汽车空气动力学讲稿.ppt

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气动阻力系数是一个无量纲数,它代表了气动阻力与气流能量之比。对于其它气动力系数也类似,对于气动力矩系,上式应除以一个特征长度单位,使其成为无因次量,例如侧倾力矩系数CMx
(3-2)
式中,L为汽车特征长度(如轴距L)。
表3-1给出了六分力的名称及系数公式。
应该指出的是,汽车正投影面积A应包括
车身、轮胎、发动机及底盘等零件的前视投影。
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名称
代号
美日规定
德国规定
系数公式
气动阻力Drag
FX(CX)
D(CD)
D(CD)
侧向力Sideforce
FY(CY)
S(CS)
Y(CY)
升力Lift
FZ(CZ)
L(CL)
L(CL)
侧倾力矩Rollingmoment
MX(CMX)
MR(CRM)
R(CR)
俯仰力矩Pitchingmoment
MY(CMY)
MP(CPM)
M(CM)
横摆力矩Yawingmoment
MZ(CMZ)
MY(CYM)
N(CCN)
表3-1六分力名称及系数公式
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空气作用于车身的向后的纵向分力称为气动阻力,这种阻力与车速平方成正比,为了克服气动阻力所消耗的功率和燃料是随车速的三次方急剧增加的,当车速超过100km/h时,发动机功率有80%用来克服气动阻力,要消耗很多燃料,在高速行使时,如能减少10%的气动阻力,就可使燃料经济性提高百分之几十,当前汽车设计师十分重视气动阻力系数Cx,因为它直接关系到汽车动力性,经济性和轻量化带来很多好处。
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气动阻力由五部分组成:
,占总阻力58%;
,占总阻力9%;
,占总阻力7%;
,占总阻力14%;
,占总阻力12%。
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当汽车行使时,气流流经汽车表面过程,在汽车表面局部气流速度急剧变化部位会产生涡流,涡流产生意味着能量的消耗,使运动阻力增大,汽车在前窗下凹角处,在后窗和行李箱凹角处,以及后部尾流都出现了气流分离区,产生涡流,即形成负压,而汽车正面是正压,所以涡流引起的阻力也称压差阻力,又因为这部阻力与车身形状有关,也称形状阻力,它占整个阻力的58%。图3-2详细地显示了汽车周围流谱的情况,可见汽车仅前部很小区域存在层流,其余大部分区域中的气流状态是紊流。
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图3-2汽车表面附面层
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对于运动的物体,分离现象产生越晚,空气阻力越小,所以在设计上力求将分离点向后推移。在一定形体上作局部调整即可推迟涡流的生成。从而减少形状阻力。

汽车空气阻力中的摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面上产生的切向力造成的。空气与其它流体一样都具有粘性,当气流流过平板时,由于粘性作用,空气微团与平板表面之间发生摩擦,这种摩擦阻碍了气体的流动,形成一种阻力称为摩擦阻力。
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由于空气的粘性作用,使与平板表面接触的那层空气粘附在平板表面上,于是这层气流的速度v降为零。紧靠这层气流上面部分的气流,由于空气微团之间的摩擦作用,部分地降低了它的运动速度,在它更上面的那部分,气流由于受到的影响更小,因而其运动速度减小量也更小。这样最下面的那层气流速度v为零,随着距平板距离的增加,气流的速度逐渐增大,一直增至与来流速度v∞相等,形成了薄薄的附面层,如图3-3示。由于
附面层内有速度梯度,所以产生有粘性
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切应力τ,摩擦阻力直接与气流底层y=0处的
速度梯度大小有关,如今y=0处的粘
性切应力为τ0:
(3-3)
在标准状况下(一个大气压,15°C),空气动力粘度η=×10-5N·s/㎡。尽管空气动力粘度系数很小,但由于附面层的厚度很小,附面层内的速度梯度很大,所以附面层内产生的切应力和摩擦力不能忽略。由于附面层外的速度梯度较小,在那里我们可以不考虑空气的粘性作用而把它看成为理想流体。
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