車(chē)輛車(chē)輛工程概論

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1、1.?空氣動(dòng)力學(xué)的概述??空氣動(dòng)力學(xué)是流體力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究物體在同氣體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下的受力特性、氣體流動(dòng)規(guī)律和伴隨發(fā)生的物理化學(xué)變化。它是在流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，隨著航空工業(yè)和噴氣推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而成長(zhǎng)起來(lái)的一個(gè)學(xué)科?？諝鈩?dòng)力學(xué)特性直接影響汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性等。為改進(jìn)汽車(chē)性能，汽車(chē)工業(yè)界投人大量人力、物力和財(cái)力研究汽車(chē)內(nèi)外的空氣流動(dòng)及其相關(guān)的各種現(xiàn)象。風(fēng)洞試驗(yàn)是汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)研究的傳統(tǒng)而又有效的方法，但風(fēng)洞建設(shè)投資大，試驗(yàn)周期長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展而蓬勃興起的數(shù)值仿真方法為汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的研究開(kāi)辟了新的途徑。近年來(lái)，汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真發(fā)展迅速

2、，數(shù)值仿真在汽車(chē)流場(chǎng)研究中的重要性不斷增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。下面從不同方面闡述汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展情況。2?空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展國(guó)外的汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)研究可以追朔到本世紀(jì)的20-30年代，但直到7O年代以覷，還沒(méi)有比較完整系統(tǒng)的研究。此學(xué)科在近3O年中得到了較大發(fā)展。7O年代以來(lái)，國(guó)外陸續(xù)發(fā)表了汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究成果、研究報(bào)告和專(zhuān)著，研究手段普遍采用航空試驗(yàn)用的風(fēng)洞對(duì)汽車(chē)空氣動(dòng)力特性進(jìn)行研究，研究的重點(diǎn)主要是空氣動(dòng)力的特性以及它們對(duì)汽車(chē)性能的影響。國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚，盡管也開(kāi)過(guò)專(zhuān)題性的學(xué)術(shù)會(huì)議，但總體上說(shuō)還處于起步階段。從有關(guān)學(xué)術(shù)刊物上看到，有關(guān)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)方面的論文很少，也還

3、沒(méi)有見(jiàn)到國(guó)內(nèi)學(xué)者編著有關(guān)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)方面的學(xué)術(shù)著作或教科書(shū)。也就是說(shuō)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有有效地進(jìn)行汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的研究。但是，鑒于這項(xiàng)課題研究的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略，都迫切地需要將這個(gè)課題的研究提到議事日程上來(lái)。就國(guó)內(nèi)目前的情況看，無(wú)論從人力還是設(shè)備上都完全具備研究的條件與實(shí)力，關(guān)鍵是要引起國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此項(xiàng)研究的重視以及有關(guān)部門(mén)的組織與必要的投資，從而有遠(yuǎn)見(jiàn)地對(duì)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行先期研究，以適應(yīng)今后十年乃至更長(zhǎng)期國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，為國(guó)家創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。3動(dòng)力學(xué)空氣的研究1.基礎(chǔ)理論研究空氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)是質(zhì)量守衡、動(dòng)量守衡和能量守衡定律，可由Euler、NS等數(shù)學(xué)方程

4、組來(lái)描述。然而有關(guān)不可壓流體特性、流體阻力理論以及汽車(chē)?yán)@流特性等基礎(chǔ)理論研究還有待深化。2.風(fēng)洞試驗(yàn)洞設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在動(dòng)力裝置功率最小和成本最低的情況下，提供各種速度范圍內(nèi)模型試驗(yàn)所必需的氣動(dòng)力環(huán)境，即希望在一個(gè)簡(jiǎn)單的風(fēng)洞中能大范圍地改變各種相似參數(shù)。然而經(jīng)驗(yàn)表明，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上這都是不現(xiàn)實(shí)的。從而就出現(xiàn)了各種各樣的風(fēng)洞。風(fēng)洞主要由洞體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和測(cè)量控制系統(tǒng)組成，各部分的形式因風(fēng)洞類(lèi)型而異。洞體有一個(gè)能對(duì)模型進(jìn)行必要測(cè)量和觀察的試驗(yàn)段。試驗(yàn)段上游有提高勻直度、降低湍流度的穩(wěn)定段和使氣流加速到所需流速的收縮段或噴管。試驗(yàn)段下游有降低流速、減少能量損失的擴(kuò)壓段和將氣流引向風(fēng)洞外的排氣段或

5、導(dǎo)回到風(fēng)洞入口的回流段。為了降低風(fēng)洞內(nèi)外的噪聲，往往在穩(wěn)定段和排氣口等處裝有消聲器。4?空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)汽車(chē)造型的影響??空氣動(dòng)力特性直接影響車(chē)輛的動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及貨車(chē)的噪聲和車(chē)身美觀。隨著車(chē)速的提高，在汽車(chē)造型中越來(lái)越重視空氣動(dòng)力學(xué)這方面的影響。下面將從轎車(chē)前部、尾部、底部以及車(chē)輪淺談對(duì)汽車(chē)造型的影響。??1.車(chē)頭造型對(duì)氣動(dòng)阻力影響因素主要有：車(chē)頭邊角、車(chē)頭形狀、車(chē)頭高度、發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗造型等。?2.車(chē)身尾部造型對(duì)氣動(dòng)阻力的影響主要因素有：后風(fēng)窗的斜度與三維曲率、尾部造型式樣、車(chē)尾高度、尾部橫向收縮。?3.車(chē)身底部對(duì)對(duì)氣動(dòng)阻力的影響主要因素有：車(chē)身底部離地高度、縱傾角、曲

6、?率、擾流器?4.車(chē)輪對(duì)氣動(dòng)力的影響（被輪腔覆蓋車(chē)輪的影響）5?改善汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)性能的措施?1.?車(chē)頭造型的設(shè)計(jì)車(chē)頭造型中影響汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)性能的因素很多，如車(chē)頭邊角、車(chē)頭形狀、車(chē)頭高度、發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗造型、前凸起唇及前保險(xiǎn)杠的形狀與位置、進(jìn)氣口大小和格柵形狀等。車(chē)頭邊角主要是指車(chē)頭上緣邊角和橫向兩側(cè)邊角。對(duì)于非流線型車(chē)頭，存在一定程度的尖銳邊角會(huì)產(chǎn)生有利于減少氣動(dòng)阻力的車(chē)頭負(fù)壓區(qū)；R8車(chē)頭橫向邊角倒圓角，也有利于產(chǎn)生減小氣動(dòng)阻力的車(chē)頭負(fù)壓區(qū)，整體弧面車(chē)頭產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力比車(chē)頭邊角倒圓產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力??；車(chē)頭頭緣位置較低的下凸型車(chē)頭的氣動(dòng)阻力系數(shù)最小。但氣動(dòng)阻力系數(shù)不是越低越好，因?yàn)榈偷揭?/p>

7、定程度后，車(chē)頭阻力系數(shù)不再變化，車(chē)頭頭緣的最大離地間隙越小，則引起的氣動(dòng)升力越小，甚至可以產(chǎn)生負(fù)升?力。增加下緣凸起唇，氣動(dòng)阻力變小，減小的程度與唇的位置有關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前風(fēng)窗的設(shè)計(jì)可以改變?cè)俑街c(diǎn)的位置，從而影響汽車(chē)的氣動(dòng)特性。發(fā)動(dòng)機(jī)罩的縱向曲率越小(目前采用的縱向曲率大多為0．02?m?)，氣動(dòng)阻力越??；發(fā)動(dòng)機(jī)罩的橫向曲率也有利于減小氣動(dòng)阻力。發(fā)動(dòng)機(jī)罩具有適當(dāng)?shù)男倍?與水平面的夾角)對(duì)降低氣動(dòng)阻力有利，但如果斜度進(jìn)一