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汽车造型设计基础精品版
汽车造型设计基础—空气动力学
姓名:
赵逸昕
班级:
T1113-10
学号:
20110131007
指导老师:
刘敏
1.空气动力学的概述
2.空气动力学的发展
3.空气动力学的研究
4.空气动力学对汽车造型的影响
5.改善汽车空气动力学性能的措施
6.总结
7.参考文献
摘要:
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。
所以,深入了解空气动力学对汽车造型设计汽车有很大的帮助。
关键词:
汽车;空气动力学;汽车造型设计。
1.空气动力学的概述
空气动力学是流体力学的一个分支,它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。
它是在流体力学的基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
空气动力学特性直接影响汽车的经济性、动力性、操纵稳定性和乘坐舒适性等。
为改进汽车性能,汽车工业界投人大量人力、物力和财力研究汽车内外的空气流动及其相关的各种现象。
风洞试验是汽车空气动力学研究的传统而又有效的方法,但风洞建设投资大,试验周期长。
随着计算机和计算技术的迅速发展而蓬勃兴起的数值仿真方法为汽车空气动力学的研究开辟了新的途径。
近年来,汽车空气动力学数值仿真发展迅速,数值仿真在汽车流场研究中的重要性不断增加,应用范围不断扩大。
下面从不同方面阐述汽车空气动力学的发展情况。
2空气动力学的发展
国外的汽车空气动力学研究可以追朔到本世纪的20-30年代,但直到7O年代以觑,还没有比较完整系统的研究。
此学科在近3O年中得到了较大发展。
7O年代以来,国外陆续发表了汽车空气动力学方面的研究成果、研究报告和专著,研究手段普遍采用航空试验用的风洞对汽车空气动力特性进行研究,研究的重点主要是空气动力的特性以及它们对汽车性能的影响。
国内在这方面的研究起步较晚,尽管也开过专题性的学术会议,但总体上说还处于起步阶段。
从有关学术刊物上看到,有关汽车空气动力学方面的论文很少,也还没有见到国内学者编著有关汽车动力学方面的学术著作或教科书。
也就是说,国内还没有有效地进行汽车空气动力学的研究。
但是,鉴于这项课题研究的经济效益和社会效益,以及我国经济发展的中长期战略,都迫切地需要将这个课题的研究提到议事日程上来。
就国内目前的情况看,无论从人力还是设备上都完全具备研究的条件与实力,关键是要引起国内学者对此项研究的重视以及有关部门的组织与必要的投资,从而有远见地对汽车空气动力学进行先期研究,以适应今后十年乃至更长期国民经济发展的需要,为国家创造较大的经济效益。
3动力学空气的研究
1.基础理论
研究空气运动规律的基础是质量守衡、动量守衡和能量守衡定律,可由Euler、NS等数学方程组来描述。
然而有关不可压流体特性、流体阻力理论以及汽车绕流特性等基础理论研究还有待深化。
2.风洞试验
洞设计的主要任务是在动力装置功率最小和成本最低的情况下,提供各种速度范围内模型试验所必需的气动力环境,即希望在一个简单的风洞中能大范围地改变各种相似参数。
然而经验表明,在技术上和经济上这都是不现实的。
从而就出现了各种各样的风洞。
风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成,各部分的形式因风洞类型而异。
洞体有一个能对模型进行必要测量和观察的试验段。
试验段上游有提高匀直度、降低湍流度的稳定段和使气流加速到所需流速的收缩段或喷管。
试验段下游有降低流速、减少能量损失的扩压段和将气流引向风洞外的排气段或导回到风洞入口的回流段。
为了降低风洞内外的噪声,往往在稳定段和排气口等处装有消声器。
4空气动力学对汽车造型的影响
空气动力特性直接影响车辆的动力性、操纵稳定性、燃油经济性以及货车的噪声和车身美观。
随着车速的提高,在汽车造型中越来越重视空气动力学这方面的影响。
下面将从轿车前部、尾部、底部以及车轮浅谈对汽车造型的影响。
1.车头造型对气动阻力影响因素主要有:
车头边角、车头形状、车头高度、发动机罩与前风窗造型等。
2.车身尾部造型对气动阻力的影响主要因素有:
后风窗的斜度与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度、尾部横向收缩。
3.车身底部对对气动阻力的影响主要因素有:
车身底部离地高度、纵倾角、曲
率、扰流器
4.车轮对气动力的影响(被轮腔覆盖车轮的影响)
5改善汽车空气动力学性能的措施
1.车头造型的设计(奥迪R8)
车头造型中影响汽车空气动力学性能的因素很多,如车头边角、车头形状、车头高度、发动机罩与前风窗造型、前凸起唇及前保险杠的形状与位置、进气口大小和格栅形状等。
车头边角主要是指车头上缘边角和横向两侧边角。
对于非流线型车头,存在一定程度的尖锐边角会产生有利于减少气动阻力的车头负压区;R8车头横向边角倒圆角,也有利于产生减小气动阻力的车头负压区,整体弧面车头产生的气动阻力比车头边角倒圆产生的气动阻力小;车头头缘位置较低的下凸型车头的气动阻力系数最小。
但气动阻力系数不是越低越好,因为低到一定程度后,车头阻力系数不再变化,车头头缘的最大离地间隙越小,则引起的气动升力越小,甚至可以产生负升 力。
增加下缘凸起唇,气动阻力变小,减小的程度与唇的位置有关。
发动机罩与前风窗的设计可以改变再附着点的位置,从而影响汽车的气动特性。
发动机罩的纵向曲率越小(目前采用的纵向曲率大多为0.02 m ),气动阻力越小;发动机罩的横向曲率也有利于减小气动阻力。
发动机罩具有适当的斜度(与水平面的夹角)对降低气动阻力有利,但如果斜度进一步加大,则降
阻效果不明显。
风窗玻璃纵向曲率越大越好,但不宜过大,否则将导致视觉失真、刮雨器刮扫效果变差;前风窗玻璃的横向曲率也有利于减小气动阻力;前风窗玻璃的斜度(与垂直面的夹角)小于30°时,降阻效果不明显,但过大的斜度,将使视觉效果和舒适性降低;前风窗斜度等于48°时,发动机罩与前风窗凹处会出现明显的压力降,因而造型设计时应避免出现这个角度;前风挡玻璃的倾斜角度(与垂直面的夹角)增大,气动升力系数略有增加。
发动机罩与前风窗的夹角及结合部位的细部结构对气流也有重要影响。
汽车前端形状对汽车的空气动力学性能具有重要影响。
前端凸且高,不仅会产生较大的气动阻力,而且还将在车头上部形成较大的局部负升力区。
具有较大倾斜角度的车头可以达到减小气动升力乃至产生负升力的效果。
2.前立柱的设计
前立柱上的凹槽、小台面和细棱角处理不当,将导致较大的气动阻力、较严重的气动噪声和侧窗污染,因此,应设计成圆滑过渡的外形。
英国White于1967年根据试验结果对气动阻力影响最关键的车身外形参数进行分级,具有重大实际指导作用。
轿车侧壁略外鼓,将增加气动阻力,但有利于降低气动阻力系数;外鼓系数(外鼓尺寸与跨度之比)应避免处于0.02~0.04。
顶盖有适当的上扰系数(上鼓尺寸与跨度之比),有利于减小气动阻力、综合气动阻力系数、气动阻力、工艺、刚度和强度等方面因素,顶盖的上扰系数应在0.06以下。
对阶背式轿车而言,客舱长度与轴距之比由0.93增至1.17,会较大程度地减小气动升力系数。
但发动机罩的长度与轴距之比对气动升力系数影响不大。
3.车身尾部造型的设计
车身尾部造型中影响气动阻力的因素主要有后风窗的斜度(后风窗弦线与水平线的夹角)与三维曲率、尾部造型式样、车尾高度及尾部横向收缩。
后风窗斜度对气动阻力的影响较大,对斜背式轿车,斜度等于30°时,阻力系数最大;斜度小于30°时,阻力系数较小。
后挡风玻璃倾斜 角一般以控制在25°之内为宜;后风窗与车顶的夹角为28°~32°时,车尾将介于稳定和不稳定的边缘。
典型的尾部造型有斜背式、阶背式和方(平)背式。
由于具体后部造型与气流状态的复杂性,一般很难确切地断言尾部造型式样的优劣,但从理论上说,小斜背(角度小于30°)具有较小的气动阻力系数。
流线型车尾的汽车存在最佳车尾高度,此状态下,气动阻力系数最小,此高度需要根据具体车型及结构要求而定。
后车体横向收缩可以减小截面面积,一定程度的后车体的横向收缩对降低气动阻力系数有益,但过多的收缩会引起气动阻力系数增加。
收缩程度因具体车型而定。
车尾最大离地间隙越大,车尾底部的流线越不明显,则气动升力越小,甚至可以产生负升力。
长尾车可能产生较大的横摆力矩,而切尾的快背式汽车的横摆力矩并不大,可以通过加尾翼减小横摆力矩,改善汽车的操纵稳定性。
4.扰流器的设计
扰流器通过对流场的干涉,调整汽车表面压强分布,以达到减小气动阻力和气动升力的目的。
前扰流器(车底前部)的适当高度、位置和大小对减小气动阻力和气动升力至关重要。
目前,大多将前保险杠位置下移并加装车头下缘凸起唇,以起到前扰流器的作用。
后扰流器(车尾上部)的形状、尺寸和安装位置对减小气动阻力及气动升力也非常重要,但后扰流器对气流到达扰流器之前就已分离的后背无效。
有的把天线外形设计成扰
流器,装在后风窗顶部;在赛车上设计前、后负升力翼,以抵消部分升力,从而改善汽车转向轮的附着性能。
5.车身主体与车轮之间的设计
车身主体与车轮之间存在很大的相互干涉。
适度加宽轮胎对气动阻力系数有利,但不宜过宽,存在一个最佳宽度。
不同形状的车轮辐板及车轮辐板上开孔面积的布置方式对气动性能有很大影响,在总开孔面积相同的情况下,适当增加开孔数有利于改善气动性能。
改善汽车空气动力学性能,除了优化汽车造型之外,人们也在寻求其他方法。
虽然低阻汽车的动力性和经济性得以提高,但任何事物都有两面性。
Kamm认为,对于流线型汽车,随着横摆角的变化,阻力系数有很大变化,即低阻汽车的侧风稳定性差。
汽车设计中必须综合各方面因素,权衡利弊,才能设计出高性能的汽车。
6.总结
空气动力学与汽车的造型有很大的关系,空气动力学主要研究运动汽车与空气之间的相互作用力,力的大小取决于空气与汽车之间的相对速度和汽车形状,通过对空气动力学课的学习,我们知道了汽车的形状对汽车的阻力有很大的影响,通过对汽车的造型演变历程研究发现,汽车的造型的改变很大方面是为了减少空气阻力,所以汽车造型与空气动力学有很大的关系。
参考文献:
李军,邓小刚.空气动力学与汽车造型[J].渝州大学学报.
张建立,张国忠.CFD在汽车空气动力学研究中的应用[J].沈阳大学学报
傅立敏,吴允柱,贺宝勤.队列行驶车辆的空气动力特性[J].吉林大学学报
汽车造型设计基础—人机工程学
1人机工程学的概述
2人机工程学影响外观造型的演变历史
3人体尺寸在汽车外观造型设计中的应用
4人机工程学在车身设计中的应用
5结论
6参考文献
摘要:
通过研究汽车外观造型的演变历史,从人机工程学角度探讨其对汽车外观设计的影响,并归纳其在设计中的具体应用,主要表现在如何满足人体尺寸要求和视野要求上。
为设计师在创意的时候既符合人机工程学的要求又兼顾美学标准的设计提供参考依据。
关键词:
人机工程学;汽车;造型设计;应用
1人机工程学的概述
所谓人机工程学,是把人的因素作为产品设计的重要参数,从而为产品设计提供一种新的理论依据和方法,人机工程学研究的中心问题就是优化人机关系。
在汽车设计中人机工程学称为车辆人机工程学,它是以改善驾驶员的劳动条件和车内人员的舒适性为核心,以人的安全、健康、舒适为目标,力求使整个系统总体性能达到最优。
车辆人机工程学应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法,对人体结构特征和机能特征进行研究,提供人体各部分的尺寸、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系及范围等人体结构特征参数;还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率等人体机能特征参数,分析人的视觉、听觉、触觉等感觉器官的机能特性。
在汽车造型设计中,研究人机工程学的目的是:
设计出良好的工
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