车辆动力学基础3

空气动力学空气阻力对动力性的影响车辆在高速行驶时消耗的功率和行驶状态主要由空气动力学特性决定。从动力学角度观察整个车辆，质量的大小、质心的位置、转动惯量的大小及其旋转轴的空间位置等惯性参数是影响车辆性能的重要因素。而从空气动力学角度进行讨论，惯性参数不再重要，代之以车辆外形。因为车辆外形与空气阻力系数密切相关。车辆在直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。（1）压力阻力（占91％）汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向的分力称为空气阻力。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向上的分力。又分为四部分：形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力空气阻力FW取决于车身主体形状。1）形状阻力后视镜车身表面的凸起物引起的阻力。2）干扰阻力后视镜后视镜设计也要注重流线形后视镜后视镜门把手悬架导向杆和传动轴满足冷却、通风等需要，使空气流经车体内部时构成的阻力。4）诱导阻力空气升力在水平方向的投影。3）内循环阻力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。思考夏季在高速公路上开空调省油还是开窗通风省油？打开天窗换气和打开侧窗换气有何不同？打开天窗换气时，天窗上方的压力低于车内的压力。（2）摩擦阻力（9％）由于空气粘性作用在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。2wDr12FCAv241.2258Nsm15.212aDwAuCFCD—空气阻力系数；A—迎风面积(m2)；vr—相对速度(m/s)；ρ—空气密度。ua—--车速(km/h)空气阻力FW的计算发动机盖应向前下倾减小CD值要遵循的要点1）车身前部面与面交接处的棱角应为圆柱状。过渡不理想面与面交接处的棱角应为圆柱状。风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。越野车很难做到风窗玻璃应尽可能“躺平”，且与车顶圆滑过渡。尽量减少灯、后视镜和门把手等凸出物。上掀式前照灯（视频）在保险杠下面，应安装合适的扰流板。车轮盖应与轮胎相平。思考：F1方程式赛车为什么不用车轮盖？整个车身应向前倾1°～2°。2）整车水平投影应为腰鼓形。后端稍稍收缩，前端呈半圆形。最好采用舱背式或直背式。3）汽车后部应安装后扰流板。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。应安装后扰流板。应安装后扰流板。应安装后扰流板。应安装后扰流板。若用折背式，则行李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。后面应采用鸭尾式结构。所有零件应在车身下平面内且较平整，最好有平滑的盖板盖住底部。4）车身底部底部比较凌乱底部比较凌乱仔细选择进风口与出风口的位置，精心设计内部风道。5）发动机冷却通风系统冷却前制动器冷却前制动器冷却发动机和制动器冷却后制动器和润滑系统冷却发动机和前制动器冷却后制动器为发动机提供充足的空气减小CD值要遵循的要点总结如下：未来轿车的外形导流板货车和半挂车的空气阻力也很重要，不少货车驾驶室上已装用导流板等装置，以减小空气阻力、节省燃油。车型空气阻力系数CD帕萨特0.28奥迪A40.28现代0.29奔驰C级0.26奔驰S级0.27保时捷0.31陆虎览胜0.38一些常见车型的空气阻力系数计算2wDr12FCAvrwvvv车辆穿过静止空气的速度空气速度空气流入角度L顺风0Lrwvvv逆风rwvvv例题一辆具有1.95m2前端面积和空气阻力系数为0.42的轿车，以90km/h速度行驶，如果车辆遇到40km/h速度的顺风或者逆风，计算顺风、逆风两种条件下的空气阻力和克服空气阻力所需要的发动机功率侧风作用下车辆的姿态又如何？