汽车概论第2版李育锡电子课件汽车概论6章节.ppt

第六章 汽车外形和汽车色彩 第一节 汽车空气动力学知识 第二节 汽车外形的演变 第三节 汽车的色彩 第一节 汽车空气动力学知识 一、空气阻力与汽车外形 二、空气升力与汽车外形 三、侧向风对汽车行驶稳定性的影响 一、空气阻力与汽车外形 当汽车以不变的速度在平坦的路面上行驶时，所受到的阻力有轮胎与地面的滚动阻力和空气阻力两种。其中滚动阻力的数值不大，而且随车速变化其数值的变化也不大。空气阻力与车速的平方成正比，当车速较低时，空气阻力很小，随着车速的提高空气阻力明显增大。 1．空气阻力和空气阻力系数 减少迎风面积，可以减少空气阻力。早期的汽车车轮尺寸大，车体高，迎风面积大，空气阻力也大。现代汽车的车体高度已显著降低，降低车体高度可有效减少空气阻力，提高行车速度。 空气阻力中除了迎风阻力之外，还包括有形状阻力。所谓形状阻力，是由汽车外部形状引起的空气涡流所造成的阻力。当汽车行驶时，在汽车前窗玻璃、车顶，特别是汽车后部，产生很强的空气涡流。这些涡流起着阻碍汽车前进的作用。 1920年，德国人保尔·亚莱教授用风洞对飞艇进行了空气阻力的研究，得出正面形状和侧面形状对空气阻力的影响都很大。 科研人员通过试验发现，一块正方形薄板和一个典型的轴对称流线型体的空气阻力系数相差高达32倍。 轴对称流线型体具有很小的空气阻力系数，这是在自由大气中的一个理想形体。 科学家经过空气动力学试验，得到一种在接近地面运动而具有很小空气阻力系数的几何形体——鲸状形体，它的空气阻力系数CD为0.07。 2．轿车外形对空气阻力的影响 轿车驾驶室的风窗玻璃与发动机罩形成一夹角，即风窗玻璃下边有一个突然的转折，使得发动机罩上的气流受阻，流速急剧下降，形成涡流，产生一定的空气阻力。在汽车行李箱的折背处和汽车尾部也会形成涡流，产生空气阻力。 轿车车身后背有多种形式，直背式的后背与水平面的夹角小于20°；斜背式的夹角一般在20°～50°之间；方背式的夹角大于50°；而阶背式是在斜背式或方背式的基础上向后伸出一段作为行李箱。 不同的汽车后背倾角，使得汽车后背有不同的空气阻力系数，后背与水平面的夹角小于20°左右时，具有较小的空气阻力系数；夹角大于60°左右以后，空气阻力系数则变化很小。 有些运动型轿车在汽车前端设置有阻风板，阻风板安装在汽车前端的保险杠下方，可以减少从汽车前端进入车身底部的空气量，从而减小车底气流阻塞造成的紊流和涡流，使空气阻力下降。 二、空气升力与汽车外形 汽车的流线体外形有效地减小了空气阻力系数，使得汽车的行驶速度得以提高。但是具有流线体外形的汽车在行驶时会产生空气升力，空气升力使得车轮与地面间的正压力减小，直接影响汽车的动力性、制动性和操纵稳定性。车速越高，这种影响就越大。 1．空气升力和空气升力系数 翼型上表面的轮廓向上弯曲，下表面的轮廓则比较平直。根据流体力学知识，翼型上表面的空气压力小于下表面的空气压力。翼型上下表面的空气压力之差就形成了对机翼向上的推力，这就是空气升力。靠这个力可以让比空气重的物体飞上天。 翼型的前缘点与后缘点的连线称为翼型的弦线。弦线与气流方向的夹角称为迎角。空气升力的大小与翼型轮廓形状有关，还与翼型在气流中的迎角大小有关。在一定的角度范围内，迎角越大，空气升力系数CL越大。 汽车前后端形心的连线就是弦线。同样地，要使汽车的空气升力小，就应该使汽车“翼型”的迎角尽量小，现代汽车的造型都使汽车的弦线前低后高，迎角为负值。 2．轿车外形对空气升力的影响 汽车后背倾斜角的大小不同，其后背上的气流所引起的空气升力也不同。当倾斜角ψ从零开始增大时，后背上的空气升力系数相应增加。当ψ增至某一值后，空气升力系数将随ψ的增加而下降。 折背式轿车的车身后背气流在后窗与行李箱盖之间的转角处形成一个涡流区，使空气升力减小。一种形状似鸭尾的轿车车尾后端上翘的部分对车顶冲下来的气流产生阻扰，使那里形成向下的作用力，有效地减小了空气升力。 现在很多轿车的后端上沿或后背上都设置了扰流器。和“鸭尾”式车尾的原理一样，扰流器的作用也是使气流受阻而减速增压，以减小空气升力。后扰流器能有效地减小空气升力，并且结构简单，安装方便，因此在轿车上，特别是在车速较高的运动型轿车上得到广泛采用。 尾翼就像一个前倾的倒机翼，在汽车行驶时产生向下的压力，从而减小汽车的空气升力，提高汽车高速行驶时的动力性和安全性。这种结构通常用在赛车和运动型轿车上。 三、