汽车空气动力学绪论.ppt

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1、新华网乌鲁木齐新华网乌鲁木齐2007年月日年月日电（记者赵春晖）日凌晨时电（记者赵春晖）日凌晨时分左右，从乌鲁木齐驶往阿克苏的分左右，从乌鲁木齐驶往阿克苏的次列车遭遇特大沙尘暴，次列车遭遇特大沙尘暴，节车厢被狂风推翻。一位救援人员节车厢被狂风推翻。一位救援人员告诉记者，目前已发现人死亡，受告诉记者，目前已发现人死亡，受伤人员至少上百人伤人员至少上百人 2023/4/13东南大学机械工程学院22023/4/13东南大学机械工程学院32023/4/13东南大学机械工程学院42023/4/13东南大学机械工程学院美国塔科马（美国塔科马（TacomaTacoma）悬索桥）悬索桥大桥被风吹垮大桥被风吹垮

2、发生于美国太平洋时间发生于美国太平洋时间1940年年11月月7日上午日上午11时。时。11月月7日上午日上午10点，风速增加到每小时点，风速增加到每小时64公里，大桥开始歪扭、翻腾，公里，大桥开始歪扭、翻腾，桥基被拖得歪来歪去，左右摆动达桥基被拖得歪来歪去，左右摆动达45度，最后，随着震耳欲聋的巨响，度，最后，随着震耳欲聋的巨响，一头栽进了海峡。一头栽进了海峡。原因：气流的卡门涡街原因：气流的卡门涡街5什么是空气动力学？什么是空气动力学？l空气动力学是力学的一个分支；空气动力学是力学的一个分支；l主要研究主要研究物体在同气体作相对运动物体在同气体作相对运动情况下的受情况下的受力特性、气体流动规

3、律和伴随发生的物理化学力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化；变化；l是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科推进技术的发展而成长起来的一个学科2023/4/13东南大学机械工程学院6空气动力学空气动力学航空航天航空航天2023/4/13东南大学机械工程学院7汽车空气动力学汽车空气动力学大众大众“1 1升升”小车：百公里油耗小车：百公里油耗 0.83L0.83L2023/4/13东南大学机械工程学院8列车空气动力学列车空气动力学2023/4/13东南大学机械工程学院9建筑空气动力学2023/4/13东南大学机械工程

4、学院10空气动力学与体育运动等空气动力学与体育运动等荷兰终极防风雨伞，可抵挡十级荷兰终极防风雨伞，可抵挡十级强风，强风，“永不反骨永不反骨”2023/4/13东南大学机械工程学院11第一章第一章汽车空气动力学绪论汽车空气动力学绪论1.1 1.1 汽车空气动力学的重要性汽车空气动力学的重要性 1.1.1 1.1.1 汽车空气动力学的作用及重要性汽车空气动力学的作用及重要性 1.1.2 1.1.2 汽车空气动力学的研究内容汽车空气动力学的研究内容 1.1.3 1.1.3 汽车空气动力学的研究方法汽车空气动力学的研究方法1.2 1.2 汽车空气动力学的发展汽车空气动力学的发展 1.2.1 1.2.1

5、 汽车空气动力学发展的历史阶段汽车空气动力学发展的历史阶段 1.2.2 1.2.2 汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势2023/4/13东南大学机械工程学院12汽车空气动力学的作用及其重要性汽车空气动力学的作用及其重要性l汽车空气动力学的定义：汽车空气动力学的定义：l是研究空气与汽车相对运动时的是研究空气与汽车相对运动时的现象现象、作用、作用规律规律以及以及气动力对汽车各性能影响气动力对汽车各性能影响的一门科学的一门科学2023/4/13东南大学机械工程学院13l汽车空气动力特性：汽车空气动力特性：汽车受空气汽车受空气l阻力阻力l升力升力l侧向力侧向力l俯仰力矩俯仰力矩l侧倾侧倾

6、l横摆力矩横摆力矩l侧风稳定性侧风稳定性l泥水和灰尘的附着和上卷泥水和灰尘的附着和上卷l气动噪声特性气动噪声特性2023/4/13东南大学机械工程学院汽车空气动力学的作用及其重要性汽车空气动力学的作用及其重要性动力性、燃油经济性动力性、燃油经济性操稳、安全操稳、安全性能性能舒适性能舒适性能14l汽车空气动力特性对动力性的影响：汽车空气动力特性对动力性的影响：l水平路面上等速行驶汽车的最大车速水平路面上等速行驶汽车的最大车速l气动阻力对加速度的影响气动阻力对加速度的影响l水平路面的加速度：水平路面的加速度：2023/4/13东南大学机械工程学院汽车的加速能力首先取决于发动机汽车的加速能力首先取决

7、于发动机的加速特性，还与空气阻力系数、的加速特性，还与空气阻力系数、滚阻和空气升力系数相关滚阻和空气升力系数相关汽车空气动力学的作用及其重要性汽车空气动力学的作用及其重要性15l汽车空气动力特性对燃油经济性的影响：汽车空气动力特性对燃油经济性的影响：l消耗于气动阻力的功率为消耗于气动阻力的功率为l由式可见消耗于气动阻力的功率与速度的三次方正比，由式可见消耗于气动阻力的功率与速度的三次方正比，与气动阻力系数成正比与气动阻力系数成正比2023/4/13东南大学机械工程学院气动阻力占气动阻力占总阻力的比值总阻力的比值汽车空气动力学的作用及其重要性汽车空气动力学的作用及其重要性16l汽车空气动力特性对

8、操纵稳定性的影响：汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：l升力和气动俯仰力矩对操纵稳定性的影响升力和气动俯仰力矩对操纵稳定性的影响l升力和俯仰力矩都会使前轴附着力降低（发飘），随升力和俯仰力矩都会使前轴附着力降低（发飘），随着车速的增大，升力和俯仰力矩增大，可能会使前轴着车速的增大，升力和俯仰力矩增大，可能会使前轴失去附着力，而使车辆失去控制失去附着力，而使车辆失去控制问题：升力是怎样产生的？问题：升力是怎样产生的？2023/4/13东南大学机械工程学院CG汽车空气动力学的作用及其重要性汽车空气动力学的作用及其重要性172023/4/13东南大学机械工程学院侧倾中心侧倾中心汽车空气动力学的作用及

9、其重要性汽车空气动力学的作用及其重要性l汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：l侧向力和横摆力矩对操纵稳定性的影响侧向力和横摆力矩对操纵稳定性的影响l当侧风侧向力作用点与质心间存在距离，产生横摆力矩。当侧风侧向力作用点与质心间存在距离，产生横摆力矩。l的作用点在的作用点在CGCG前时将产生顺着风的方向的前时将产生顺着风的方向的横摆力矩横摆力矩，使，使得稳定性产生恶化得稳定性产生恶化l为提高车辆稳定性，侧向风的作用点应在为提高车辆稳定性，侧向风的作用点应在CGCG之后之后l侧倾力矩对操稳的影响侧倾力矩对操稳的影响引起车轮负荷产生变化引起车轮负荷产生变化从而改变转

10、向特性从而改变转向特性18l汽车空气动力学的重要性：汽车空气动力学的重要性：l在确定汽车外形初步方案在确定汽车外形初步方案阶段对汽车的空气动力阶段对汽车的空气动力学特性进行评估学特性进行评估l在汽车造型设计和样式设计在汽车造型设计和样式设计时应当时应当综合考虑综合考虑美学美学造型、人机工程学原理和气动造型造型、人机工程学原理和气动造型只有最佳气动外形的造型才有生命力，才能使设计出来只有最佳气动外形的造型才有生命力，才能使设计出来的汽车在市场竞争中取胜！的汽车在市场竞争中取胜！2023/4/13东南大学机械工程学院汽车空气动力学的作用及其重要性汽车空气动力学的作用及其重要性19l理论分析和数值计

11、算理论分析和数值计算l理论分析揭示空气运动、汽车气动力产生机理以及对理论分析揭示空气运动、汽车气动力产生机理以及对汽车性能产生的影响汽车性能产生的影响l采用计算流体力学（采用计算流体力学（ComputerFluidDynamics,CFD）方法，可以模拟一些）方法，可以模拟一些试验无法处理试验无法处理的复杂流动问题和现象，可以部分替代试验环节，与试的复杂流动问题和现象，可以部分替代试验环节，与试验研究相辅相成。验研究相辅相成。2023/4/13东南大学机械工程学院CFD仿真图汽车空气动力学的研究方法汽车空气动力学的研究方法202023/4/13东南大学机械工程学院汽车空气动力学的研究内容汽车空

12、气动力学的研究内容研究的主要内容：气动力及其对汽车性能的影响气动力及其对汽车性能的影响汽车流场与表面压强汽车流场与表面压强 优化气动造型优化气动造型发动机和制动器的冷却特性发动机和制动器的冷却特性通风采暖和制冷通风采暖和制冷21汽车空气动力学和航空空气动力学相比的特点：汽车空气动力学和航空空气动力学相比的特点：l不是细长流线型，而是不是细长流线型，而是“钝性体钝性体”长宽比为长宽比为 2 24 4l汽车不离开地面，始终受气动特性的汽车不离开地面，始终受气动特性的地面效应地面效应l始终在始终在亚音速亚音速内内l汽车四周的气流汽车四周的气流分离和涡流多分离和涡流多，远比翼型复杂，远比翼型复杂l汽车

13、要求汽车要求升力和阻力都小升力和阻力都小l只通过只通过操纵车轮操纵车轮来实现运动稳定控制来实现运动稳定控制l汽车的气动干扰自动恢复稳定的能力差，需要汽车的气动干扰自动恢复稳定的能力差，需要驾驶动作修正驾驶动作修正2023/4/13东南大学机械工程学院汽车空气动力学的研究特点汽车空气动力学的研究特点22汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l世界上第一辆以内燃机为动力的汽车：世界上第一辆以内燃机为动力的汽车：2023/4/13东南大学机械工程学院戴姆勒（Gottlieb Daimler）和卡尔奔驰（Karl Benz）1886年由于车速很低在随后的十几年里没有考虑汽车道路行驶过程中的空

14、气阻力问题23汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l最早的空气动力学汽车最早的空气动力学汽车炮弹形车：炮弹形车：2023/4/13东南大学机械工程学院卡米勒詹那兹（Camille Jenatzy）1899年,比利时24汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革lJ型车型车合成型车身：合成型车身：l保尔保尔贾瑞（贾瑞（1921）：）：“最小阻力的外形是以流线体的最小阻力的外形是以流线体的一半构成的外形一半构成的外形”“只有消除汽车尾部气流分离，只有消除汽车尾部气流分离，才能降低阻力才能降低阻力”l保尔保尔贾瑞和克兰普瑞合作进行的风洞试验提出了贾瑞和克兰普瑞合作进行的风洞试验提出

15、了J型车型车2023/4/13东南大学机械工程学院阿德勒特伦普（Adler Trumpf）车型，1934,设计者：E Kleyer从从J型概念的提出到第二次大战结束这一时期被称为型概念的提出到第二次大战结束这一时期被称为“J型车时代型车时代”Lange 车型，模型的CD0.16J型车25汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l美国美国Chrysler公司公司1934年推出年推出“气流气流”牌汽车牌汽车l“首次推出的大量生产的首次推出的大量生产的流线型实用车流线型实用车”l将发动机罩，前翼子板和将发动机罩，前翼子板和大灯连成整体大灯连成整体2023/4/13东南大学机械工程学院1936

16、chryslerairflow4door26汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l1933年美国人雷伊（年美国人雷伊（W.E.Lay）在密歇根大）在密歇根大学进行可更换各种头部和尾部组成的积木式汽学进行可更换各种头部和尾部组成的积木式汽车模型的风洞试验车模型的风洞试验l对不同的车头和车尾的组合进行较系统的风洞试验对不同的车头和车尾的组合进行较系统的风洞试验l用于分析车身前后参数对气动阻力的影响和前后流用于分析车身前后参数对气动阻力的影响和前后流场的相互作用场的相互作用l结论：结论：2023/4/13东南大学机械工程学院n汽车汽车头部要求顺滑头部要求顺滑，否，否则良好的尾部造型无意义

17、则良好的尾部造型无意义n陡的前风窗会使气动阻陡的前风窗会使气动阻力明显增加力明显增加n钝的尾部和长的逐渐变钝的尾部和长的逐渐变小的尾部相比，气动阻力小的尾部相比，气动阻力增加不大增加不大n不足：该积木式汽车模型的两侧是平不足：该积木式汽车模型的两侧是平面，没有考虑实际的两侧参数面，没有考虑实际的两侧参数27汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l1934年德国人卡姆（年德国人卡姆（W.Kamm）在斯图加特）在斯图加特（Stuttgart）进行汽车稳定性和直线行驶能）进行汽车稳定性和直线行驶能力的影响的研究，表明：力的影响的研究，表明：lJ型车的长而尖的尾部使得汽车在高速是的横风稳型车

18、的长而尖的尾部使得汽车在高速是的横风稳定性差，定性差，l短尾造型（短尾造型（K型）的汽车和长而尖尾部造型的车相型）的汽车和长而尖尾部造型的车相比，空气阻力相差不大，但高速横风稳定性较好比，空气阻力相差不大，但高速横风稳定性较好2023/4/13东南大学机械工程学院第一辆第一辆K型车造型型车造型EverlingCar（19381940）28汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l法国人安德尼奥（法国人安德尼奥（Andreau）较早地研究了压）较早地研究了压强分布和稳定性：强分布和稳定性：l1936年在标致的底盘上装一个带尾翼的流线型车年在标致的底盘上装一个带尾翼的流线型车身身,具有较好

19、的侧风稳定型具有较好的侧风稳定型l1938年指导设计了年指导设计了“雷电雷电”赛车，创造速度的世赛车，创造速度的世界记录界记录2023/4/13东南大学机械工程学院1936年标致（年标致（Peugeot）概念车）概念车CD=0.281938标致标致“雷电雷电”赛车赛车575.3Km/h29汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l20世纪世纪60年代英国怀特（）等人在年代英国怀特（）等人在MIRA风洞风洞实验室进行实车风洞试验实验室进行实车风洞试验l将汽车外形对气动阻力的影响分为将汽车外形对气动阻力的影响分为9个部分，找到个部分，找到了一套估计气动阻力系数的方法了一套估计气动阻力系数的

20、方法l20世纪世纪70年代以后年代以后，汽车空气动力学称为一，汽车空气动力学称为一门独立的学科，门独立的学科，真正得到了飞速发展，其主要真正得到了飞速发展，其主要原因是：原因是：l研究表面车速研究表面车速70Km/h70Km/h，气动力对汽车性能的影响，气动力对汽车性能的影响占主要因素占主要因素，而高速公路的发展，车速远大于，而高速公路的发展，车速远大于70Km/hl世界能源危机促使制造商重视汽车的节能，而降低世界能源危机促使制造商重视汽车的节能，而降低气动阻力可以大大降低油耗气动阻力可以大大降低油耗l购买者越来越重视汽车高速下的动力学性能购买者越来越重视汽车高速下的动力学性能2023/4/1

21、3东南大学机械工程学院30汽车空气动力学的历史沿革汽车空气动力学的历史沿革l国内在汽车空气动力学研究：国内在汽车空气动力学研究：l1981年我国进行了首次汽车空气动力学的风洞实年我国进行了首次汽车空气动力学的风洞实车试验车试验l随后长春汽车研究所、湖南大学、原吉林工业大学、随后长春汽车研究所、湖南大学、原吉林工业大学、南京航空航天大学和同济大学等通过对航空、建筑南京航空航天大学和同济大学等通过对航空、建筑风洞的改造进行汽车风洞试验风洞的改造进行汽车风洞试验l2009年年9月月19日，国内第一个日，国内第一个“汽车风洞汽车风洞”上上海地面交通工具风洞中心在同济大学嘉定校区落成海地面交通工具风洞中

22、心在同济大学嘉定校区落成启用。启用。2023/4/13东南大学机械工程学院31汽车空气动力学的发展阶段汽车空气动力学的发展阶段速度追求速度追求l1895年世界上第一次汽车竞赛年世界上第一次汽车竞赛l巴黎到波尔多往返巴黎到波尔多往返1200公里速度赛公里速度赛l1899年在巴黎附近的世界年在巴黎附近的世界汽车竞赛，卡米勒汽车竞赛，卡米勒詹那兹詹那兹l创下了创下了105.8Km/h的记录的记录l两个电动机驱动，两个电动机驱动，1452.8Kg2023/4/13东南大学机械工程学院竞赛冠军车设计竞赛冠军车设计这为这为Panhard和和Levassor，平均，平均速度为速度为24Km/hOn the

23、29th of April 1899 the La Jamais Contente 32汽车空气动力学的发展阶段汽车空气动力学的发展阶段速度追求速度追求l1904法国人路易法国人路易里高利驾驶哥布朗里高利驾驶哥布朗布瑞利布瑞利l在比利时的奥斯坦德创下了在比利时的奥斯坦德创下了166.6Km/h的记录的记录l外形没有流线型设计外形没有流线型设计l车重车重976Kg，15.1L，4缸发动机缸发动机l1926年帕里年帕里托马斯驾驶托马斯驾驶26.9L，294KW的飞机的飞机发动机，车重发动机，车重1952Kg的的“巴布斯巴布斯”l在南威尔士的彭丁海岸，在南威尔士的彭丁海岸，257.2Km/h的世界记

24、录的世界记录2023/4/13东南大学机械工程学院特点：特点：车身光顺车身光顺散热器较低散热器较低复杂的前悬架复杂的前悬架车身低车身低33汽车空气动力学的发展阶段汽车空气动力学的发展阶段速度追求速度追求l1927英国人亨利英国人亨利西格雷夫驾驶西格雷夫驾驶“阳光阳光1000HP”l在德托纳海岸创下了在德托纳海岸创下了327.9Km/h的记录。车重的记录。车重3632Kg，l两台两台324KW、48个个气门、气门、22.5L的船用的船用发动机发动机l车身较为流线型化车身较为流线型化l1935年马尔科姆年马尔科姆坎贝尔驾驶他改装的坎贝尔驾驶他改装的“蓝鸟蓝鸟”在美国犹他州的邦那维尔海滩，在美国犹他

25、州的邦那维尔海滩，l484.5km/hl发动机功率发动机功率1690kWl空气制动装置空气制动装置2023/4/13东南大学机械工程学院HenrySegraveinhis1000hp34汽车空气动力学的发展阶段汽车空气动力学的发展阶段速度追求速度追求l1947英国人约翰英国人约翰科布在邦维尔盐滩驾驶由里德雷尔科布在邦维尔盐滩驾驶由里德雷尔顿设计的汽车将记录提高到顿设计的汽车将记录提高到634.26Km/hl拉长水滴型车身拉长水滴型车身l功率功率1837KWl车重车重3269Kgl1965美国人格雷格美国人格雷格布兰德洛夫驾驶布兰德洛夫驾驶“音速一号音速一号”l966.4km/hlJ79飞机发动

26、机飞机发动机l喷气式驱动喷气式驱动l6810kg的推力的推力2023/4/13东南大学机械工程学院35汽车空气动力学的发展阶段汽车空气动力学的发展阶段速度追求速度追求l1970美国美国“反作用联盟反作用联盟”设计的设计的“蓝色火焰蓝色火焰”l在美国犹他州的邦那维尔海滩在美国犹他州的邦那维尔海滩l1016.1km/hl340kgl火箭发动机火箭发动机l9979kg推力推力l1997年安迪年安迪格林驾驶格林驾驶“突击超音速汽车突击超音速汽车”l在内华达州黑岩沙漠试验场在内华达州黑岩沙漠试验场l1227.3km/hl两台战斗机发动机两台战斗机发动机l16.5m，10t2023/4/13东南大学机械工

27、程学院36汽车空气动力学的发展阶段汽车空气动力学的发展阶段速度追求速度追求l2005年年3月美国埃德月美国埃德萨德尔和凯斯萨德尔和凯斯扎恩西扎恩西“北美之北美之鹰号鹰号”在飞机跑道上进行测试在飞机跑道上进行测试l1336km/hl17m长长2.2m宽宽l6123kgl681L燃料每分钟燃料每分钟l功率功率38776kW2023/4/13东南大学机械工程学院37汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l基本型时期（基本型时期（BasicShapePeriod）l原始型阶段原始型阶段在汽车问世后的十多年间。在汽车问世后的十多年间。l汽车设计者们更多的精力在于底盘构造，零件及发动机的

28、研制汽车设计者们更多的精力在于底盘构造，零件及发动机的研制l沿用马车造型进行改造，没有形成完整的车身概念：外露的零部沿用马车造型进行改造，没有形成完整的车身概念：外露的零部件很多，联系松散。件很多，联系松散。l处于对自然流线型朴素的直观了解，做了一些大胆尝试，处于对自然流线型朴素的直观了解，做了一些大胆尝试，如炮弹如炮弹车身，船型车身等车身，船型车身等2023/4/13东南大学机械工程学院On the 29th of April 1899 the La Jamais Contente法国人法国人K.Gart制造的制造的电动电动汽汽车车，炮，炮弹车弹车身身但由于地面的存在，但由于地面的存在，在在

29、车车身周身周围围的气流不再的气流不再对对称称传动传动系系统统、驾驶员驾驶员和和车轮车轮外露外露德国人霍奇德国人霍奇A.Horch1912年研制的船尾年研制的船尾车车气流在前端和翼子板气流在前端和翼子板处处分离后不能在附着分离后不能在附着从空气从空气动动力学的角度来看力学的角度来看这这种船尾造型无意种船尾造型无意义义38汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l基本型时期（基本型时期（BasicShapePeriod）l基本型阶段基本型阶段完整车身考虑（遮风挡雨和舒适性）完整车身考虑（遮风挡雨和舒适性）l1913年的里科蒂（年的里科蒂（C.Ricotti）设计的）设计的“飞艇型飞

30、艇型”汽车；汽车；1912年年伦普勒（伦普勒（E.Rumpler）设计的）设计的“泪滴车泪滴车”（Teadropcars）l完整车身考虑，但是不能更深入考虑汽车空气动力学的问题完整车身考虑，但是不能更深入考虑汽车空气动力学的问题2023/4/13东南大学机械工程学院传动传动系系统车轮统车轮外露外露没有考没有考虑虑地面地面对对气流的影响气流的影响两个大小不同的平卧的泪滴形体的叠加两个大小不同的平卧的泪滴形体的叠加发动发动机后置，正面投影面机后置，正面投影面积积2.57m2,CD=0.28顶顶部气流很不理想，如部气流很不理想，如图图中的中的风风洞洞试验试验39汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个

31、时期发展的三个时期l流线型时期（流线型时期（StreamlinePeriod）l长尾流线型阶段长尾流线型阶段l自自1911年的冯年的冯卡门（卡门（F.Karman）发现空气中运动物体后面存在）发现空气中运动物体后面存在涡流，寻求最低风阻的流线型体是流体力学的经典问题涡流，寻求最低风阻的流线型体是流体力学的经典问题l1922年流线型车（年流线型车（StreamlineCars）和）和组合型组合型（CombinationForms）的概念。克兰普通过风洞试验证明）的概念。克兰普通过风洞试验证明接近地面的半个机翼接近地面的半个机翼（半流线体（半流线体HalfBody）接近地面时气动阻力更小；并且揭示

32、当）接近地面时气动阻力更小；并且揭示当物体接近地面时，其外流场会发生显著变化物体接近地面时，其外流场会发生显著变化l车身流线型的大量研究：车身流线型的大量研究：2023/4/13东南大学机械工程学院1923年年 Bugatti 的的 Grand Prix赛车赛车二二维维机翼气流理机翼气流理论设计论设计1927年年 克拉克拉维维奥（奥（Clarvera）依据）依据水滴型水滴型设计设计的的aerodynamics car40汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l流线型时期（流线型时期（StreamlinePeriod）l长尾流线型阶段长尾流线型阶段2023/4/13东南大学机械

33、工程学院1936年瑞典年瑞典绅绅宝（宝（SAAB）公司生）公司生产产的的Type92是在是在J型型车车造型的基造型的基础础上的上的代表作（代表作（实实用用车车型）型）41汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l流线型时期（流线型时期（StreamlinePeriod）l1938年普朗特（年普朗特（LudwigPrandtl）在哥丁根的风洞实验）在哥丁根的风洞实验室进行了所谓室进行了所谓“半车身半车身”汽车的风洞试验，表明底部光滑汽车的风洞试验，表明底部光滑的半车身模型的风阻系数为的半车身模型的风阻系数为0.152023/4/13东南大学机械工程学院长尾型车的缺点：长尾型车的缺

34、点：过分狭长的尾部对减小气动阻力过分狭长的尾部对减小气动阻力无益无益狭长尾部增加了汽车的横风不稳狭长尾部增加了汽车的横风不稳定性定性42汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l流线型时期（流线型时期（StreamlinePeriod）l短尾流线型阶段短尾流线型阶段l1934年卡姆的年卡姆的K型（短尾造型）车和雷伊的型（短尾造型）车和雷伊的L短尾造型短尾造型lJ型车和型车和K型车的基础上的一些实用车型：型车的基础上的一些实用车型：l代表人物有普朗特，朗格、雪勒、汉逊等代表人物有普朗特，朗格、雪勒、汉逊等l特点：整体车身、较流畅、灯脚踏板和备胎灯隐入车身特点：整体车身、较流畅、灯

35、脚踏板和备胎灯隐入车身2023/4/13东南大学机械工程学院三种典型三种典型尾部造型尾部造型短尾造型汽车短尾造型汽车43汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l流线型时期（流线型时期（StreamlinePeriod）l20世纪世纪50、60年代，各汽车公司投入大量财力和人力建年代，各汽车公司投入大量财力和人力建造风洞实验室以开发新车型。造风洞实验室以开发新车型。l已经开始考虑除气动阻力外的气动升力、气动侧力、气动已经开始考虑除气动阻力外的气动升力、气动侧力、气动力矩对汽车性能的影响力矩对汽车性能的影响l开始考虑发动机和制动器冷却以及刮水器浮动等开始考虑发动机和制动器冷却以及

36、刮水器浮动等2023/4/13东南大学机械工程学院1953宾利大陆宾利大陆1957阿尔法阿尔法BAT7流线型时期的总特点：流线型时期的总特点：避免了早期假流线型的束缚，不在拘泥于表现避免了早期假流线型的束缚，不在拘泥于表现上的流线型，而是更加全面深入地实现流线型上的流线型，而是更加全面深入地实现流线型减小气动阻力不在是唯一的目标减小气动阻力不在是唯一的目标44汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l最优化时期（最优化时期（OptimizationPerio）细部最优化细部最优化l1974年由德国的胡乔（）、年由德国的胡乔（）、Jansen和和Emmelnann提出提出了著名的

37、细部最优化概念了著名的细部最优化概念l满足性能、人机工程学、工艺学。美学造型以及安全法规等方面满足性能、人机工程学、工艺学。美学造型以及安全法规等方面的要求来初步确定的车身造型的要求来初步确定的车身造型l要求达到减小气动阻力和提高行驶稳定型的目的要求达到减小气动阻力和提高行驶稳定型的目的l进行车身局部修型进行车身局部修型l加装空气动力学的附加装置加装空气动力学的附加装置2023/4/13东南大学机械工程学院BAT71981VWScirocco1CD由原来的由原来的0.5降至降至0.41VWGolf1CD由原来的由原来的0.48降至降至0.3245汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的

38、三个时期l最优化时期（最优化时期（OptimizationPerio）细部最优化细部最优化l细部最优化的局限性：细部最优化的局限性：l对对C CD D0.450.45的汽车，该方法可取得明显效果，但不容易的汽车，该方法可取得明显效果，但不容易使使C CD D0.350.35l同时就每一个局部要进行多次修改同时就每一个局部要进行多次修改l对某一处的改动基本确定后，当改动另一处时，两处对某一处的改动基本确定后，当改动另一处时，两处的综合不一定最优的综合不一定最优l细部优化常常费工费时，相对盲目细部优化常常费工费时，相对盲目2023/4/13东南大学机械工程学院BAT746汽车空气动力学汽车空气动力

39、学发展的三个时期发展的三个时期l最优化时期（最优化时期（OptimizationPerio）整体最优化整体最优化l基本思路基本思路从设计伊始就十分重视汽车从设计伊始就十分重视汽车外形的整体气动功能外形的整体气动功能l从一个总尺寸和体积与所需的汽车基本类似的理想低阻形体出发，从一个总尺寸和体积与所需的汽车基本类似的理想低阻形体出发，l从总体的角度逐渐向实用车型逼近，以满足性能、人机工程学、从总体的角度逐渐向实用车型逼近，以满足性能、人机工程学、工艺学、美学造型以及安全法规要求。工艺学、美学造型以及安全法规要求。l整体最优化又称为整体最优化又称为形体最优化形体最优化（ShapeOptimizati

40、on）2023/4/13BAT7东南大学机械工程学院47汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l形体最优化（形体最优化（ShapeOptimization）原则）原则l首先设计一个符合总布置要求的理想的低阻形体首先设计一个符合总布置要求的理想的低阻形体l在其发展成实用车型的每一步设计中，都严格地保证形体的光顺在其发展成实用车型的每一步设计中，都严格地保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离性，使气流不从汽车表面分离2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7汽车外形设计的不同阶段汽车外形设计的不同阶段48汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l整体最优化技

41、术的典型例子整体最优化技术的典型例子2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7Audi100C3轿车。轿车。1982年，年，Audi100以仅仅以仅仅0.30的风阻系数创下了轿车的风阻系数创下了轿车空气动力学的世界纪录空气动力学的世界纪录1984年年Audi100型荣获全型荣获全球年度最球年度最佳轿车佳轿车红旗造型很像audi 100的经典造型吗？49汽车空气动力学汽车空气动力学发展的三个时期发展的三个时期l如今的概念车、赛车如今的概念车、赛车2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7大众大众“1L车车”0.99L/100km时速可达时速可达335公里公里Chrysler(GEM)Pe

42、apodelectriccar美国加州的美国加州的“无翼而飞无翼而飞”Aptera2e原型电动车原型电动车CD0.15，680kg一次充电一次充电190KM的续航能的续航能力力美国俄亥俄州州立大学的学美国俄亥俄州州立大学的学生制造的子弹头电动汽车生制造的子弹头电动汽车时速时速468.3KM50汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势l气动造型与美学造型完美结合气动造型与美学造型完美结合2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7奥迪TT51汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势l强调车身整体曲面光顺平滑强调车身整体曲面光顺平滑2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7马

43、自达雪铁龙52汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势l以低阻形体开发的整体气动造型与低车身高度以低阻形体开发的整体气动造型与低车身高度2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7兰博基尼兰博基尼Lamborghini Reventn能在3.4秒完成0到100km/h加速53汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势l空气动力学附加装置与整体造型协调融合空气动力学附加装置与整体造型协调融合2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7兰博基尼兰博基尼54汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势l车身表面无附件化车身表面无附件化2023/4/13东南大学机械工程学院BAT

44、7兰博基尼55汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势l充分利用后出风口隔栅及发动机排放改善后尾流状况充分利用后出风口隔栅及发动机排放改善后尾流状况2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7保时捷 卡雷拉56汽车空气动力学的发展趋势汽车空气动力学的发展趋势l楔形造型基础上的具有最佳弯曲线的贝壳型楔形造型基础上的具有最佳弯曲线的贝壳型2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7保时捷 卡雷拉57参考教材参考教材l主要参考教材主要参考教材汽车空气动力学汽车空气动力学，谷正气，谷正气主编，主编，2005年年8月，人民交通出版社月，人民交通出版社l其它参考教材：其它参考教材：汽车空气动力

45、学汽车空气动力学，傅立敏，傅立敏著，著，2006年年9月，机械工业出版社月，机械工业出版社汽车空气动力学汽车空气动力学，傅立敏，傅立敏著，著，1998年年11月，机械工业出版社月，机械工业出版社汽车空气动力学与车身造型，黄向东汽车空气动力学与车身造型，黄向东著，著，2000年年1月，人民交通出版月，人民交通出版社社2023/4/13东南大学机械工程学院BAT7581 1、课件和课后作业下载地址：、课件和课后作业下载地址：QQ邮箱邮箱：帐帐号：号：密密码码：aerodynamics在收件箱中下载由在收件箱中下载由 发送的邮件或者学校教务系统的“课程中心”下载课件和作业2 2、课程考核、课程考核 平时成绩课后作业闭卷考试平时成绩课后作业闭卷考试85853 3、课后作业要求、课后作业要求 每章结束后安排，不可打印，手写作业，按时完成每章结束后安排，不可打印，手写作业，按时完成2023/4/13东南大学机械工程学院59