基于空气动力学的车身设计研究

摘要：文章基于空气动力学，通过多种方法对汽车进行模拟实验，并提出车身设计改进方法。从而减小汽车的气动阻力系数，提高汽车的动力性和燃油经济性并全面提升汽车的性能。

关键词：气动阻力；气动阻力系数；风洞实验；数值仿真分析

中图分类号：U463.82文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）18-0013-01

汽车所受到气动阻力直接影响到汽车的操纵稳定性,并会减弱汽车动力的发挥，进而影响汽车的动力性和燃油经济性。找到影响气动阻力大小的关键因素,对车身的设计进行改进。从而减小总体的气动阻力，对提升汽车的整体性能具有重要意义。

1气动阻力对汽车性能的影响

汽车在行驶的过程中的气动阻力主要由压差阻力、摩擦阻力、诱导阻力、干涉阻力和内流阻力组成。其中，压差阻力约占汽车总气动阻力的50%～65%，是气动阻力的主要组成部分。摩擦阻力约占汽车总气动阻力的6%～11%；诱导阻力约占汽车总气动阻力的8%～15%；干涉阻力是约占汽车总气动阻力的5%～16%；内流阻力约占汽车总气动阻力的10%～18%。一般来讲，我们在马路上看到的大多数轿车的风阻系数在0.28～0.4间，流线性较好的汽车如跑车等，其气动阻力系数可达到0.25左右，一些赛车可达到0.15左右。

根据测试，当一辆轿车以80km/h前进时，有60%的耗油是用来克服气动阻力的，因此，减小汽车的气动阻力是非常重要的。在气流速度一定情况下想要减小气动阻力系数只能对车身设计进行改进。目前，研究车的身造型设计的实验方法有风洞实验法和数值仿分析法。

2风洞试验法

汽车风洞实验功能主要包括：测量气动力和气动力矩，测量汽车表面压强，模拟风洞地面效应，空气动力学激光三维流态显示试验。

风洞试验包括模型试验和全尺寸实验两种：其一，模型试验。先使用相当于实际体积30%或者60%的汽车模型来进行初期的风洞试验。通过这个环节，可以快速判断出车身线条的空气动力学表现如何，并且对体积较大的部分进行调整——比如风挡的角度、弧度，还有保险杠的形状，直到汽车整体线条的元素得到确定。其二，全尺寸试验。制造出一个与实际大小相同的试制车，在风洞中对车身上每一个细小的部分进行详细的测试和改进。包括中网的形状、制动盘片能否获得足够的气流用于冷却等等。在车速不断升高的情况下，每个部件的形状对气流造成的影响都会成倍放大。所以，全尺寸试验中对外观细节的改进积累在一起之后，足以极大的改变汽车性能。

风洞测试实验是测量汽车空气阻力系数的最有效方法之一，为汽车车身设计提供了比较全面的数据，为研究和分析汽车的空气阻力系数提供了一种便捷的途径。国内外一些先进的汽车制造和设计企业都非常重视风洞试验对于汽车空气动力学的研究，新产品也大都是在风洞中开发出来的。

3数值仿真分析法

数值仿真分析法是目前空气动力学中最重要的一种方法，也是目前对汽车外形变化对三维流场特性的影响方面预测最有效的方法，非常适合用于对汽车外形的造型分析。虽然运用软件在理想情况下对汽车模型进行仿真分析有一定的误差和不确定因素存在，但这种方法的确给我们提供了大量的有效的数值，并且根据模拟数据绘出的三维车身压力云分布图和外流场流线图能让我们更直观的对无形的空气阻力进行分析。

4结语

通过风洞实验和数值仿真分析法我们发现显示虽然这两种实验方法都有一定的误差，但是车身表面的压强分布以及车身流线分析结果却大致相同。对应研究中发现的问题，提出改进方案可使汽车行驶时气流运动平稳，减小了气动阻力，提高车身的稳定性和安全性。文章以空气动力学为基础，通过风洞测试实验对汽车进行分析，同时用数值仿真发进行补充和验证，得到了比较有效地数据，从而得出了细致的改进方法来减小气动阻力系数。虽然改进结果不够完善，但是这种实验探究方法必定是今后重点发展的对象。

参考文献：

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