改善汽车空气动力学性能的措施浅析
技术与研究
越｛，““‘ｓ拼４々ｉ＊，。｛…；ｉ｝∞…，，＊＊：““１：Ｉ＂｝。｝，‘｝。＾ｆ日１Ⅲｎ＊｝ｉ，“二Ⅲ＾４．＊Ｆ。｝≮：＿¨｝＊嚣，。＊｛１，＾。．。＊｛｛；－，。．＿１ｊ
ｊ。｝≈＂谣《一。ｔ‘。。＃。Ｆ‘ｚｊ
ｙ，，董。，。一＿¨二，≯。
４｜镉１
改善汽车空气动力学性能的措施浅析
陈振明
尹华鑫
内容提要：汽车的空气动力学性能对汽车的安全性、经济性和舒适性有重要的影响，通过分析汽车前部、汽车客舱、汽车尾部、汽车底部、附加装置和车轮对汽车空气动力・Ｉ生－ＩＩ的影响，从汽车空气动力学设计的角度优化汽车造型，进而提高汽车的安全性、经济性和舒适性。
关键词：汽车
空气动力性能
气动阻力
气动升力
汽车具有良好的空气动力学性能有利于提高汽车的动力性、燃油经济性，有利于改善汽车的操纵性和行驶的稳定性，进而提高汽车的安全性，有利于改善乘座舒适性。随着汽车设计制造技术的进步和对汽车性能的要求越来越高，汽车的空气动力学性能已成为汽车车身设计所必须考虑的重要内容。
发动机罩与前风窗的设计可以改变再附着点的位置，从而影响气动特性（如图１ｏ发动机罩的纵向曲率越小（目前大多数采用的纵向曲率为０．０２／ｍ），气动阻力越小；发动机罩的横向曲率也有利于减小气动阻力。发动机罩有适当的斜度（与水平面的夹
１汽车前部的影响
车头造型对空气动力学性能
的影响因素很多，车头边角、车头形状、车头高度、发动机罩与前风窗造型、前凸起唇及前保险杠的形状与位置、进气口大小、格栅形状等。
车头边角主要是车头上缘边角和横向两侧边角，对于非流线形车头，存在一定程度的尖锐边角会产生有利于减少气动阻力的车头负压区；车头横向边角倒圆角，也有利于产生减小气动阻力的车头负压区，圆角与阻力的关系ｒ／ｂ＝Ｏ．０４５就可以保持空气流动的连续；整体弧面
角）对降低气动阻力有利，
但如果斜度进一步加大对
图１气泡区分离点与再附着点的位置
降阻效果不明显。风窗玻璃纵向曲率越大越好，但不宜过大，否则导致视觉失真、刮雨器的刮扫效果变差；前风窗玻璃的横向曲率也有利于减小气动阻力；前风窗玻璃的斜度（与垂直面的夹角）小于３０。时，降阻效果不明显，但过大的斜度，使视觉效果和舒适性降低；前风窗斜度等于４８。时，发动机罩与前风窗凹处会出现一个明显的压力降，因
２汽车客舱的影响
前立柱上的凹槽、小台面和细棱角处理不当，将导致较大的气动阻力和较严重的气动噪声和侧窗污染，应设计成圆滑过渡的外形。英国的Ｗｈｉｔｅ１９６７年根据试验结果对气动阻力影响最关键的车身外形参数进行分级，对实际有重大指导作用；轿车侧壁略有外鼓，将增加气动阻力，但有利于降低气动阻力系数；但外鼓系数（外鼓尺寸与跨度之比）应避免在０．０２～０．０４范围内。顶盖有适当的干扰系数有利于减小气动阻力，综合气动阻力系数、气动阻力、工艺、刚度、强度等方面的因素，顶盖的干扰系数（上鼓尺寸与跨度之比）应在０．０６以下。对阶背式轿车而言，客舱长度与轴距之比由０．９３增至１．１７，会较大程度
而造型时应避免这个角度；前风挡玻璃的倾斜角度（与垂直面的夹角）
越大，气动升力系数略有增加。发
车头比车头边角倒圆气动阻力小。
车头头缘位置较低的下凸型车头气动阻力系数最小；但不是越低越好，因为低到一定程度后，车头阻力系数不再变化，车头头缘的最大离地间隙越小，则引起的气动升力越小，甚至可以产生负升力。增加下缘凸起唇后，气动阻力变小，减小的程度与唇的位置有关。
动机罩与前风窗的夹角与结合部位
的细部结构对气流也有重要的影响。
汽车前端形状的对汽车的空气动力学性能也有重要的影响。前凸且高不仅会产生较大的空气阻力而且还将会在车头上部形成较大的局部负升力区。具有较大倾斜角度的
车头可以达到减小气动升力乃至产
生负升力的效果。
地减小气动升力系数。但发动机罩
的长度与轴距之比对气动升力系数
万方数据
２００７－７域弓４锅５３
技术与研究
Ｃ蕊Ｌ陴熏焉３Ｖ函Ｅ４Ｉ锔”””一一“
ｌＩ
Ｉ
ＥＳ
影响不大。
阻力影响较大，纵倾角越大，气动阻力系数越大，故底板应尽量具有负的纵倾角，将汽车底板做成前低后高的形状对减小气动升力有用。车身底板适度的纵向曲率可以降低平均压力（见图３），相应地减小气动升力；车身底板的适度的横向曲率可以减小气动阻力，但是太大可能引起底部横向气流与侧面气流相干扰。合适的后部离去角，也可能减小空气阻力。
ｈ／Ｌ
０．０２０．２
３汽车尾部的影响
车身尾部造型对气动阻力的影响主要因素有：后风窗的斜度与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度、尾部横向收缩。后风窗斜度（后风窗弦线与水平线的夹角）对气动阻力影响较大（如图２），对斜背式轿车，斜度等于３００。时，阻力系数最大；斜度小于３０。时，阻力系数较小；后挡风玻璃的倾斜角一般控制在２５。之内为宜；后风窗与车顶的夹角介于２８。～３２。时，车尾将介于稳定和不稳定的边缘。典型的尾部造型有斜背式、阶背式、方（平）背式；由于具体后部造型与气流状态的复杂性，一般很难确切的断言尾部造型式样的优劣，但从理论上说，
ｆ。ｔ
｜／
图２后风窗顷角对气阻系数的影响
５扰流器的影响
无穷大
扰流器通过对流场的干涉，调整汽车表面压强分布，以达到减小气动力阻力和气动升力的目的。前扰流器（车底前部）的适当高度、位置和扰流器的大小对减小气动阻力和气动升力至关重要；目前多采用
．，ｘ
５０５１０１５
汽车的弯度，１％
图３纵向曲率对气阻系数的影响
Ｃ
（Ｌ０ｍ８ｍ６
４ｎ眦２
００
０．２５
０．５
小斜背（角度小于３０。）具有较小
的气动阻力系数。流线型车尾的汽车存在最佳车尾高度，此状态下，气动阻力系数最小，此高度需要根据具体车型以及结构要求而定。后车体的横向收缩，可以减小截面面积，一定程度的后车体的横向收缩对降
将前保险杠位置下移并加装车头下缘凸起唇以起到前扰流器的作用。后扰流器（车尾上部）的形状尺寸和安装位置对减小气动阻力和气动升力也是非常重要；但后扰流器对于气流到达扰流器之前就已分离的后背无效。有的把天线外形设计成扰流器，装在后风窗顶部。在赛车上设计有前、后负升力翼以抵消部分升力从而改善汽车转向轮的附着性能。
卜＼
、
、
０
Ｉ
－
＼
、
●
０。■卫
＼
．一３
ｂ～
、
Ｏ
Ｃ，＼一
—二／
一一一ｍ叭ｍ
２４６
０．７５ｈ／Ｄ１．０
低气动阻力系数有益，但过多的收
缩会引起气动阻力系数的增加，收缩程度按具体车型而定。车尾最大离地间隙越大，车尾底部的流线越不明显，则气动升力越小，甚至可以产生负升力。长尾车可能产生较大的横摆力矩，而切尾的快背式汽车横摆力矩并不大，可以通过加尾翼减小横摆力矩，改善汽车操纵稳定性。
图４车轮特性参数对气阻系数的影响积的布置方式对气动性能有很大的影响；在总开孔面积相同的情况下，将开孑Ｌ数适量增大有利于气动性能的改善。
６车轮的影响
车身主体与车轮之间存在着很大的相互干涉，车轮的特性参数（被轮腔所覆盖的车轮高度ｈ与车轮直径Ｄ的比值）ｈ／Ｄ对气动力的影响（如图４），ｈ／Ｄ＜０．７５时，ｈ／Ｄ越大，则气动阻力系数和气动升力系数越小，ｈ／Ｄ：０．７５时，气动阻力系数和气动升力系数最小，ｈ／Ｄ＞０．７５后，气动阻力系数又会回升。适度的加宽轮胎对气动阻力系数有利，但不宜过宽，存在一个最佳宽度。不同形状的车轮辐板，车轮辐板上开孔面
７结束语
改善汽车空气动力学性能除了优化汽车造型之外，人们也正试图寻求其他的方法。虽然低阻的汽车的动力性和经济性得以提高，但任何事物都有其的另一面，Ｋａｍｍ认
４汽车底部的影响
一般随车身底部离地高度的增加气动阻力系数有所减小，但高度过小，将增加气动升力，影响操作稳定性及制动性；另外离地高度的确定还要考虑汽车的通过性与汽车重心高度。车身底部纵倾角对气动
为，对于流线形汽车，随着横摆角
的变化，阻力系数有很大变化，即低阻汽车侧风稳定性差。所以汽车的设计必须综合各个方面，权衡利弊，才能设计出高性能的汽车。
５４皈｛４辐２００７－７
万方数据
改善汽车空气动力学性能的措施浅析
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
陈振明， 尹华鑫
城市车辆
URBAN VEHICLES2007(7)
本文读者也读过(10条)
1. 任斌. 赵又群. Ren Bin. Zhao Youqun 后扰流板攻角对汽车气动特性影响的模拟研究[期刊论文]-现代交通技术2009,6(4)
2. 陈燕. CHEN Yan 汽车操纵稳定性与空气动力学特性的关系[期刊论文]-烟台师范学院学报（自然科学版）2005,21(2)
3. 陈振明. 尹华鑫 改善汽车空气动力学性能的措施[期刊论文]-公路与汽运2007(5)4. 林志兴. 庞加斌 某微型车空气动力学优化试验研究[会议论文]-20065. 关欣. 李陆山 空气动力学与汽车外形设计[期刊论文]-知识就是力量2002(11)
6. 张国忠. 赖征海. ZHANG Guozhong. LAI Zhenghai 汽车空气动力学与车身造型研究最新进展[期刊论文]-沈阳大学学报2005,17(6)
7. 范平清. 赵波. FAN Ping-qing. ZHAO Bo 基于空气动力学的车身改进设计[期刊论文]-上海工程技术大学学报2009,23(3)
8. 黄向东. 朱刚. 梁志刚 基于空气动力学理论的轿车车身造型优化方法[期刊论文]-中国机械工程1998,9(1)9. 空气动力学设计杰作--2003款雪铁龙C-Airlounge[期刊论文]-世界汽车2003(11)10. 杨海波. 黄海波 基于空气动力学的高速汽车安全性研究[会议论文]-2008
引用本文格式：陈振明. 尹华鑫 改善汽车空气动力学性能的措施浅析[期刊论文]-城市车辆 2007(7)