基于空氣動力學的車身設計研究

摘要：文章基于空氣動力學，通過多種方法對汽車進行模擬實驗，并提出車身設計改進方法。從而減小汽車的氣動阻力系數，提高汽車的動力性和燃油經濟性并全面提升汽車的性能。

關鍵詞：氣動阻力；氣動阻力系數；風洞實驗；數值仿真分析

中圖分類號：U463.82文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）18-0013-01

汽車所受到氣動阻力直接影響到汽車的操縱穩定性，并會減弱汽車動力的發揮，進而影響汽車的動力性和燃油經濟性。找到影響氣動阻力大小的關鍵因素，對車身的設計進行改進。從而減小總體的氣動阻力，對提升汽車的整體性能具有重要意義。

1氣動阻力對汽車性能的影響

汽車在行駛的過程中的氣動阻力主要由壓差阻力、摩擦阻力、誘導阻力、干涉阻力和內流阻力組成。其中，壓差阻力約占汽車總氣動阻力的50%～65%，是氣動阻力的主要組成部分。摩擦阻力約占汽車總氣動阻力的6%～11%；誘導阻力約占汽車總氣動阻力的8%～15%；干涉阻力是約占汽車總氣動阻力的5%～16%；內流阻力約占汽車總氣動阻力的10%～18%。一般來講，我們在馬路上看到的大多數轎車的風阻系數在0.28～0.4間，流線性較好的汽車如跑車等，其氣動阻力系數可達到0.25左右，一些賽車可達到0.15左右。

根據測試，當一輛轎車以80km/h前進時，有60%的耗油是用來克服氣動阻力的，因此，減小汽車的氣動阻力是非常重要的。在氣流速度一定情況下想要減小氣動阻力系數只能對車身設計進行改進。目前，研究車的身造型設計的實驗方法有風洞實驗法和數值仿分析法。

2風洞試驗法

汽車風洞實驗功能主要包括：測量氣動力和氣動力矩，測量汽車表面壓強，模擬風洞地面效應，空氣動力學激光三維流態顯示試驗。

風洞試驗包括模型試驗和全尺寸實驗兩種：其一，模型試驗。先使用相當于實際體積30%或者60%的汽車模型來進行初期的風洞試驗。通過這個環節，可以快速判斷出車身線條的空氣動力學表現如何，并且對體積較大的部分進行調整——比如風擋的角度、弧度，還有保險杠的形狀，直到汽車整體線條的元素得到確定。其二，全尺寸試驗。制造出一個與實際大小相同的試制車，在風洞中對車身上每一個細小的部分進行詳細的測試和改進。包括中網的形狀、制動盤片能否獲得足夠的氣流用于冷卻等等。在車速不斷升高的情況下，每個部件的形狀對氣流造成的影響都會成倍放大。所以，全尺寸試驗中對外觀細節的改進積累在一起之后，足以極大的改變汽車性能。

風洞測試實驗是測量汽車空氣阻力系數的最有效方法之一，為汽車車身設計提供了比較全面的數據，為研究和分析汽車的空氣阻力系數提供了一種便捷的途徑。國內外一些先進的汽車制造和設計企業都非常重視風洞試驗對于汽車空氣動力學的研究，新產品也大都是在風洞中開發出來的。

3數值仿真分析法

數值仿真分析法是目前空氣動力學中最重要的一種方法，也是目前對汽車外形變化對三維流場特性的影響方面預測最有效的方法，非常適合用于對汽車外形的造型分析。雖然運用軟件在理想情況下對汽車模型進行仿真分析有一定的誤差和不確定因素存在，但這種方法的確給我們提供了大量的有效的數值，并且根據模擬數據繪出的三維車身壓力云分布圖和外流場流線圖能讓我們更直觀的對無形的空氣阻力進行分析。

4結語

通過風洞實驗和數值仿真分析法我們發現顯示雖然這兩種實驗方法都有一定的誤差，但是車身表面的壓強分布以及車身流線分析結果卻大致相同。對應研究中發現的問題，提出改進方案可使汽車行駛時氣流運動平穩，減小了氣動阻力，提高車身的穩定性和安全性。文章以空氣動力學為基礎，通過風洞測試實驗對汽車進行分析，同時用數值仿真發進行補充和驗證，得到了比較有效地數據，從而得出了細致的改進方法來減小氣動阻力系數。雖然改進結果不夠完善，但是這種實驗探究方法必定是今后重點發展的對象。

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