空气动力学与汽车造型.pdf

第 19卷第 3期 渝州大学学报 (自然科学版 ) 2002年 9，目 Vo1．19 No．3 JOURNALOFYUZHOUUNIVERSITY(Nat．Seien．Edit．) Sep．20O2 文章编号 ：1006—3293(2002)03一OO46—04 空气动力学与汽车造型 ‘ 李 军 ，邓 晓刚 (1．重庆工商大学 机械系，重庆 400033；2．重庆大学 机械学院，重庆 4OOO44) 摘 要 ：通过分析空气动力学对汽车造型的影响，说 明空气动力学与汽车的造型有着十分密 切 的关 系。空气动力学的发展推动 了汽车造型的发展 ，而汽车造型 的发展 ，反过来又促进空气动 力学的进步。同时，对汽车的未来造型作了进一步的估计。 关键词 ：空气动力学；汽车造型；车身设计 中图分类号 ：TK89 文献标识码 ：A 1 汽车空气动力学的发展 汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识 ，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时 ，汽车周围 的空气流动情况和空气对汽车的作用力 (称为空气动力)，以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动 力的影响。此外 ，空气对汽车的作用还表现在对汽车发动机的冷却 ，车厢里的通风换气 ，车身外表面的清 洁，气流噪声 ，车身表面覆盖件的振动 ，甚至刮水器的性能等方面的影响¨]。 自从德 国工程师 KarlBenz1885年发明了世界上第一辆汽车后 25a，德国就在 Zeppelin工厂的航空风 洞中进行了一系列有关车身外形的实验研究。后来德国工程师 P．Jaray和他的助手W ．Klemperer发现前 圆后尖的物体阻力最小 ，从而找到了解决形状阻力的途径 ，鱼和鸟的体形正是形状阻力较小的造型。美 国的w．Elay教授于 1934年采用风洞和模型汽车，测量了各种车身的空气阻力系数 ，这是具有重要历史意 义的试验。例如 ，他提出了 “如果头部不是干净利落的圆滑，即使有 良好的尾部造型也意义不大。”30年代 后期 ，法国J．Andreau对汽车表面压强分布作了详细的研究，提出了压差阻力 的概念 ，同时他也较早地研 究 了侧风的稳定性。4o年代 ，另一位法国人 L．Romani在诱导阻力方面作了大量 的研究工作并提出了许 多独到的见解。60年代初，英国人 R．G．S． ite在进行了风洞实验之后 ，找出了轿车外形特征于阻力系 数之间的关系，提出了一整套估算气动阻力系数的方法。70年代 ，J．Seibor—Rylski总结了前人的成果 ，为 汽车空气动力学成为--fq独立学科奠定了基础。我国是在 80年代才较为系统地研究汽车空气动力学。 2 空气动力性能对汽车造型的要求 考察汽车车形的发展史，从本世纪初的福特T型箱式车身到 30年代 中型的甲虫型车身 ，从甲虫型车 身到50年代的船型车身 ，从船型车身到 80年代的楔型车身 ，直到今天的轿车车身模式 ，每一种车身外形 的出现 ，都不是某一时期单纯工业设计的产物，而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的。 2．1 汽车造型的演变与空气动力学的关系nI2 (1)马车型汽车。在汽车诞生前 ，马车是陆地上最好的交通工具 ，可 以说 ，汽车的发展是从马车的机 动化开始的。在汽车造型方面 ，没有专门的设计人才 ，汽车外形基本上沿用 了马车 的造型。马车型汽车 (图 1)的时代是汽车发展的初期阶段 ，技术 尚未成熟 ，在车身造型上没有引进空气动力学的原理。 · 收稿 日期 ：2002—05—15 作者简介 ：李军 (1969一)，女 ，四川省武胜人 ，在读博士生 ，重庆工商大学讲师 ，从事汽车动力学研究 。 第3期 李 军 等：空气动力学与汽车造型 47 (2)箱型汽车。马车型车身一般都是敞篷和活动布篷的，很难抵御风雨的侵袭。福特公司生产 了一 种新型的T型车 (图2)，车身像一只大箱子，因此称作 “箱型车身”。 随着汽车的普及及生活节奏的加快 ，人们对车速的要求也越来越高 ，当车速超过 lOOk