。主要靠模型或实车的风洞试验求得。主要靠模型或实车的风洞试验求得。主要靠模型或实车的风洞试验求得。v坐标系坐标系坐标系坐标系v风压中心风压中心风压中心风压中心(C.PCenter ofC.PCenter of air air presurepresure)空气动力的合力空气动力的合力作用点,位于汽作用点,位于汽车对称平面内,车对称平面内,不一定与重心不一定与重心重合重合 所有的空气动力向坐标原点化简,即产生三个分力和所有的空气动力向坐标原点化简,即产生三个分力和绕绕x,y,zx,y,z三个坐标轴的力矩三个坐标轴的力矩2023/1/192023/1/192
6、023/1/192023/1/195横摆力矩侧倾力矩侧向力汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute6vv空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影面积成正比,其比例系数称为面积成正比,其比例系数称为面积成正比,其比例系数称为面积成正比,其比例系数称为空气动力系数空气动力系数(风阻系数风阻系数)vv 空气密度,空气密度,空气密度,空气密度,v vr r气流相对
7、汽车速度气流相对汽车速度气流相对汽车速度气流相对汽车速度AA汽车正投影面积,汽车正投影面积,汽车正投影面积,汽车正投影面积,LL汽车特征长度单位汽车特征长度单位汽车特征长度单位汽车特征长度单位2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/196气动阻力气动阻力Drag侧向力侧向力Side force升力升力Lift侧倾力矩侧倾力矩Rolling moment俯仰力矩俯仰力矩Pitching moment横摆力矩横摆力矩Yawing momentFxFyFzMxMyMz汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research I
8、nstitute7v1.1 概述概述v1.2 汽车空气动力汽车空气动力v1.3空气阻力与汽车基本尺寸之间的关系空气阻力与汽车基本尺寸之间的关系v1.4 空气阻力对汽车性能的影响空气阻力对汽车性能的影响v1.5 汽车空气动力学试验汽车空气动力学试验2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/197汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute81.2 汽车空气动力汽车空气动力v1.2.1 气动阻力气动阻力v1.2.2 升力和俯仰力矩升力和俯仰力矩v1.2.3 侧向力和横摆力矩侧向力和横摆力矩v1.
9、2.4 侧倾力矩侧倾力矩2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/198汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute91.2.1 气动阻力气动阻力v空气作用于车身空气作用于车身空气作用于车身空气作用于车身的向后的向后的向后的向后纵向分力纵向分力称为称为称为称为气动阻力气动阻力 与车速平方成正比与车速平方成正比2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/199与车身形状有很大关系升力在水平方向上的分力由于空气具有粘性,在流经车身表面对空气质点与车身表面的摩擦力在逆行驶方
10、向的分力车身表面突起物造成的阻力为了发动机冷却和乘坐舱内换气而引起空气气流通过车身内部构造所产生的阻力汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute1010后视镜 汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute1111后视镜 后视镜设计也要注重流线形汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute1212后视镜 汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive
11、 Engineering Research Institute1313后视镜 汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute1414门把手 汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute1515思考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油?夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油?汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute16v气动阻力(系数)与气动阻力(系数)
12、与气动阻力(系数)与气动阻力(系数)与车身外形车身外形车身外形车身外形的关系的关系的关系的关系2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/1916箱型汽车19081931CD 0.7甲虫型汽车19351944CD 0.46船型汽车19451970CD 0.4鱼型汽车19701980CD 0.35楔型汽车19801990CD 0.3 Cd(风阻系数)世界记录Cd 年款 车型 注释 0.137 1986 福特 Probe V 概念车 0.19 1996 通用 EV1 电动车 0.25 1999 本田 Insight 混合动力车 0.25 2000 雷克萨斯 LS430 0.
13、25 2000 奥迪 A2 3 升 0.26 1989 欧宝 Calibra 2.0i 基本型 0.26 2000 奔驰 C180 0.27 1996 奔驰 E230 0.27 1997 大众 帕萨特 0.27 1997 雷克萨斯 LS400 0.27 1998 宝马 318i 0.27 2000 奔驰 C 级u重视人体工程学,内部空间大,乘坐舒适u空气阻力大,妨碍了汽车前进的速度,u越呈流线型汽车的正面阻力和后面涡流越小u乘员活动空间狭小u对横风的不稳定性u汽车车室置于两轴之间u解决了对横风不稳定的问题u车的尾部过长,为阶梯状,高速行驶时会产生较强的空气涡流,影响了车速的提高u后窗倾斜大,面
14、积大,降低了车身强度u汽车高速行驶时易产生很大的升力,使汽车地面附着力减小,使汽车行驶稳定性和操纵稳定性降低u车身整体向前下方倾斜,车身后部像刀切一样平直,这种造型能有效地克服升力u楔型对于目前的高速汽车,已接近理想造型汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute17减少气动阻力系数的措施减少气动阻力系数的措施光顺车身表面的曲线形状,消除或延迟空气附光顺车身表面的曲线形状,消除或延迟空气附面层剥离和涡流的产生。面层剥离和涡流的产生。调整迎面和背面的倾斜角度,使车头、前窗、调整迎面和背面的倾斜角度,使车头、前窗、后窗等
15、造型的倾斜角度有效地减少阻力、升力后窗等造型的倾斜角度有效地减少阻力、升力的产生。的产生。减少凸起物,形成平滑表面,如门手柄改为凹减少凸起物,形成平滑表面,如门手柄改为凹式结构,刮水器改为内藏式,车身侧面窗玻璃式结构,刮水器改为内藏式,车身侧面窗玻璃与与窗框齐平,玻璃表面和车身整体表面平滑。与与窗框齐平,玻璃表面和车身整体表面平滑。设计空气动力附件、整理和引导气流流向,如设计空气动力附件、整理和引导气流流向,如设前阻流板、后扰流板或气流导向槽等。设前阻流板、后扰流板或气流导向槽等。2023/1/192023/1/192023/1/192023/1/1917汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院
16、院Automotive Engineering Research Institute1818发动机盖应向前下倾减小CD值要遵循的要点1)车身前部汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute1919面与面交接处的棱角应为圆柱状。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2020过渡不理想面与面交接处的棱角应为圆柱状。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute21
17、21风窗玻璃应尽可能“躺平”,且与车顶圆滑过渡。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2222越野车很难做到风窗玻璃应尽可能“躺平”,且与车顶圆滑过渡。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2323尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2424上掀式前照灯汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automoti
18、ve Engineering Research Institute2525在保险杠下面,应安装合适的扰流板。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2626车轮盖应与轮胎相平。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2727整个车身应向前倾12。2)整车汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute2828水平投影应为腰鼓形。汽汽 车车 工工 程程 研研 究
19、究 院院Automotive Engineering Research Institute2929后端稍稍收缩,前端呈半圆形。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute3030最好采用舱背式或直背式。3)汽车后部汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute3131应安装后扰流板。汽汽 车车 工工 程程 研研 究究 院院Automotive Engineering Research Institute3232 当车速超过120km/h,尾翼
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