第六讲汽车造型设计与空气动力学

第六讲

汽车造型设计与空气动力学

————《汽车车身结构与设计》课程

教

师: 李 迪

专学

业：车辆工程院：交通与车辆工程学院

2006年11月6日

概要 汽车空气动力学性能 汽车行驶时所受到的气动力和力矩 改善汽车空气动力性能的措施 汽车空气动力学的发展阶段 整体优化法设计 汽车造型设计的发展过程 汽车造型技术与方法

汽车造型设计

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

2/34

一、汽车的空气动力学性能1.汽车行驶时所受到的气动力和力矩质心C.G. 气动力F:将整个汽 车外表面上压力合成 而得到作用在汽车上 的合力。 风压中心C.P.:合 力在汽车上的作用点。F Pq SCF 1 2 SCF 2

F Fx Fy Fz

迎风面积S

车身形状系数

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

3/34

一、汽车的空气动力学性能气动阻力： 1 Fx 2 SCD 2 气动升力: 1 Fz 2 SC y 2 侧向分力： 1 Fy 2 SCZ 2

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

4/34

一、汽车的空气动力学性能纵倾力矩又称俯俯仰力矩My,(以使汽车抬头为正): 1 2 1 2 M y Fx Z C FZ X C (CD Z C CZ X C ) LCMy 2 2 式中 Xc,Zc——风压中心到质心的距离； L——特征长度，一般指汽车轴距； CMy——俯仰力矩系数。 横摆力矩Mz (以汽车右偏为正):

1 2 1 2 M Z Fy X C SC y X C SLCMZ 2 2

侧倾力矩Mx(以汽车右倾为正): 1 1 M x Fy Z C 2 SCZ Z C 2 SLCMX 2 2

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

5/34

一、汽车的空气动力学性能2.汽车的空气阻力Fx 1 2 SCD 2

正比：空气阻力系数CD,迎风面积S,空气密度ρ及车速v2 分为5个部分：

形状阻力摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 内部阻力

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

6/34

一、汽车的空气动力学性能阻力名称 形状阻力 产生原因 汽车前后压 差 空气与车身 摩擦 空气升力的 纵向分力 扰动 内循环阻力 影响因素 车身表面形状 及其交接处的 转折方式 车身表面的面 积和光顺程度 气动升力 表面突起和各 种附件 冷却气流和车 内通风一般轿车 CD=0.45 理想型跑车 CD=0.20

58%

70%

摩擦阻力 诱导阻力 干扰阻力 内部阻力

9% 7% 14% 12%

20% 0 5% 5%

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

7/34

一、汽车的空气动力学性能3.汽车的空气升力1 Fx 2 SCZ 2

正比

CZ

f(x) 上下表面曲率上下表面压差

升力产生的原理

反映了车身形状和位置状 态对升力的影响程度，是 评价汽车升力特性的重要 指标。

提示：为安全考虑，减小气动升力比降低气动阻力更为重要!!!

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

8/34

一、汽车的空气动力学性能降低升力的措施：

(1)采用负迎角 迎角:汽车前、后 形心的连线与水 平线的夹角。前高后低为正, 迎角越大,升力越大 造型应前低后高， 产生负升力更好！

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

9/34

一、汽车的空气动力学性能(2)在汽车前端底部、后端加扰流板

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

10/34

一、汽车的空气动力学性能(3)车尾地板向上翘起一个角度

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

11/34

一、汽车的空气动力学性能(4)汽车底部板向两侧略微上翘 使底部气流有一部分流向两个侧面。当气流向两侧疏导 时加快了底部的气流速度而使升力下降。(5)斜背加”鸭尾”

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

12/34

一、汽车的空气动力学性能4.汽车的空气动力稳定性

风压中心在质 心前边不好！

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

13/34

一、汽车的空气动力学性能

使风压中心和汽车重心重合; 形心在质心之后,靠近后轮; 质心在L(轴距)/2之前； 尽量使风压中心和汽车重心 位于同一水平面.

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

14/34

一、汽车的空气动力学性能5.改善汽车空气动力性能的措施5.1 汽车外形的设计(1)汽车头部的平面和侧面形状轮廓线应尽量圆滑

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

15/34

一、汽车的空气动力学性能(2)车头前端应尽量低矮

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

16/34

一、汽车的空气动力学性能(3)头部与前风窗下缘的交接处,前风窗顶部与顶盖的交接 处以及前风窗两侧的拐角等过渡区域都应尽量地圆滑

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

17/34

一、汽车的空气动力学性能(4)汽车中部应呈腰鼓形,汽车纵向的最大横截面不宜过 分地前移,以降低汽车的升力系数值; (5)汽车的底部形状最好采用整体平顺的底板,减小升力. (6)汽车车身的后部采用逐渐缓慢收缩的长尾式. (7)注意驾驶室向后部车厢的过渡,避免形状的突变.

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

18/34

一、汽车的空气动力学性能5.2 利用附加装置减小风阻 (1)前部扰流器

汽 车 车 身 结 构 与 设 计

19/34