论汽车形状阻力与升力.docx
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论汽车形状阻力与升力
论汽车形状阻力与升力
摘要：
与空气对汽车的相对速度的平方成正比，因此随着汽车行驶速度的日益提高，汽车空气动力的作用对汽车性能的影响也会愈来愈显著，尤其是设计汽车时对形状阻力与升力的要求更加复杂。
本文就形状阻力与升力的计算和减小形状阻力和增加升力的一些措施做一些探讨。
空气阻力与升力的计算：
汽车空气作用的六分力与汽车运动状态的关系，主要靠模型或实车的风洞试验求得。
坐标系
风压中心（C.P——Centerofairpresure）
:
空气动力的合力作用点，位于汽车对称平面，不一定与重心重合
所有的空气动力向坐标原点化简，即产生三个分力和绕x,y,z三个坐标轴的力矩
从以上分析可见，气动阻力的前四个主要部分都和车身形状有密切关系，从本世纪初期的汽车发展到现在，车身外形从箱形—甲虫形—鱼形—楔形，其主要目的之一就是为了减少气动阻力系数CD（Cx）。
图3—5列出了各时期典型桥车外型和其相应的平均气动阻力系数的变化。
空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影面积成正比，其比例系数称为空气动力系数（风阻系数）
——空气密度，vr——气流相对汽车速度A——汽车正投影面积，L——汽车特征长度单位
车身表面压力及升力:
由于流经车顶的气流速度大于流经车底的气流速度，使得车底的空气压力大于车顶，从而空气作用在车身上的垂直方向的压力形成压差，这就是空气升力。
常见车型及cd值：
箱型汽车
1986年，法国人本哈特和拉瓦索生产了世界上首辆封闭式汽车，也箱形汽车的开端。
美国福特汽车公司在1915年生产出一种不同于马车型的汽车，其外型特点很箱一只大箱子，并装有门和窗，因此被称为“箱型汽车”。
箱型汽车重视了人体工程学，部空间大，乘坐舒适，有活动房屋的美称。
但是，空气阻力大，妨碍了汽车前进的速度，为汽车的发展提出新的要求。
甲壳虫型汽车
箱型汽车时代后期，人们开始认识到空气阻力的重要性。
汽车的空气阻力除与迎风面积和车速有关外，还和汽车的纵部面形状有关，越呈流线型汽车的正面阻力和后面涡流越小，因此，促使人们致力于流线型车身的设计。
1934年，美国克莱斯勒汽车公司的气流牌轿车首先采用流线型车身，是流线型汽车的先锋。
1937年，德国的设计天才费尔南德·保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。
但甲壳虫形汽车也有缺点，一是乘员活动空间狭小，二是对横风的不稳定性。
船型汽车
船型汽车采用了使汽车车室置于两轴之间的设计方法，从外型上看，整车像一只小船，称为船形汽车。
福特公司1949年制造的福特V8型汽车就是船形汽车的代表。
船形汽车无论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车，并且较好地解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。
但是由于车的尾部过长，形成了阶梯状，高速行驶时会产生较强的空气涡流，影响了车速的提高。
鱼型汽车
为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。
1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。
它基本上保留了船型汽车的长处。
但是它也并非完美无缺。
汽车后窗倾斜大，面积大，降低了车身的强度，车温度高。
汽车高速行驶时易产生很大的升力，升力使汽车与地面附着力减小，使汽车行驶稳定性和操纵稳定性降低。
楔型汽车
经过大量的探求和实验后，设计师找到了一种新型车——楔形。
这种车型就是将车身整体向前方倾斜，车身后部就像刀切一样平直，这种车型能有效克服升力。
第一次按楔型设计的汽车是1963年的是蒂倍克·啊本提轿车。
楔型造型主要在赛车上得到广泛应用。
如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔型造型。
汽车外型演变的每一个时期都在不断地开拓着汽车新的造型，除了使汽车性能得以提升，同时也是汽车美学的发展。
我们相信汽车的外型将越来越向着高性能、美观方向发展。
减小因汽车形状所造成阻力影响的措施
1）车身前部发动机盖应向前下倾
面与面交接处的棱角应为圆柱状
（不理想）
风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。
调整迎面和背面的倾斜角度，使车头、前窗、后窗等处造型的倾斜角度能有效地减少阻力、升力的产生。
越野车难以实现
整个车身应向前倾1°～2°
水平投影应为腰鼓形。
顶盖：
汽车后部
最好采用舱背式或直背式
若用折背式，则行箱盖板至地面距离应高些，长度要短些
后面应采用鸭尾式结构
提升升力：
当车速超过120km/h，尾翼会自动升高160mm，为车身增加30％的下压力；在车速低于80km/h，尾翼又会自动降低。
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