資源描述：
《車身結構與設計論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、車身結構與設計基于理論分析汽車氣動力及力矩【摘要】汽車空氣動力性是汽車的重要特性之一，氣動力和氣動力矩是它的主要內容。通過運用數學和物理方法，理論分析氣動力及氣動力矩的相關參數，進而與汽車的動力性及燃油經濟性綜合在一起進行分析，找到相關的影響因素，通過改變這些因素來改善汽車性能，合理的選擇相關參數，為接下來的設計及模擬仿真做好鋪墊?！娟P鍵詞】空氣動力性氣動力氣動力矩氣動阻力動力性燃油經濟性前言汽車空氣動力性是汽車的重要特性之一，它直接影響汽車的動力性、燃油經濟性、操縱性、舒適性及安全性，它是指汽車
2、在流場中所受的以阻力為主的包括升力、側向力的三個氣動力及其相應的力矩的作用而產生的車身外部和內部的氣流特性、側風穩(wěn)定性、氣動噪聲特性、泥土及灰塵的附著與上卷、刮水器上浮以及發(fā)動機冷卻、駕駛室內通風、空氣調節(jié)等特性。當一輛汽車以80km/h的速度前進時，有60%的動力用于克服空氣阻力。從世界上首款流線型汽車“氣流”誕生開始，迄今為止，國內外對于汽車空氣動力學的研究方法大致分為一般采取試驗法、試驗與理論相結合法及數值模擬仿真研究法。理論研究方法主要是通過數學工具來建立空氣運動規(guī)律及相應初始、邊界條件的
3、理論模型，以揭示氣動力產生機理及作用關系。而試驗及模擬仿真都是在理論研究和計算的基礎之上進行的，可見理論研究對于汽車空氣動力學來說是不容忽視的。氣動力及氣動力矩分析1、氣動力及力矩汽車與空氣相對運動并相互作用，會在汽車車身上產生一個氣動力F，這個力的大小與相對運動速度的平方、汽車的迎風面積及取決于車身形狀的無量綱氣動系數成正比，可表示為F=qSCF=0.5ρvSCF(1)式中，F為氣動力，S為汽車迎風面積，CF為氣動系數。圖1為汽車所受氣動力及力矩坐標表示圖氣動阻力FX=qSCD=1/2ρvSCD
4、氣動側力FY=qSCL=1/2ρvSCL氣動升力FZ=qSCZ=1/2ρvSCZ氣動側傾力矩MX=FZ*YC-FY*ZC=ρSlCq氣動橫擺力矩MY=FX*ZC-FZ*XC=ρSlCN氣動縱傾力矩MZ=FY*XC-FX*YC=ρSlCM圖1汽車所受氣動力及力矩坐標示意圖實際中上述力和力矩都應盡量降低，以保證汽車的機動性和燃油經濟性。而從以上各式分析，車速、車身迎風面積是我們可以改進的地方?，F代高檔汽車都力求把車身前端盡量做得扁平，減少穩(wěn)流，進而減少行駛阻力。2、氣動阻力及側傾力矩汽車氣動阻力由壓差
5、阻力FXA、摩擦阻力FXB、誘導阻力FXC、干涉阻力FXD和內流阻力FXE五部分組成。氣動阻力系數只與汽車外形形狀有關，與大小無關。（1）壓差阻力因它的大小取決于物體的形狀，尤其是物體的后部形狀，故又稱為形狀阻力。對汽車而言，約占總氣動阻力的50%-65%。由流體力學及伯努利方程可得靜壓強系數Cp=P-P∞/(0.5ρv∞)=1-(u/v∞)(2)無粘流時，O點處由（2）式知Cp=1。當來流流至A時，流速由0增到最大值，Cp由1降為負壓最大值。當來流至B時，流速由最大值降為0，Cp由負壓最大值增至
6、1。不存在氣動阻力?？紤]到粘流，O處Cp仍為1，流向A點時，由于增加了表面粘性阻力的作用，使得流速達到最大值的點提前，負壓最大值出現在A點之前。再流至B時，由于粘性阻力，氣流發(fā)生分離，增大并迅速擴散，從而在二元圓柱后部產生湍流區(qū)，有壓力差產生氣動阻力a無粘流繞二元圓柱流動b有粘流繞二元圓柱流動c無粘流流動力場d有粘流流動力場圖2汽車車身壓強分布（陰影為正壓）圖3粘流有無與氣動阻力示意圖（1）摩擦阻力摩擦阻力是由于空氣的粘性作用使得空氣與汽車車身表面產生摩擦所形成的阻力。對汽車而言，約占總氣動阻力的
7、6%-10%。引入附面層定義，即將u=0.99v∞處距物面的距離定義為附面層厚度δ，在附面層內有較大的速度梯度。靠近汽車車身表面前部的附面層內，各層氣流之間互不干涉、運動有序，稱為“層流附面層”；后部附面層內的流動會變得雜亂無章，互相干擾，稱為“紊流附面層”。在進行汽車造型時，盡可能使車身表面的氣流為層流附面層，減少紊流附面層和氣流分離。圖4附面層（2）誘導阻力由尾渦誘導形成，是氣動升力所產生的縱向水平分力，一般約占氣動阻力的5％～7％。CDi=βCL/(3.14λ)（3）CDi為誘導阻力系數，λ
8、為寬長比，β為修正系數，CL為升力系數。由上式可知誘導阻力與升力直接相關，因而要減小誘導阻力，就要設法減小升力。（3）干涉阻力是由暴露在汽車外部的各種附件引起氣流相互干擾而形成的阻力，對汽車而言，約占總氣動阻力的12%-16%。這些附件包括后視鏡、門把手、雨刷、流水槽、前牌照、照明燈、前保險杠圖5誘導阻力圖示以及天線和裝飾物等。不僅本身存在氣動阻力，而且當被裝配到汽車車身時，會引起附近區(qū)域氣流的狀況，從而產生一個附加的氣動阻力。這就是空氣動力學干涉現象。（4）內流阻力又稱內循環(huán)阻力
