第四章(三)下車體的形狀對

（四）

下車體的形狀對氣動力的影響1、

下車體離地間隙e的影響①下車體的阻力和升力的產(chǎn)生

分流到汽車底部的氣流要沖刷底部的粗糙物和粗糙表面，產(chǎn)生如前所述的汽車邊界層和底部被誘導著一起運動的旋渦區(qū)，形成對底部氣流的壅塞作用，這個區(qū)域的大小決定著壅塞作用的強弱，由于上述流動機制而使阻力增大，氣流速度降低，壓強升高，升力增大。故氣動阻力和升力較大。該區(qū)域的大小受邊界層厚度和底部離地間隙的影響。②減小e對阻力和升力的影響（在一定的速度下邊界層厚度為常數(shù)）a、

在一定的車速下，當e較小時，小，后部的渦輪區(qū)大，壅塞作用強，壓強升高；使預定流向底部的氣流流向上部或側(cè)面，這部分氣流量的增大，破壞了上部最佳流動機制，另一方面增大了汽車底部的上卷旋渦。破壞了整車的氣動特性，故增大。當e增大時增大、后部渦流區(qū)減小，壅塞作用下降，另外，各面的氣流量的匹配趨于合理故下降。

c、當e增大到一定的數(shù)值時，形成底部的最佳流動機制，各面的氣流量達到最佳匹配狀態(tài)，地面效應的影響最小，故達到最小值。這時出現(xiàn)該車速下的最佳間隙。d、當間隙進一步增大時，流經(jīng)底部的氣流量增大，使預定流向頂面和側(cè)面的氣流，流向底部，破壞了最佳流動機制，因而使氣動性能惡化，阻力和升力回升。上述變化如圖4－42

③最佳離地間隙和車速的關(guān)系

對于一定的車型，在不同的車速下進入底部的氣流量不同，流動機制不同，故在一定的車速下對應一定的最佳間隙。因為車速不同進入汽車底部的氣流速度不同，不同，后部渦流區(qū)大小不同，壅塞作用不同，所以最佳離地間隙不同。關(guān)系：渦流區(qū)減小、壅塞作用減弱、減小渦流區(qū)增大、壅塞作用增強、增大。例如福特公司的ProbeIV車，底部就設(shè)有調(diào)節(jié)擋板，以調(diào)節(jié)不同車速下的最佳離地間隙。調(diào)節(jié)范圍：０～１８km/h100mm18~64km/h85mmv大于64km/h時50mm

④底部粗糙度不同時，離地間隙的影響不同，底部氣流的流動情況受粗糙度的影響較大進而和地面效應的關(guān)系業(yè)不同。如圖4－43所示：

2、下車體縱傾角的影響

a、

轎車可以看成翼展較短的機翼，由前述知，在一定的范圍內(nèi)Y正比于，故。b、

另一方面增大，迎風面積增大，破壞了原有的氣動特性，故氣動阻力增大。。當取負值時，后端底部上翹，底部向尾流開放，尾流負壓影響底部，使底部后端渦流區(qū)減小，氣流通暢，阻力下降，p下降、升力下降、故。c、

不同車型對應不同的曲線。

如圖4－44所示3、下車體曲率的影響1）

下車體的縱向曲率a、影響的機理：當汽車底部有一定的縱向曲率時，上下表面趨于對稱減小了上表面的速度差和壓強差，另一方面當一定的縱向曲率時，后部上翹，向尾流開放，使尾流的負壓影響底部，使底部渦流區(qū)減小、氣流通暢，故阻力升力減小。

a、

b、影響（兩個概念）中弧線：沿汽車縱軸各截面中點的連線。彎度：中弧線相對前后緣點的相對距離如圖4－45所示，當有一定的縱向曲率時，當達到一定數(shù)值時，達到最小值，f進一步減小時，會出現(xiàn)前部阻力增大、后部分離的情況，所以。。

c、

底部后翹

對于底部沒有縱向曲率的汽車，采用底部后翹的方式，也可獲得上述效果，后翹時底部向尾流開放，尾流負壓進入底部，,如同增大底部縱向曲率一樣，后翹角更大時出現(xiàn)分離，。

2）

下車體橫向曲率的影響

適當?shù)臋M向曲率，可有利于底部氣流向兩側(cè)分流，減輕底部的壅塞，減小底部氣流的阻力和壓強，從而使氣動阻力和升力下降,但過大的橫向曲率，會使更多的氣流向兩側(cè)分流，使誘導旋渦增強，增大誘導阻力和升力，氣動特性趨于惡化。故底部橫向曲率的設(shè)計常與底部側(cè)裙的設(shè)計一起考慮，使之達到較為完善的流動機制，既有利于降低氣動阻力和升力，又不產(chǎn)生較大的誘導旋渦。

4、下車體擾流器的影響

1）

擾流器的位置：以三種極端情況討論之a(chǎn)、當后端封死時

最大，車底向前部正壓開放，b、當放在地面上

中等

氣流全部流向上部升力中等。c、

前部封死，底部向尾流開放，尾流負壓進入底部，故最小。

２)擾流器形式對氣動力的影響（１）改善機理a、如圖４—４８安裝底部擾流器可以改善流動特性，使前部渦流區(qū)減小、氣流平順，故氣動阻力減小。b、擾流器可以對底部凸凹不平的粗糙物起到屏蔽作用，減小氣流對這些粗糙物的沖刷，圖4－49為某車型安裝擾流器后，中心對成面上的壓強變化情況，由圖知：安裝擾流器后上表面負壓變小，下表面負壓增強，故氣動升力下降。（2）

擾流器形式對氣動力的影響

形狀位置不同時，對的影響不同，圖4－50VW1600X（巴西產(chǎn)）為安裝擾流器后的特性曲線，由圖知B40獲得最小的阻力值

3%21%,K120

獲得最小的阻力值50％。由圖還可以看出，速度愈高升力下降愈明顯。

（3）

凸起唇有些車型不單獨設(shè)置擾流器，設(shè)置如圖4－51所示的凸起唇，這種凸起唇起著擾流器的作用。

5、輪子和輪坑的影響

（1）

車輪處氣流流動的復雜性前部氣流受阻向兩側(cè)分流，并產(chǎn)生分離；由于空氣的粘性作用，在車輪帶動下旋轉(zhuǎn)，被帶入空腔加速，在前部向兩側(cè)噴出，加劇分離，這種流動的復雜性對氣動特性有重要影響，如圖4－52所示。

(2)改進措施a、

增加h──進入輪腔的深度，當h增大時，由于輪罩的屏蔽作用減小。如圖4－53所示：h時屏蔽作用增強，進入輪坑的氣流量減小，在前面噴出時對側(cè)面氣流的干擾減輕，故下降。b、氣流導板如圖4－54所示，安裝這種導板后，可以對氣流起疏導作用，使氣流平順減小分離的可能性。氣動阻力下降。3/8模型的試驗結(jié)果表明氣動阻力系數(shù)下降5％。

c、輪罩為了減輕輪子轉(zhuǎn)動對氣流的干擾，安裝如圖4－55所示的輪罩，有的車在側(cè)面加金屬蓋板將側(cè)面屏蔽起來，也可起到屏蔽作用，對于前輪，為了靈活轉(zhuǎn)向在蓋板周圍設(shè)有特殊橡膠，可不妨礙轉(zhuǎn)向。這種蓋板或輪罩可使下降9％。

6、

減小底部氣流阻力的氣流擋板如圖4－56所示，對于有些車型上卷旋渦較強，將上部流線向上推移，使尾渦區(qū)增大，氣動阻力增大；另一方面由于上卷旋渦靠近后體，形成對后窗的嚴重污染，為此安裝擋板，使上卷旋渦減弱并遠離車體，上部流線下移，尾渦區(qū)減小，氣動阻力下降。這種設(shè)計有可能使底部阻力增加，但靜效益仍然相當可觀。

7、

底部側(cè)擋風板對于某些車型，汽車底部向兩側(cè)分流量太大，增強了側(cè)面的螺旋流強度，增大，同時加劇了側(cè)面的污染。為此安裝側(cè)擋風板，限制過多的氣流向兩側(cè)分流可以獲得好的效果。圖4－57示出了其高度對的影響：由圖知曲線較平坦，斜率較大。原因只是誘導成分和該旋渦關(guān)系密切，其余成份受其影響較小，而升力和該旋渦關(guān)系密切，由式知：在一定情況下成直線關(guān)系，故斜率較大。

8、

底部平整化

將底部用平板封閉起來，可避免底部氣流直接沖擊底部的粗糙物，降低能量損失，可獲得好的效果。圖4－58為Audi-100III底部平整化的例子，下降。

（五）

小轎車氣動外形的優(yōu)化設(shè)計例1圖4－59

由0.48下降到0.32見圖。

空氣動力性能數(shù)據(jù)

Audi-100III

Audi-100II

不同側(cè)滑角時的

0050150

0.30.310.36

0.420.430.46

迎風面積（m2）

前輪升力系數(shù)后輪升力系數(shù)

V＝100km/h的室內(nèi)噪聲

2.05

0.615

0.01

0.12

672.00.84

0.150.12

69例1、

Audi-100IIAudi-100III后性能指標的變化見下表§4－4運動汽車和賽車的

氣動設(shè)計

運動汽車和賽車的空氣動力學a、特點：速度高，運動汽車200km/h賽車320～1000km/h歐洲目前研制的超音速汽車1235km/h我國已建成第一所汽車運動學校，94年10月4日成立于北京。

b、氣動阻力和升力減小的意義阻力下降油耗降低，更重要的是速度提高。升力下降可增大前、后輪和地面的附著力。前輪升力升高，可使導向失靈，后輪升力增大，影響穩(wěn)定性。c、方法：除在車體上采取措施外，著重附加裝置。

一、

運動汽車長距離比賽用汽車，為了有較好的氣動特性，往往設(shè)計成魚型和楔型，魚型汽車升力大，而汽車又不能完全按楔型設(shè)計，故必須在減小阻力和升力上下工夫。（一）

前部擾流器的影響如圖4－61所示，在某運動汽車的前下部安裝擾流器，可以大幅度降低前輪的升力系數(shù)。擾流器的高度和關(guān)系密切，由圖知而先降低后上升，但變化不大。增大時，加凸起唇效果也非常明顯，如圖4－62所示。

（二）后部擾流器后部擾流器可以滯緩高速氣流，破碎旋渦，對運動速度比較高的運動汽車尤為重要。圖4－63為氣動阻力系數(shù)和的關(guān)系。由圖知：隨的增大而明顯下降；先降低后上升，增大。有些汽車為了獲得更小的后輪升力，裝有大型后部擾流器如圖4－64和4－65所示。

由圖知，這種后部大型后部擾流器對降低后輪升力，在高速區(qū)間特別有效。

二、

賽車外形的氣動設(shè)計總體特點：扁平，優(yōu)點迎風面積小，重心低不易傾翻造型有自身的特點。（一）

頭部和尾部的形狀1、

頭部：圖4－66給出了三種頭部設(shè)計的氣動參數(shù)

2、圖4－67給出了三種尾部的設(shè)計方式（二）后部負升力翼對氣動力的影響

1、

何謂負升力翼：安裝在后軸上面具有負攻角的翼型2、升力系數(shù)和h的關(guān)系當h較小時，翼面和車身間隙較小，其間流速高，車身上產(chǎn)生的升力抵銷一部分負升力翼的負升力，當h增大時，這種影響減小，升力系數(shù)下降。當h增大到一定數(shù)值時升力系數(shù)不再變化不變。

3、車輪的影響由于負升力翼安裝在后輪上方，翼型上的環(huán)流和車輪上的環(huán)流相互影響，使負升力翼的作用減弱，如圖4－70所示。為了克服這種弊病，可將車輪屏蔽起來或?qū)⒇撋σ碓O(shè)計在兩輪的中間。

4、

后部負升力翼的位置當后部負升力翼的氣動中心設(shè)計在后輪之后時，和產(chǎn)生的抬頭力矩，影響汽車的穩(wěn)定性，故最好設(shè)計在后輪之前

（三）

前部負升力翼和溜出物1、何謂前部負升力翼安裝在前輪附近使之產(chǎn)