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汽车空气动力学

汽车空气动力学是研究汽车与周围空气在相对运动时两者之间相互作用力

的关系及运动规律的学科，它属于流体力学的一个重要部分。

汽车向前行使时与空气产生复杂的相互作用，对汽车的行使状态影响很大，

特别是汽车高速行使时会承受强大的气动力作用。众所周知，汽车行使时受到的

气动力是与汽车速度平方成正比，而汽车克服气动阻力所消耗的功率和燃料是随

车速的三次方急剧增加的，因此，使汽车具有良好的形状以降低汽车的气动阻力，

不但可以提高汽车的动力性，而且还可以提高汽车的燃料经济性。对于高速汽车

来说，空气动力稳定性是汽车高速安全行使的前提。

随着汽车工业发展与汽车行驶速度日益提高，汽车空气动力学亦愈来愈受到

重视，其研究工作日益深入，汽车空气动力学已发展成为流体力学一个重要分支

学科。汽车空气动力学与航空、船舶、铁路车辆，在研究流场、空气动力学方面

有许多相似之处，但是汽车行驶在地面上是种钝头体，汽车行驶状态异常复杂，

因而汽车空气动力学亦区别于上述分支学科，具有自身的特点。例如：汽车空气

动力学与航空空气动力学有着非常相似之处，都需要降低气动阻力并保持行驶稳

定性或飞行稳定性，从而得到良好的行驶性能或飞行性能。另外，航空动力学仅

承受空气动力学；汽车行驶在地面除空气动力学外，还受地面传来的各种力，汽

车底部的气流状况与飞机底部完全不同：汽车与飞机在处理升力问题上差别很大；

此外飞机速度接近或超过声速，而汽车的速度远小于声速，在研究空气动力性质

和基本假设是不同的气动六分力与坐标系汽车在行使时，受到气流的气动力作用，

该作用力在汽车上的作用点，我们通常称作为风压中心，记作C.P,由于汽车外型

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风压中心在汽车的对称平面内，但它不一定与重心(CG)重合为了研究

方便，建立一套坐标系，通常把汽车空气动力坐标系原点设在车辆纵向对称面与

地面的交线上，前后轴中点处。上述三个力和三个力矩统称为六分力，六分力的

数值就是气动力合力在这个坐标系上的分解。

气动阻力由五部分组成：

1形状阻力

当汽车行使时，气流流经汽车表面过程，在汽车表面局部气流速度急剧变化

部位会产生涡流，涡流产生意味着能量的消耗，使运动阻力增大，汽车在前窗下

凹角处，在后窗和行李箱凹角处以及后部尾流都出现了气流分离区，产生涡流即

形成负压，而汽车正面是正压，所以涡流引起的阻力也称压差阻力，又因为这部

阻力与车身形状有关，也称形状阻力，它占整个阻力的58%。

对于运动的物体，分离现象产生越晚，空气阻力越小，所以在设计上力求将

分离点向后推移。在一定形体上作局部调整即可推迟涡流的生成。从而减少形状

阻力。

2摩擦阻力

汽车空气阻力中的摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面上产生的切向力

造成的。空气与其它流体一样都具有粘性，当气流流过平板时，由于粘性作用，

空气微团与平板表面之间发生摩擦，这种摩擦阻碍了气体的流动，形成一种阻力

称为摩擦阻力。

由于空气的粘性作用，使与平板表面接触的那层空气粘附在平板表面上，于

是这层气流的速度v降为零。紧靠这层气流上面部分的气流，由于空气微团之间

的摩擦作用，部分地降低了它的运动速度，在它更上面的那部分，气流由于受到

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因而其运动速度减小量也更小。这样最下面的那层气流速度ⅴ为零，

随着距平板距离的增加，气流的速度逐渐增大，一直增至与来流速度v相等，形

成了薄薄的附面层。

3诱导阻力