汽车空气动力学
目录
前言 (1)
汽车空气动力学的研究现状 (2)
一、汽车空气动力学研究的国内外发展情况 (2)
二、汽车空气动力学的研究方法 (3)
(1)基础理论 (3)
(2)风洞试验 (3)
(3)数值仿真 (3)
(4)CAE技术平台 (6)
三、改善汽车空气动力学性能的措施 (7)
四、空气动力学的研究前沿 (9)
总结 (12)
参考文献 (13)
前言
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。
自从世界上有了第一辆汽车以后，德国就在航空风洞中进行了车身外形实验研究。后来德国人贾莱·克兰柏勒提出前圆后尖的水滴状最小空气阻力造型设计方案，从而找到了解决形状阻力的途径。美国人W．Elay于1934年用风洞测量了各种车身模型的空气阻力系数。法国人J．Andreau则提出了汽车表面压差阻力的概念，并研究了侧风稳定性。2O世纪40年代，另一位法国人L．Romani对诱导阻力进行了研究。6O年代初，英国人white通过风洞实验提出了估算空气阻力系数的方法。到7O年代，汽车空气动力学才真正成为一门独立学科。我国是在8O年代才较为系统地研究汽车空气动力学的。
目前世界上许多公司都在汽车空气动力学研究方面进行探索与竞争，并且大都实力雄厚、各有建树。美国几乎各大汽车公司都有自己的飞机制造子公司。通用有休斯飞机公司，克莱斯勒有湾流公司。苏联的伏尔加有一个27m2的风洞，最高风速1 20km／h。法国雷诺已经开展了计算机空气动力学的研究。西德大众最近也购得CDCgo00型计算机，其目的之一可能就是汽车空气动力学的摸拟。现在世界上计算空气动力学一流水平当属美国NASA。NASA在飞行器计算空气动力学方面拥有一流的学术、研究和应用水平,并且在不断更新其巨型机。许多高超音速空气动力试验无法进行，就用计算机进行摸拟。
我国汽车工业由于近年来开始生产轿车才开始了汽车空气动力学的研究。当前的主要任务应该是抓住太好时机，建立起我国自已的汽车空气动力学研究，试验、设计的综合系统，争取国家及有关高等院校科研单位的支持，建立相应的开放实验室，争取第一流的专家及广泛的国际交流。开放实验室主要进行汽车空气动力学的计算机摸拟、外形的空气动力学优化设计及相关的并行软、硬件，计算数学的研究。其中轿车的空气动力学摸拟与优化必将太大加快新车型的开发速度，以提高产品在世界市场的竞争力，并为我国产品参与世界市场竞争创造一个开放的高水乎研究环境。在空气动力学的研究、应用的世界范围的角逐中，不断提高水平、提高素质。
汽车空气动力学的研究现状
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，且存在堵塞效应、地面效应与车轮旋转效应模拟等问题。仅采用风洞试验和路面测试技术研究汽车空气动力学，已不能满足更快速度开发出更经济、安全、舒适的汽车的需要。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。
一、汽车空气动力学研究的国内外发展情况
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。
二、汽车空气动力学的研究方法
(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。[9]
(2)风洞试验
风洞是利用巨大的风扇，把空气吸入管孔中，再利用整流板及管孔渐小的设计，把吸进的空气加以整流和加速，使之达到所需的风速，然后再送
入风洞的试验段中。在设计和改进汽车时，作出相应的模型或实物，并放入风洞进行空气动力学测试。国内外大型汽车制造公司不惜耗费巨资建造汽车试验风洞，美国通用汽车公司研制出4 500 kW、叶片直径13．1 m的世界上最大的风洞装置。风洞或实车道路空气动力学特性试验包括：①通过表面丝带法和网格丝带法测试车身表面流态；②通过烟度发生器实施烟流法测试汽车车身周围流态；③通过荧光添加剂喷雾法和水流模拟法进行流动模拟试验，以及用高速摄影法对雨水和灰尘流动特性进行印证；④通过肥皂泡法、丝带法和烟流法，对发动机室和驾驶室内的气流流态进行试验印证；⑤通过滑石粉法和泥土重量分析法印证泥垢附着状态等。[9]
(3)数值仿真
汽车空气动力学研究主要有两种方法，一种是进行风洞试验；另一种是利用CFD程序进行数值模拟。传统的风洞试验结果一般可靠性比较高，但由于它有许多局限性，如风洞试验成本高、周期长、需要制作一系列油泥模型等，阻碍了它在汽车设计中的应用。另外，在风洞试验时，我们只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整个流场中任意点的详细信息。为了观测整车的流场结构，只能依靠一些定性手段，如烟流法、油膜法和丝带法。要精确研究某些复杂流动现象，如层流向湍流的转变、拖拽涡形成与发展、尾部涡系结构等．测出这些流动的流场参数，测量截面选取很大程度上依靠经验，这
样使得精确研究这些复杂流动及其机理变得非常困难。与风洞试验相反，CFD精度比不上风洞试验，但却几乎克服了它的所有局限性。CFD是计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics)的英文名称的简写。在过去的十几年中，随着计算机技术的发展，CFD被越来越多的应用到了汽车设计中。目前，CFD可以分析从层流到湍流、定常到非定常、不可压到可压、无粘到有粘的几乎所有的流动现象。CAD技术与CFD的结合可以使得新车型的空气动力学设计周期大大缩短。由于CFD可以方便灵活地改变初始条件、边界条件以及几何边界条件，并且可以获得整个流场任意点处的详细信息，使得研究清楚流动机理变得可行。对某种车型的空气动力性能优选更加快速有效。CFD最主要的问题在于精度不如风洞试验，但目前许多大型商业化通用软件已经很好地解决了这一问题。而某些专用CFD软件在解决某些汽车流场计算时可达到更高精度。
CFD方法是对流场的控制方程用计算数学的算法将其离散到一系列网格节
点上求其离散的数值解的一种方法。计算数学中，将具体的流场控制方程分为3类：椭圆型、抛物型和双曲型方程。椭圆型方程与时间变量无关，仅与空间变量的：次导数项有关，一般用作描述定常情况的控制方程。抛物型与双曲型方程不仅与空间变量导数项有关，而且分别与时间变量的一阶和二阶导数项有关，被用作描述非定常情况下的控制方程求解偏微分方程的数值方法主要分为有限差分法、有限元法及有限体积法3种。它们中的任意一种都可以用来求解偏微分方程，但求解的精度各不相同。对这3种不同类型方程数学上已经发展出不同的稳定、收敛的算法。一般对椭圆型方程使用有限元法，对抛物型和双曲型方程则使用有限体积法。目前流行的大型商业化CFD软件中FLOTRAN是使用有限元法，而CFX、STAR—CD、FLUENT等是使用有限体积法。数值模拟的一般步骤是：a、建立所研究问题的物理模型，再将其抽象成数学、力学模型。之后确定要分析的几何形体的空间影响区域。b、建立整个几何形体与其空间影响区域，即计算区域的CAD 模型，将几何体的外表面和整个计算域进行空问网格削分。网格的稀疏以及网格单元的形状将会对以后的计算产生很大的影响。不同的算法格式为保证计算的稳定性和计算效率，一般对网格的要求也不一样。c、加入求解所需的初始条件，入口与出口处的边界条件一般为速度、压力条件，若分析的问题考虑了湍流则还要给出湍流动能及耗散率的出入口边界条件。另外还要加入几何壁面的边界条件，一般计算域的边界应加上正常的所处环境的流体参数，而几何形体表面由于粘性效应，则应加上无滑移的边界条件，即速度沿各个方向均为零。这里要注意
在考虑了相对运动和地面效应等之后的边界条件的加法，不要矛盾和重复。d、选择适当的算法，设定具体的控制求解过程和精度的一些条件，对所需分析的问题进行求解，结果以数据文件保存。e．选择合适的后处理器(Post Processor)读取计算结果文件，将其以图形化格式反映出来。观察其结果若与真实情况不符则重复上述步骤直到求得收敛数值解。
在内燃机的设计和开发中，CFD已被作为一种重要而有效的工具加以利用。内燃机的燃烧过程很大程度上受燃料与空气混合程度的影响，这种混合是一种复杂的瞬态流动。目前绝大多数CFD商用软件均可以解决此问题，它们均提供有求解多元混合流动的模块，且计算精度均较高。另外，在汽车室内气候调节、暖气、通风空调系统的设计中也大量使用CFD软件来帮助分析。在发动机冷却、排气系统的设计中，CFD分析结果也被大量地使用。在汽车制冷风扇的叶片设计以及液力变矩器、油泵和盘式制动器的冷却系统的设计中也大量地使用了CFD分析结果。
在汽车领域，CFD正成为预测整车外流场和热分布场的有力工具。它正在被大量应用于日常汽车零部件的设计开发中。由于风洞试验中取得整个流场任意一点处的流动状况非常难。在某些情况下，当CFD求解精度足够时，CFD数值模拟可以提供整个计算域上的流场结构特征的详细信息。只要应用适当，CFD能够显著地减少原型车风洞试验次数和设计成本，缩短开发周期。在我们使用商业化CFD 软件进行汽车空气动力学数值模拟过程中，国内常见的CFD软件，如CFX 、FLUENT、STAR—CD以及FLOTRAN都可以对汽车外流场进行较精确的模拟。其中CFX、FLU．ENT 和STAR—CD的求解能力及功能都比较强，都可以做三维定常或非定常、可压或不可压的层流或紊流场的数值模拟。相比较而言，CFX精度稍高一些，STAR—CD求解有热交换的内部流动问题的能力稍强，它们中FLUENT使用最方便。而FLOTRAN 由于是有限元软件ANSYS中的一个模块，它做一些耦合场，如流体与固体、声场或电磁场的耦合问题能力比较强，但进行三维复杂几何形体的计算比较困难，网格划分能力也不强，它比较适合做二维定常不可压流场的数值模拟。由于目前所分析的汽车外形的细节部位越来越复杂，以及所需要求解的问题本身的复杂程度，CFD对网格要求、算法精度等都提出了比较高的挑战。但随着计算机硬件技术和计算流体软件技术的发展，CFD终将能满足日益增长的汽车空气动力学设计的需要。[2]
(4)CAE技术平台
随着计算机技术、数学分析方法的发展，在CFD方法仿真汽车空气动力学特性的基础上，研发出汽车空气动力学设计CAE平台。例如，在国家“863计划”的“复杂流场数值模拟”、国家自然科学基金项目的“工程旋涡分离流动研究”、清华大学“985工程”的“数字化轿车”、“轿车关键技术研究”等项目的支持下，清华大学流体控制CAE室以ICEM—CFD和STAR—CD商业软件为基础，研制开发出汽车设计CAE平台。CAE平台的基本开发方法基于把功能、美学、CFD三大要素结合起来进行汽车造型设计，从而形成了汽车造型设计方法：(1)用专家系统工程方法提升前人风洞试验、实车道路测试、数字仿真和理论研究成果，该成果以数据库形式，实现可供计算机提取的知识平台。(2)开展新的风洞或者道路空气动力学特性测试，给出气动力、气动力矩、汽车内外三维流场、泥垢附着、雨水灰尘流动等动力学研究成果。(3)通过逆向工程或实车电子数据，建立汽车局部车身或整个车身的外形，进而为用数值分析方法仿真出汽车气动力和内外三维流场构建基础。(4)针对汽车车身分布结构，构造多个智能体，开展分布式并行研究。如汽车流场数据库模块，将包括：发动机罩和前风窗之问的局部气流分离；汽车后部的气流分离和尾涡流；汽车底部与地面之间的气流；车轮转动对三维流场的影响；内部气流的影响；细小表面突起的影响等部分。(5)软件嵌入：操作系统软件(如WlnXP)；三维造型软件(如CATIA)；集成平台(如VC)；流场分析软件(如STAR．CD、ABAQ吣)等。(6)软件包的多模块、多功能、跨平台的耦合集成研究。实施软件质量控制、程序验证、需求输入；完成功能输出、设计更改、扩充、软件评价等。
仿真主要应做以下几方面工作：(1)研究先进的几何建模和网格生成技术以及网格特征对解题精度、收敛性及稳定性的影响。(2)旋涡分离流动是汽车绕流场中不可避免的流动现象，应寻求更准确的物理描述模型。(3)非定常流动是汽车流场的本质属性，非定常流动研究的发展，将对汽车旋涡分离流动进行有效的控制，并改善汽车的行驶稳定性和经济性。(4)湍流流动计算方法研究应集中在湍流模型、大涡模拟和直接数值模拟三方面．而在不远的将来就有可能对汽车粘性流动进行数值模拟。(5)发展数值算法，促进使用大尺度涡流模拟、小尺度湍流模型方法求解全N—s方程组。(6)对已有的程序和计算方法进行验证，找出存在的问题，从而推动数值仿真的进一步发展。[9]
三、改善汽车空气动力学性能的措施
汽车具有良好的空气动力学性能，有利于提高汽车的动力性和燃油经济性、改善汽车的操纵性和行驶稳定性进而提高汽车的安全性、改善汽车的乘坐舒适性。随着汽车设计、制造技术的进步和对汽车性能的要求越来越高，汽车空气动力学性能已成为汽车车身设计中必须考虑的重要因素。
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；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，圆角与阻力的关系r／b=0．045(r为车头横向边角倒圆角半径，b为车宽)时，即可保持空气流动的连续；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。
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。
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。
一般随车身底部离地高度的增加，气动阻力系数有所减小，但高度过小，将增加气动升力，影响操纵稳定性及制动性；另外，确定离地高度时，还要考虑汽车的通过性与汽车重心高度。车身底部纵倾角对气动阻力影响较大，纵倾角越大，气动阻力系数越大，故底板应尽量具有负的纵倾角，将底板做成前低后高的形状有利于减小气动升力。车身底板适度的纵向曲率(用弯度线与直线的最大高度差与直线长度之比为弯度来描述)可以降低平均压力，相应地减小气动升力；适度的车身底板横向曲率可以减小气动阻力，但太大，可能引起底部横向气流与侧面气流相干扰。合适的后部离去角，也可能减小空气阻力。
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。
车身主体与车轮之间存在很大的相互干涉。h／D
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]
四、空气动力学的研究前沿
随着我国汽车保有量的显著增加和高速公路的发展，超车现象经常出现。汽车高速超车时，车身周围的空气流场之间将会产生强烈的气动干扰，严重影响汽车的气动特性、操纵稳定性和行驶安全性。目前，对单辆汽车外流场的研究较多，而对汽车超车过程外流场的研究较少，对车辆队列行驶、会车及超车等复数车辆行驶状态气动特性的研究更少，并且国外大多从风洞试验的角度对此进行研究，国内已有学者对超车和会车情况进行了初步研究，但尚未见有关队列行驶情况的报道，因此研究高速时汽车超车过程的气动特性具有十分重要的意义。[6]数值仿真的兴起促进了汽车空气动力学研究的发展，改变了汽车空气动力学性能设计与分析评价的状况，大量的数值仿真研究结果已有效地应用于汽车设计，同时也促进了数值仿真研究的发展。从计算方法看，面元法只限用于特定性质的流场，分区法可计算机和计算技术的发展，Euler法比RANS法计算量小的优点已不很明显，因此Euler法在汽车工程中应用较少，RANS法在数值仿真中应用
的主要难点在用于汽车设计早期阶段的空气动力学分析，提供有益的方向性指导。随着于分离流动、湍流模型和阿格系统的优化。LES法仅处在研究阶段，要具体应用于数值仿真的工程实际还较困难。大量文献中所谓的DNS实际上并不是真正直接数值模拟，其大尺度和小尺度涡团分别是通过耗散效应、数值粘性来模拟的，当然这些工作为将来真正应用DNS法积累了有益的经验。
数值仿真应用的主要目的是为了提供影响汽车空气动力学性能的流动特性和现象的详细信息，增加对流动特性的了解，为汽车设计提供方向性的指导。从目前的发展状况看，仅采用计算流体力学的商业软件是不能够很好地模拟汽车外部流场。尽管我国在汽车空气动力学试验和理论研究方面起步较晚，但数值仿真为我们在该领域尽快赶上发达国家的研究水平提供了新的契机，因此，为提高我国汽车自主开发的能力，积极开展汽车空气动力学数值仿真的理论和方法的研究具有重要的学术意义和工程价值。
汽车空气动力学数值仿真研究领域方兴未艾，研究主要应在以下几个方面开展工作：(1)预先处理（几何建模和阿格生成) 为复杂的汽车三维结构发展先进的几何建模和阿格生成技术；提高阿格特征对解题精度、收敛性以及稳定性影响的了解。(2)旋涡分离流动模拟分离流动是汽车绕流流场中典型的、不可避免的流动现象。对汽车粘性流动进行数值分析的主要困难在于分离旋涡流动，近几十年对汽车流场数值仿真的研究表明，迄今还不能对汽车大尺度分离流动进行有效模拟，这就要求对汽车分离旋涡流动进行深入的研究，对其物理机制具备深入透彻的了解，才能发展更适用、更准确的物理模型和数值计算方法。(3)非定常流动问题非定常流动是汽车流场的本质属性，随着非定常流动研究的发展，将对汽车旋涡分离流动进行有效控制和利用，改善汽车的行驶稳定性和经济性，同时有利于汽车造型多样化、个性化。(4)湍流模拟对湍流问题深入研究，从而发展相应的湍流流动计算方法，主要集中在湍流模型、大涡模拟和直接数值模拟三方面。虽然摆脱时均概念与湍流模型而直接对湍流进行数值模拟的方法要求超级计算机，且目前只对简单的几何条件才能进行，但初步研究结果及计算机科学与技术的飞速发展使人们相信，在不远的将来就有可能对汽车粘性流动进行数值模拟。(5)数值算法发展更快更有效的数值算法，促进使用大尺度涡流模拟／小尺度湍流模型方法求解全N-S方程组。同时可通过开发和使用先进的计算机体系结构和专家系统方案，提高计算能力。(6)数值仿真程序验证对已有的程序和计算方法进行验证是数值仿真研究的一项十分重要的工作，只有通过验证，才能使数
值仿真更好地应用于汽车工程实际。
上述领域也正是当代空气动力学的主要研究前沿。上述研究将进一步丰富和发展空气动力学的学科内容．促使数值仿真方法的突破性进展，有助于汽车空气动力学中新技术、新方法和新模型的建立。在21世纪，随着数值仿真技术的不断发展，特别是对非定常分离流涡运动以及湍流问题等数值仿真面临的主要难点的研究进展，数值仿真将成为汽车造型设计与分析评价的强有力工具，同时将为汽车空气动力学的研究和应用提供广阔的前景。[8]
总结
我国汽车工业由于近年来开始生产轿车才开始了汽车空气动力学的研究。当前的主要任务应该是抓住大好时机，建立起我国自已的汽车空气动力学研究、试验、设计的综合系统，争取国家及有关高等院校科研单位的支持，建立相应的开放实验室，争取第一流的专家及广泛的国际交流。开放实验室主要进行汽车空气动力学的计算机摸拟、外形的空气动力学优化设计及相关的并行软、硬件，计算数学的研究。其中轿车的空气动力学摸拟与优化必将太大加快新车型的开发速度，以提高产品在世界市场的竞争力，并为我国产品参与世界市场竞争创造一个开放的高水平研究环境。在空气动力学的研究、应用的世界范围的角逐中，不断提高水平、提高素质。
对于汽车空气动力学研究，一汽技术中心建立的除风洞试验之外的又一种先进手段一计算机模拟计算，即CFD(计算流体力学)。它具有成本低、周期短、可在开发前期进行等特点。目前已经开展了整车空气动力特性、附加装置空气动力学性能、车身空调系统流动特性等问题的模拟计算，取得了有意义的结果，首次在新产品开发阶段中得到应用，对产品性能给出预测，为产品开发提供了有力的支持。空气动力学模拟计算作为CAE的一个方面，正在逐渐走进设计，在产品开发中发挥愈来愈大的作用。
参考文献
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汽车空气动力学研究现状
班级：1002
专业：车辆工程
学号：2010020038
姓名：赵方
指导老师：林慕义
完成日期：2010年12月10日
汽车空气动力学
随着高速公路的发展，燃油价格的上涨以及越发严格法规的颁布，对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性和舒适性提出了越来越高的要求，这使得汽车空气动力学的研究成为汽车行业的重点研究方向之一。采用计算流体力学方法对其性能进行预测，相比风洞试验可以节约资金，缩短新车型开发周期。面对这种形势，本文针对车身设计提出了一种通过空气动力学性能分析来确定造型的工业设计方法，并对汽车三维外流场进行了数值模拟。本文首先阐述了轿车外流场数值模拟的整个过程，包括几何、物理模型的建立、湍流模型的选取、边界条件的添加等。所分析的模型选择某豪华轿车1:2实车模型，对实车模型作了如下简化：忽略车身外部突起物如后视镜、刮雨器等部分；没有考虑车轮影响；对车身底部做了简化，没有模拟车底真实的几何形状。为了节省计算耗费，只取实车模型沿纵向对称面的一半。利用FLUENT进行模型分析，得出车身表面压力分布图、压力场的流态显示，并计算了相应的阻力系数，从而较好地模拟了轿车的外流场，确定了车身空气动力学特性，并对模型在不同的边界条件下和不同的湍流模型下进行了比较和分析，为数值模拟的实用化做了一些有益的尝试。本文还详细论述了基于空气动力学的车身造型设计方法，以及其两条技术路线，积极探索空气动力学在车身造型中的具体应用，为车身设计提供了新的思路。最后得出结论，汽车空气动力特性的数值模拟可以辅助汽车设计师，在设计初步完成之后，对其进行流场的数值模拟，对设计提出改进意见，争取达到美学与空气动力性完美结合的程度。 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。 自从世界上有了第一辆汽车以后，德国就在航空风洞中进行了车身外形实验研究。后来德国人贾莱·克兰柏勒提出前圆后尖的水滴状最小空气阻力造型设计方案，从而找到了解决形状阻力的途径。美国人W．Elay 于1934年用风洞测量了各种车身模型的空气阻力系数。法国人J．Andreau则提出了汽车表面压差阻力的概念，并研究了侧风稳定性。2O世纪40年代，另一位法国人L．Romani对诱导阻力进行了研究。6O年代初，英国人white通过风洞实验提出了估算空气阻力系数的方法。到7O年代，汽车空气动力学才真正成为一门独立学科。我国是在8O年代才较为系统地研究汽车空气动力学的。 目前世界上许多公司都在汽车空气动力学研究方面进行探索与竞争，并且大都实力雄厚、各有建树。美国几乎各大汽车公司都有自己的飞机制造子公司。通用有休斯飞机公司，克莱斯勒有湾流公司。苏联的伏尔加有一个27m2的风洞，最高风速1 20km／h。法国雷诺已经开展了计算机空气动力学的研究。西德大众最近也购得CDCgo00型计算机，其目的之一可能就是汽车空气动力学的摸拟。现在世界上计算空气动力学一流水平当属美国NASA。NASA在飞行器计算空气动力学方面拥有一流的学术、研究和应用水平,并且在不断更新其巨型机。许多高超音速空气动力试验无法进行，就用计算机进行摸拟。 我国汽车工业由于近年来开始生产轿车才开始了汽车空气动力学的研究。当前的主要任务应该是抓住太好时机，建立起我国自已的汽车空气动力学研究，试验、设计的综合系统，争取国家及有关高等院校科研单位的支持，建立相应的开放实验室，争取第一流的专家及广泛的国际交流。开放实验室主要进行汽车空气动力学的计算机摸拟、外形的空气动力学优化设计及相关的并行软、硬件，计算数学的研究。其中轿车的空气动力学摸拟与优化必将太大加快新车型的开发速度，以提高产品在世界市场的竞争力，并为我国产品参与世界市场竞争创造一个开放的高水乎研究环境。在空气动力学的研究、应用的世界范围的角逐
汽车空气动力学重点
第一章 绪论 1. 空气动力学的研究方法1实验研究2理论分析3数值计算 2. 汽车流场包括和内部流场车身外部流场 3. 气动阻力增加，加速能力下降。当汽车达到最大车速时，加速度的值就瞬低为零 4. 消耗于气动阻力的功率T D A C P ηρ23 a u =，功率与速度3次方、阻力与速度2次方成正比 5. 汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：1.升力和纵倾力矩都将减小汽车的附着力，从 而使转向轮失去转向力，使驱动轮失去牵引力，影响汽车的操纵稳定性，质量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮胜利越敏感。2.为提高汽车的方向稳定性，要减小侧向力，使侧向力的作用点移向车身后方 6. 汽车空气动力学发展的历史阶段 答：（1）基本形状化造型阶段（2）流线形化造型阶段：①杰瑞提出“最小阻力的外形是以流线形的一半构成的车身”‘只有消除尾部的分离，才能降低阻力’；②雷提出：短粗的尾部与长尾相比，仅使气动阻力系数有较小的升高，1934年起，雷提出的粗大后尾端的形状逐渐发展为快背式。③康姆提出，对大阻力的带棱角的车型，气动阻力系数随横摆角的增加变化很小，而对于流线型汽车，随着横摆角变化，阻力系数有很大变化，即地租汽车侧风稳定性差、。（3）车身细部优化阶段：汽车空气动力学设计的原则是首先进行外形设计，然后对形体细部逐步或同时进行修改，控制以及防止气流的分离现象发生以降低附着力，成为细部优化法（4）汽车造型的整体优化阶段：整体优化法设计的原则是首先确定一个符合总部制要求的理想的低阻形体，在其发展成实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格的保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离，称之为形体最佳化 第二章 汽车空气动力学概述 7. 气动升力及纵倾力矩：1.由于汽车车身上部和下部气流的流速不同，使车身上部和下部 形成压力差，从而产生升力。作用于汽车上的升力将减小轮胎对地面的压力，使轮胎附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。 2.车身底部外形对升力系数影响很大，故不能仅根据侧面形状来分析汽车空气动力特性 8. 侧向力及横摆力矩：1.侧向力和横摆力矩都影响汽车的行驶稳定性，在非对称气流中， 横摆力矩有使汽车绕垂直轴转动的趋势。 2.流线型系数越大，侧向力系数越小，并且侧向力系数几乎与横摆角成比例增加，一般长度较小、宽度较大、车身低矮的汽车空气动力稳定性好 9. 侧倾力矩：汽车的高度和宽度对侧倾力矩影响很大，一般低而宽的汽车侧倾力矩系数比 高而狭长的汽车的汽车的侧倾力矩系数小，汽车设计时，应尽量使风压中心接近侧倾轴线 10. 阻力分类：气动阻力：外部阻力（形状阻力、诱导阻力）和内部阻力（发动机冷却系阻 力、驾驶室内空调阻力、汽车部件冷却阻力），诱导阻力是升力的水平分力。 11. 空气动力特性影响因素：前端形状、风窗玻璃与发动机罩形状、顶盖外形、车身侧面 外形、后窗周围形状、车身底部外形。 12. 在设计中，前端形状如能尽量倒圆棱角，使外形接近流线型，并减小车头的正面投影面 积，就可得到较好的空气动力学效果 13. 影响风窗玻璃与发动机转角部位空气动力特性的主要因素是：发动机罩与风窗玻璃的夹 角、发动机罩的三维曲率及结构、风窗玻璃的三维曲率及结构 14. 车身侧面外形对空气动力特性的影响：在保证总布置设计要求即在居住空间控制的范 围内，影视侧面外形曲率达到最佳化，消除侧面部件的外凸和棱角，使其平滑以消除和
汽车文化试卷及答案
2017—2018第一学期 17春汽修班《汽车文化》期末考试题 注意事项： 1、考生应严格遵守考场规则，得到监考人员指令后方可答题。 2、考生拿到试卷后应首先填写密封线内各项内容（准考证号、姓名、学校），不得填出密封线外，同时把座位号填写在试卷右上角座位号栏内。 3、用蓝、黑色圆珠笔或钢笔把答案直接写在表格里。 4、注意字迹清楚，保持卷面整洁。 5、考试结束将试卷放在桌上，不得带走。考试时间90分钟。 判断题： 选择题： 一、判断题 ：（每题 2 分，共计 40 分） 1、F1赛车发动机的冷却是靠水来冷却的。 （ ） 2、美国通用汽车公司创建于1908，创建人是威廉.C 杜兰特 （ ） 3、大众汽车公司主要有大众和奥迪两大品牌。 （ ） 4、本次和戴姆勒发明的汽车都采用柴油机 （ ） 5、1895年，法国的米其林兄弟制造出了用于汽车的充气轮胎 （ ） 6、美国第一大汽车公司是福特汽车公司 （ ） 7、福特汽车公司生产的T 型汽车是世界第一条流水线装配而成的汽车。 （ ） 8、爬坡试验包括最大爬坡度与爬长坡以及动力三项试验。 （ ） 9、德国工程师卡尔本次发明了在世界上第一辆摩托车。 （ ） 10、世界上第一辆吉普车是由美国班特姆公司制造。 （ ） 11、汽车是用内燃机作为动力，主要在公路上或马路上行驶的交通工具，通常有4个或4个以上的橡胶轮胎，用来运载人或货物。 （ ） 12、汽车电气设备由车身和发动机组成。 （ ） 13、1956年7月，国产第一辆“解放”牌4t 载货汽车在第一汽车制造厂诞生。“一汽”也因此被誉为中国汽车工业的摇篮。 （ ） 14、所有的宝马轿车都是后轮驱动。 （ ） 15、马自达以其辉煌的技术创新历史而自豪，尤其以转子发动机为代表。 （ ） 16、汽车噪音的主要来源有两个方面，一是发动机，另一个是喇叭。 （ ） 17、太阳能汽车使用太阳能电池把光能转化成电能储存在蓄电池中，用蓄电池来推动汽车。( ) 18、白色的汽车发生交通事故的几率远高于黑色汽车。 （ ） 19、未来小客车的造型必然是在鱼形车的基础上加以改进。 （ ） 20、方程式汽车赛项目只有F1。 （ ） 二、选择题 ：（每题2分，共计40 分） ( )。 A 、凯迪拉克 B 、地球 C 、水星 D 、 雪佛兰 2.( )成功地创造了一整套现代公司组织管理体系。 A 、 阿尔佛雷德 斯隆 B 、 丰田喜一郎 C 、 威廉 杜兰特 D 、威廉姆 迈巴赫 3.我国第一辆轿车是（ ）。 A 、红旗CA770高级轿车 B 、解放牌轿车 C 、SH760中级轿车 D 、东风牌轿车 年一级方程式汽车大赛中国大奖赛在（ ）赛道举行。 A 、北京 B 、上海 C 、广州 D 、大连 5.世界上最早组织汽车比赛的国家是（ ）。 A 、法国 B 、英国 C 、美国 D 、中国 年美国克莱斯勒的（ ）小客车，首次采用流线形车身。 A 、气流牌 B 、和风牌 C 、甲壳虫 D 、顺风牌 7.汽车排放造成的大气污染会破坏（ ），从而造成太阳辐射过强，也会导致出现高温天气。 A 、臭氧层 B 、对流层 C 、大气层 D 、电离层 8.氢气汽车指用（ ）的汽车 学校： 班级： 姓名： 学号： 身份证号： ……………………………装………………………订………………………线…………………………………
汽车文化期末考试B卷(答案)
贵州城市职业学院2014—2015学年度第二学期 本大题得( )分 一、单选题（每题2分，共20分） 1. 属于中国汽车自主品牌的是：（ A ）。 A ．解放 B. 福特 C ．大众 D. 雷诺 2. 奇瑞牌轿车的生产基地位于：( B ) A ．中国上海 B. 中国安徽芜湖 C ．德国沃尔夫斯堡 D. 美国底特律 3. 按我国规定,中型客车的车长划分为 ( C ) A ．L 〈3.5米 B. 3.5米〈L 〈7米 C ．7米〈L 〈10米 D. L 〉10米 4. 汽车地盘由传动系、（ D ）、转向系、和制动系组成。 A ．发动机 B. 变速器 C ．悬架 D. 行驶系 5. 活塞位于（ A ）内 A ．气缸 B. 曲轴箱 C ．空气滤清器 D. 飞轮 6. VIN 车辆识别代码由WMI 、VDS 和（ A ）构成。 A ．VIS B. VSI C ．VSS D. VII 7. 汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶（ B ）公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。 A ．80 B. 100 C ．120 D. 200 8. “城市越野车”的英文简写是（ A ）。 A ．SUV B. MPV C ．4WD D. RV 9. 四冲程发动机曲轴，当其转速为3000r/min 时，则同一气缸的进气门，在1min 时间内开闭次数应该是( B )。 A ．3000 B. 1500 C ．750 D. 500 10. 福特车标将英文“Ford”设计为形似奔跑的（ A ）。 A ．兔子 B. 马 C ．羊 D. 豹子 本大题得( )分 专业： 班级： 学号： 姓名： 座位号： . 装订线 — — — — — — — — — — 装订线 — — — — — — — — — — 装订线 — — — — — — — — — — 装订线 — — — — — — — — — — 装订线
汽车文化试卷及答案
汽车文化试卷及答案 TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】
2017—2018第一学期 17春汽修班《汽车文化》期末考试题 注意事项： 1、考生应严格遵守考场规则，得到监考人员指令后方可答题。 2、考生拿到试卷后应首先填写密封线内各项内容（准考证号、姓名、学校），不得填出密封线外，同时把座位号填写在试卷右上角座位号栏内。 3、用蓝、黑色圆珠笔或钢笔把答案直接写在表格里。 4、注意字迹清楚，保持卷面整洁。 5、考试结束将试卷放在桌上，不得带走。考试时间90分钟。 判断题： 选择题： 学校： 班级： 姓名： 学号： 身份证号：
1、F1赛车发动机的冷却是靠水来冷却的。 （） 2、美国通用汽车公司创建于1908，创建人是威廉.C杜兰特（） 3、大众汽车公司主要有大众和奥迪两大品牌。 （） 4、本次和戴姆勒发明的汽车都采用柴油机 （） 5、1895年，法国的米其林兄弟制造出了用于汽车的充气轮胎（） 6、美国第一大汽车公司是福特汽车公司 （）7、福特汽车公司生产的T型汽车是世界第一条流水线装配而成的汽车。 （） 8、爬坡试验包括最大爬坡度与爬长坡以及动力三项试验。 （） 9、德国工程师卡尔本次发明了在世界上第一辆摩托车。 （） 10、世界上第一辆吉普车是由美国班特姆公司制造。 （） 11、汽车是用内燃机作为动力，主要在公路上或马路上行驶的交通工具，通常有4个或4个以上的橡胶轮胎，用来运载人或货物。 （） 12、汽车电气设备由车身和发动机组成。 （） 13、1956年7月，国产第一辆“解放”牌4t载货汽车在第一汽车制造厂诞生。“一汽”也因此被誉为中国汽车工业的摇篮。 （）
经典汽车空气动力学
《工程流体力学－汽车空气动力学》复习大纲（答案仅供参考） 1、 汽车空气动力学的发展有哪几个时期？ 基本型时期、流线型时期、最优化时期 2、 汽车空气动力学的研究方法有哪些？ 实验 理论 数值模拟（CFD ） 3、 汽车空气阻力与哪些因素有关？ 式中，CD 称为空气阻力系数；A 称为迎风面积；ρ是空气密度；ur 是相对速度，无风时即为汽车的行驶速度ua （m/s ）。 4、 什么是流体的粘性？流体的粘性与什么有关，怎样变化？ 粘性是指在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力。 温度是影响流体粘性的主要因素，液体的粘性随温度的升高而减小，气体的粘性随温度的升高而增大。 5、 什么是音速？什么是马赫数？它们是衡量气体的什么性质的指标？ 音速（a )：微小扰动在某种介质中的传播速率。用来衡量气体的压缩性。音速越大，越不易压缩。 马赫数：用来衡量运动气体的压缩性。 v----气体的运动速度；a---气体的当地音速。 6、 在什么情况下气体可看作不可压缩流体？ Ma 小于0.3时，气体可看作不可压缩流体。 7、 什么是流线？流线有什么性质？ 流线（Streamline ）是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上的所有质点的速度矢量均与这条曲线相切。 流线的几点性质 ? 1. 流线簇的疏密程度反映了该时刻流场中各点速度的变化。 ? 2. 对于恒定流，流线的形状和位置不随时间而变化。 ? 3. 恒定流时，流线和迹线重合。 ? 4. 一般情况下，流线不能相交，不能折转，只能是一条光滑曲线。 8、 什么是层流？什么是紊流？ 层流（Laminar Flow ）：各流层质点互不掺混，分层有规则的流动状态。 紊流（Turbulent Flow ）：质点运动轨迹极不规则，各流层质点剧烈掺混。 9、 什么是不可压缩一元流连续方程？有什么物理意义？ 221r D w u A C F ρ?=a v Ma =
(完整版)汽车车身结构与设计期末考试试题
一、名词解释 1、车身：供驾驶员操作，以及容纳乘客和货物的场所。 2、白车身：已装焊好但尚未喷漆的白皮车身。 3、概念设计：指从产品构思到确定产品设计指标（性能指标），总布置定型和造型的确定，并下达产品设计任务书为止这一阶段的设计工作。 4、H点：H点装置上躯干与大腿的铰接点。 5、硬点：对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键点。 6、硬点尺寸：连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间，以满足使用要求的空间尺寸。 7、眼椭圆：不同身材的乘员以正常姿势坐在车内时，其眼睛位置的统计分布图形；左右各一，分别代表左右眼的分布图形。 8、驾驶员手伸及界面：指驾驶员以正常姿势入座、身系安全带、右脚踩在加速踏板上、一手握住转向盘时另一手所能伸及的最大空间廓面。 9、迎角：汽车前、后形心的连线与水平线的夹角。 10、主动安全性：汽车所具有的减少交通事故发生概率的能力。 11、被动安全性：汽车所具有的在交通事故发生时保护乘员免受伤害的能力。 12、静态密封：车身结构的各连接部分，设计要求对其间的间隙进行密封，而且在使用过程中这种密封关系是固定不动的。 13、动态密封：对车身上的门、窗、孔盖等活动部位之间的配合间隙进行密封，称为动态密封。 14、百分位：将抽取的样本实测尺寸值由小到大排列于数轴上，再将这一尺寸段均分成100份，则将第n份点上的数值作为该百分位数。 二、简答 1、简述车身结构的发展过程。 没有车身——马车上安装挡风玻璃——木头框架+篷布——（封闭式的）框架（木头或钢）+木板——（封闭式的）框架（木头或钢）+薄钢板——全钢车身——安全车身。 2、车身外形在马车之后，经过了那几种形状的演变？各有何特点？ ①厢型：马车外形的发展②甲虫型：体现空气动力学原理的流线型车身③船型：以人为本，考虑驾乘舒适性④鱼型：集流线型和船型优点于一身⑤楔型：快速、稳定、舒适。 3、车身设计的要求有哪些？ 舒适、安全、美观、空气动力性。 ①结构强度足够承受所有静力和动力载荷；②布置舒适，有良好的操纵性和乘座方便性；③具有良好的车外噪声隔声能力；④外形和布置保证驾驶员和乘员有良好的视野；⑤材料轻质，减小质量； ⑥外形具有低的空气阻力；⑦结构和装置措施必须保护乘员安全；⑧材料来源丰富、成本低，易于制造和装配；⑨抗冷、热和腐蚀抵能力强；⑩材料具有再使用的效果；⑩制造成本低。 4、车身设计的原则有哪些？ ①车身外形设计的美学原则和最佳空气动力特性原则。②车身内饰设计的人机工程学原则。③车身结构设计的轻量化原则。④车身设计的“通用化，系列化，标准化”原则。⑤车身设计符合有关的法规和标准。⑥车身开发设计的继承性原则。 5、什么是白车身？它的主要组成有哪些？ 已装焊好但尚未喷漆的白皮车身。 组成：车身覆盖件+车身结构件+部件。①车身覆盖件：覆盖车身内部结构的表面板件。②车身结构件：支撑覆盖件的全部车身结构零件。③部件：前翼子板、车门、发动机罩和行李箱盖。 6、简述车身承载类型的特点及适用车型。 （1）、非承载式（有车架式）：车架作为载体 1>特点：①装有单独的车架；②车身通过多个橡胶垫安装在车架上；③载荷主要由车架来承担。 ④车身在一定程度上仍承受车架引起的载荷。2>适用车型①货车（微型货车除外）②在货车底盘基础上改装成的大客车③专用汽车④大部分高级轿车。 （2）、承载式：去掉车架，由车身直接承载。 1>特点：①保留部分车架、车身承受部分载荷。②前后加装副车架。2>适用车型：基础承载式、整体承载式大客车。
空气动力学试卷及答案
空气动力学试卷A 选择题（每小题2分，共20 分） 1. 温度是表示一个（）的特性。 A. 点 B. 线 C. 面 D.体 2. 通常压强下，空气是否有压缩性（） A. 无 B. 有 C.不确定 D.以上都有可能 3. 升力系数的 表达式为（） A. B. C. D. 4. 矢量的和的矢量积（叉乘） 符合（） A. 左手法则 B. 右手法则 C. 左、右手法则都符合 D. 左、 右手法则都不符合 5. 下列哪种情况出现马赫锥：( ) 小扰动在静止空气中传 播小扰动在亚声速气流中传播小扰动在声速气流中传播小扰动在超声速气流 中传播 6. 膨胀波是超声速气流的基本变化之一，它是一种（）的过程： A. 压 强上升，密度下降，流速上升 B. 压强下降，密度下降，流速下降 C. 压强下降， 密度下降，流速上升 D. 压强上升，密度下降，流速下降 7. 边界层流动中， 边界层内流体的特性是：( ) A. 流速在物面法向上有明显的梯度，流动是有旋、 耗散的 B. 流速在物面法向上无明显的梯度，流动是有旋、耗散的 C. 流速在物 面法向上有明显的梯度，流动是无旋的 D. 流速在物面法向上无明显的梯度，流 动是无旋的 8. 低速翼型编号NACA2412中的4表示什么：( ) A. 相对弯度为 40% B. 相对弯度的弦向位置为40% C. 相对厚度为40% D. 相对厚度的弦向位置 为40% 9. 对于一个绝热过程，如果变化过程中有摩擦等损失存在，则熵必有 所增加，必然表现为：( ) A. B. C. D.不能确定10. 马赫数Ma的表达式为：( ) A. B. C. D. 二、填空题（每小题3分，共15分） 1. 流体的压强就是气 体分子在碰撞或穿过取定表面时，单位面积上所产生的法向力。定义式是：
车辆系统动力学试卷
1、系统动力学有哪三个研究内容？ （1）优化：已知输入和设计系统的特性，使得它的输出满足一定的要求，可称为系统的设计，即所谓优化。就是把一定的输入通过选择系统的特性成为最优化的输出。 （2）系统识别：已知输入和输出来研究系统的特性。 （3）环境预测。已知系统的特性和输出来研究输入则称为环境预测。 例如对一振动已知的汽车，测定它在某一路面上行驶时所得的振动响应值（如车身上的振动加速度），则可以判断路面对汽车的输入特性，从而了解到路面的不平特性。 车辆系统动力学研究的内容是什么？ （1）路面特性分析、环境分析及环境与路面对车辆的作用；（2）车辆系统及其部件的运动学和动力学；车辆内各子系统的相互作用； （3）车辆系统最佳控制和最佳使用； （4）车辆-人系统的相互匹配和模型研究、驾驶员模型、人机工程等。 2、车辆建模的目的是什么？ （1）描述车辆的动力学特性； （2）预测车辆性能并由此产生一个最佳设计方案； （3）解释现有设计中存在的问题，并找出解决方案。 车辆系统动力学涉及哪些理论基础？ （1）汽车构造 （2）汽车理论
（3）汽车动力学 （4）信号与系统 在“时间域”及“频率域”下研究时间函数x(t)及离散序列 x(n)及系统特性的各种描述方式，并研究激励信号通过系统 时所获得的响应。 （5）自动控制理论 （6）系统辨识 （7）随机振动分析 研究随机振动中物理量的描述方法(相关函数、功率谱密度)， 讨论受随机激励的振动系统的激励、系统特性、响应三者统 计规律性之间的关系。 （8）多体系统动力学 建立车辆系统动态模型的方法主要有哪几种？ 数学模型 （1）各种数学方程式：微分方程式，差分方程，状态方程，传递函数等。 （2）用数字和逻辑符号建立符号模型—方框图。 3、路面不平度功率谱密度的表达式有几种？各有何特点？试举出2 种以上路面随机激励方法，并说明其特点。（10分） 路面功率谱密度的表达形式分为幂函数和有理函数两种 （1）路面不平度的幂函数功率谱密度 ISO/DIS8608和国家标准GB7031-1987《车辆振动输入路
汽车造型与空气动力学
汽车造型与空气动力学 汽车造型设计 2010-03-28 16:23:52 阅读11 评论0 字号：大中小 前言：受辽宁省自然科学基金的资助，本人正在主持“汽车轻量化虚拟样机关键技术研究”项目，该项目以国内某著名汽车制造有限公司正在设计制造中的汽车为应用对象，包括汽车碰撞安全性、汽车外形的计算流体力学仿真（CFD）、面向日本用户的日系车汽车音响轻量化设计、汽车关键部件轻量化设计等若干 核心子课题。 合作单位包括：大连奥托汽车、日本独资大连阿尔派汽车音响制造有限公司、大连理工大学、一 汽奥迪等。 计算流体力学（CFD）是一门研究液体和气体和它周围的固体如何相互作用的学问：考虑高速气体流过形状复杂的汽车的情况。近年来CFD的发展可以让计算机在计算机中模拟虚拟汽车--而汽车制造商不再只能依靠简单的风洞去了解气流是如何影响汽车的！制造商可以在制造金属部件之前先研究模拟数据，这 会大大节省时间和资金 。 从事此项研究时，所需要学习及应用到的软件：CATIA（或I-DEAS或UG或PRO/E或SOLIDWORKS）、 FLUENT。 汽车的CFD仿真
汽车造型与空气动力学的关系 一、轿车前部 车头造型对气动阻力影响因素很多，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、前凸起唇及前保险杠的形状与位置、进气口大小、格栅形状等。 "车头边角的影响：车头边角主要是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。 "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。 "车头形状的影响 "整体弧面车头比车头边角倒圆气动阻力小。 "车头高度的影响 "头缘位置较低的下凸型车头气动阻力系数最小。但不是越低越好，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。 "车头下缘凸起唇的影响 "增加下缘凸起唇后，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影响 "发动机罩的三维曲率与斜度。 （ 1 ）曲率：发动机罩的纵向曲率越小（目前大多数采用的纵向曲率为 0.02m -1 ），气动阻力越小；发动机罩的横向曲率均有利于减小气动阻力。 （ 2 ）斜度：发动机罩有适当的斜度（与水平面的夹角）对降低气动阻力有利，但如果斜度进一步 加大对将阻效果不明显。 （ 3 ）发动机罩的长度与轴距之比对气动升力系数影响不大。 "风窗的三维曲率与斜度。 （ 1 ）曲率：风窗玻璃纵向曲率越大越好，但不宜过大，否则导致工艺难实现、视觉视真、刮雨器的刮扫效果。前风窗玻璃的横向曲率均有利于减小气动阻力。
空气动力学小车
学校：官六中 班级：高二二班 组号：3 组长：严善瑞 组员：严善瑞，李永，王祝鑫，李瑞，高小涵，陈筱莹， 郭静娴，王艺洁
前言 空气动力学是力学的一个分支，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。
目录 发展简史3、4 研究内容 5 研究方法 6 概念分化7 空气动力车公式8-10 论文10-14
发展简史 最早对空气动力学的研究，可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎方法得出：在空气中运动的物体所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。
除了上述由航空航天事业的发展推进空气动力学的发展之外，60年代以来，由于交通、运输、建筑、气象、环境保护和能源利用等多方面的发展，出现了工业空气动力学等分支学科。
研究内容 通常所说的空气动力学研究内容是飞机，导弹等飞行器在名种飞行条件下流场中气体的速度、压力和密度等参量的变化规律，飞行器所受的举力和阻力等空气动力及其变化规律，气体介质或气体与飞行器之间所发生的物理化学变化以及传热传质规律等。从这个意义上讲，空气动力学可有两种分类法： 首先，根据流体运动的速度范围或飞行器的飞行速度，空气动力学可分为低速空气动力学和高速空气动力学。通常大致以400千米/小时这一速度作为划分的界线。在低速空气动力学中，气体介质可视为不可压缩的，对应的流动称为不可压缩流动。大于这个速度的流动，须考虑气体的压缩性影响和气体热力学特性的变化。这种对应于高速空气动力学的流动称为可压缩流动。 其次，根据流动中是否必须考虑气体介质的粘性，空气动力学又可分为理想空气动力学(或理想气体动力学)和粘性空气动力学。 除了上述分类以外，空气动力学中还有一些边缘性的分支学科。例如稀薄气体动力学、高温气体动力学等。 在低速空气动力学中，介质密度变化很小，可视为常数，使用的基本理论是无粘二维和三维的位势流、翼型理论、举力线理论、举力面理论和低速边界层理论等；对于亚声速流动，无粘位势流动服从非线性椭圆型偏微分方程，研究这类流动的主要理论和近似方法有小扰动线化方法，普朗特-格劳厄脱法则、卡门-钱学森公式和速度图法，在粘性流动方面有可压缩边界层理论；对于超声速流动，无粘流动所服从的方程是非线性双曲型偏微分方程。 在超声速流动中，基本的研究内容是压缩波、膨胀波、激波、普朗特-迈耶尔流动、锥型流，等等。主要的理论处理方法有超声速小扰动理论、特征线法和高速边界层理论等。跨声速无粘流动可分外流和内流两大部分，流动变化复杂，流动的控制方程为非线性混合型偏微分方程，从理论上求解困难较大。 高超声速流动的主要特点是高马赫数和大能量，在高超声速流动中，真实气体效应和激波与边界层相互干扰问题变得比较重要。高超声速流动分无粘流动和高超声速粘性流两大方面。 工业空气动力学主要研究在大气边界层中，风同各种结构物和人类活动间的相互作用，
汽车空气动力学
目录 前言 (1) 汽车空气动力学的研究现状 (2) 一、汽车空气动力学研究的国内外发展情况 (2) 二、汽车空气动力学的研究方法 (3) (1)基础理论 (3) (2)风洞试验 (3) (3)数值仿真 (3) (4)CAE技术平台 (6) 三、改善汽车空气动力学性能的措施 (7) 四、空气动力学的研究前沿 (9) 总结 (12) 参考文献 (13)
前言 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。 自从世界上有了第一辆汽车以后，德国就在航空风洞中进行了车身外形实验研究。后来德国人贾莱·克兰柏勒提出前圆后尖的水滴状最小空气阻力造型设计方案，从而找到了解决形状阻力的途径。美国人W．Elay于1934年用风洞测量了各种车身模型的空气阻力系数。法国人J．Andreau则提出了汽车表面压差阻力的概念，并研究了侧风稳定性。2O世纪40年代，另一位法国人L．Romani对诱导阻力进行了研究。6O年代初，英国人white通过风洞实验提出了估算空气阻力系数的方法。到7O年代，汽车空气动力学才真正成为一门独立学科。我国是在8O年代才较为系统地研究汽车空气动力学的。 目前世界上许多公司都在汽车空气动力学研究方面进行探索与竞争，并且大都实力雄厚、各有建树。美国几乎各大汽车公司都有自己的飞机制造子公司。通用有休斯飞机公司，克莱斯勒有湾流公司。苏联的伏尔加有一个27m2的风洞，最高风速1 20km／h。法国雷诺已经开展了计算机空气动力学的研究。西德大众最近也购得CDCgo00型计算机，其目的之一可能就是汽车空气动力学的摸拟。现在世界上计算空气动力学一流水平当属美国NASA。NASA在飞行器计算空气动力学方面拥有一流的学术、研究和应用水平,并且在不断更新其巨型机。许多高超音速空气动力试验无法进行，就用计算机进行摸拟。 我国汽车工业由于近年来开始生产轿车才开始了汽车空气动力学的研究。当前的主要任务应该是抓住太好时机，建立起我国自已的汽车空气动力学研究，试验、设计的综合系统，争取国家及有关高等院校科研单位的支持，建立相应的开放实验室，争取第一流的专家及广泛的国际交流。开放实验室主要进行汽车空气动力学的计算机摸拟、外形的空气动力学优化设计及相关的并行软、硬件，计算数学的研究。其中轿车的空气动力学摸拟与优化必将太大加快新车型的开发速度，以提高产品在世界市场的竞争力，并为我国产品参与世界市场竞争创造一个开放的高水乎研究环境。在空气动力学的研究、应用的世界范围的角逐中，不断提高水平、提高素质。
汽车空气动力学
重庆大学汽车系汽车空气动力学汽车空气动力学 前言 车身的空气动力学设计是车身设计的重要内容。
的能量克服空气阻力；的能量克服空气阻力； 轿车空气动力性的差异可使空气阻力相差别30%，燃油消耗相差达12%以上。 前言三、空气动力学对汽车性能的影响 Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle
Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle
Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle前言 汽车空气动力学第一章空气动力学基础知识第一章空气动力学基础知识
常数），有 第二节流体力学基础第二节流体力学基础 吹纸条:球浮气流： 发动机化油器喉管 第二节流体力学基础第一章空气动力学基础知识 在无粘性气流中，所受合力为零。 在粘性气流中，所受合力不为零。 第三节空气的粘滞性和气流分离现象 的气流先停止流动，进而反向流动，形成涡流区，将继续流动的气流与 第三节空气的粘滞性和气流分离现象
三、气流分离现象 在物体背流面，流束的扩展受到尾流区的限制，使流束截面较比迎流面小，其压力较迎流面低。而尾流区的压力与相邻流体压力接近。这就使物体压差阻力”的作用。 只有在逆压梯度条件下才会产生分离。逆压梯度越大，越易分离。三、气流分离现象 第一章空气动力学基础知识表示为与动压力、迎风面积成正比的形式： 是表征汽车空气动力特性的重要指标，它主要取决于汽车外形，也与第一章空气动力学基础知识 第五节汽车空气动力与空气动力矩 Al Al 2 汽车空气动力学 C d 总值：0.45 A—形状阻力(C d =0.262)；B—干扰阻力(C d =0.064)；C—形状阻力(C d =0.053)；D—形状阻力(C d =0.031)；E—形状阻力(C d =0.040)。
《汽车文化》期中试题-(答案)
汽车文化期中试卷答案 一、填空题(10分) 1.汽车的底盘由___、____、____、_____、组成。参考答案是：传动系行使系转向系制动系 2.汽车由____、____、____、____组成。参考答案是：底盘发动机电气设备车身 3.美国著名的汽车城____是通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司总部所在地，而意大利最大汽车集团菲亚特公司总部所在地——都灵也是世界著名的汽车城。参考答案是：底特律 4.方程式汽车赛项目有F1、F3、____、____等。参考答案是：F3000 亚洲方程式 5.轿车按照箱数分可分为____、____、____。参考答案是：三厢车两厢车单厢车 6.美国通用汽车的创始人为______. 参考答案是：威廉.杜兰特 7.上海通用汽车公司由____和____出资组建。参考答案是：美国通用汽车公司上海汽车公司 8.福特公司的车标寓意______。参考答案是：飞奔的小白兔 9.是____品牌的标记。参考答案是：道奇 10.劳斯莱斯属于____汽车公司。参考答案是：宝马 二、判断题(10分) 1.在我国，汽车是指由自身装备的动力装置驱动，一般具有四个车轮，在陆地上行驶的车辆。正确 2.世界汽车诞生日是1886年1月29 日。（现代）不正确 3.汽车工业通常指发动机、底盘、车身等各种辈部件设计与制造、营销等所涉及的企业和企业活动。参考答案是：正确 4.汽油机排气污染主要成分是CO，HC和NO X。参考答案是：正确 5.是保时捷的车标 . （雪佛兰）参考答案是：不正确
6.帕拉丁是东风日产旗下的一款车型参考答案是：不正确 （郑州） 7.是马自达和福特合作后用的车标。 参考答案是：不正确（1992-1997） 8.是菲亚特汽车的标志。参考答案是：不正确 9.意大利菲亚特汽车汽车公司在我国的合资企业坐落在江苏扬州。参考答案是：正确 10.“雷克萨斯”和“凌志”是同一品牌。参考答案是：正确 三、单选题(20分) 1.目前清洁能源汽车中有一种用LPG作为燃料，LPG是指____.( ) A压缩天然气 B液化石油气 C甲醇气体 D炼厂气 2.“VIN车辆识别代号编码”由一组字母和阿拉伯数字组成，共____位，又称____位识别代号编码。 ( ) 7 11 2l 3.下列公司属于福特汽车公司的为____.( ) 雪铁龙法拉利宾利 5.是下列哪个汽车品牌的标志____.( ) 绅宝福特别克 6.“当他未来到人世时，这个世界还是马车时代。当他离开人世时，这个世界已成了汽车的世界”这句话使用来形容____的.( ) 威廉杜兰特恩佐法拉利费迪南德波尔舍 7.日本人称为“日本大批量生产汽车生产之父”是指____.( ) 本田宗一郎岩崎弥太朗松田重次郎 8.是下列哪个品牌的标志____.( ) 力帆夏利标致 9.____是世界规模最大的车展，有“汽车奥运会”之称，是五大车展中技术性最强的，被誉为是最安静的车展.( )
汽车空气动力学学习,绝对有用
空气动力学日常应用知识 空气动力学在科学的范畴里是一门艰深的度量科学，一辆汽车在行使时，会对相对静止的空气造成不可避免的冲击，空气会因此向四周流动，而蹿入车底的气流便会被暂时困于车底的各个机械部件之中，空气会被行使中的汽车拉动，所以当一辆汽车飞驰而过之后，地上的纸张和树叶会被卷起。此外，车底的气流会对车头和引擎舱内产生一股浮升力，削弱车轮对地面的下压力，影响汽车的操控表现。 另外，汽车的燃料在燃烧推动机械运转时已经消耗了一大部分动力，而当汽车高速行使时，一部分动力也会被用做克服空气的阻力。所以，空气动力学对于汽车设计的意义不仅仅在于改善汽车的操控性，同时也是降低油耗的一个窍门。 对付浮升力的方法 对付浮升力的方法，其一可以在车底使用扰流板。不过，今天已经很少有量产型汽车使用这项装置了，其主要原因是因为研发和制造的费用实在太过高昂。在近期的量产车中只有FERRARI 360M 、LOTUS ESPRIT 、NISSAN SKYLINE GT －R还使用这样的装置。 另一个主流的做法是在车头下方加装一个坚固而比车头略长的阻流器。它可以将气流引导至引擎盖上，或者穿越水箱格栅和流过车身。至于车尾部分，其课题主要是如何令气流顺畅的流过车身，车尾的气流也要尽量保持整齐。 如果在汽车行驶时，流过车体的气流可以紧贴在车体轮廓之上，我们称之为ATTECHED或者LAMINAR（即所谓的流线型）。而水滴的形状就是现今我们所知的最为流线的形状了。不过并非汽车非要设计成水滴的形状才能达到最好的LAMINAR，其实传统的汽车形态也可以达到很好的LAMIAR的效果。常用的方法就是将后挡风玻璃的倾斜角控制在25度之内。FERRARI 360M和丰田的SUPRA就是有此特点的双门轿跑车。 其实仔细观察这类轿跑车的侧面，就不难发现从车头至车尾的线条会朝着车顶向上呈弧形，而车底则十分的平坦，其实这个形状类似机翼截面的形状。当气流流过这个机翼形状的物体时，从车体上方流过的气体一定较从车体下方流过的快，如此一来便会产生一股浮升力。随着速度的升高，下压力的损失会逐渐加大。
汽车空气动力学的一些基本概念
汽车空气动力学 第一部分汽车空气动力学研究内容 汽车空气动力学是研究行驶的汽车与其周围空气之间相互作用及其对汽车性能影响的科学。 汽车行驶过程与空气产生复杂的相互作用而产生的驱动力不仅影响汽车的行驶状态，同时影响汽车性能的发挥，体现在以下众多方面：通过汽车空气动力学研究来改善汽车外形降低汽车气动阻力，提高发动机燃烧效率，改善发动机冷却效果，不仅可以改善汽车的动力性，还可以提高汽车的燃油经济性；汽车在高速行驶中，来自空气的反作用力会对汽车产生很大的影响，包括因空气动力作用而引起的汽车稳定性和操作性问题，而良好的汽车稳定性和操作性对于其保证汽车安全行驶有着重要的意义；通过空气动力学途径来改善侧风稳定性以及提高制动器制动效能为汽车高速行驶提供安全保障；在以人为本的今天，改善汽车内部通风、取暖、除霜和空调气流等特性，减少尘土污染和降低气动噪声，是乘坐舒适性的基本保证。 总的归纳，汽车空气动力学的研究内容包括外观（污染、水、镜面、雨刷器）、行驶性能（耗油量、排放物、最大车速、加速性能）、冷却（发动机、增压空气、废气、辅助设备、机油、变速箱、制动器、冷凝器）、舒适性（通风、暖风、空调、风噪、轰鸣）、行驶方向稳定性（直线行驶稳定、转向自回正能力、侧风稳定性）、作用于部件的力（车门、舱盖/箱盖、覆盖件、车顶载荷）等。 1、车身外观上，以汽车尘土污染为例。 汽车周围的流场会卷起路面或者环境中的尘土，这些尘土可能会附着在车身上，可能对能见度、汽车美观等造成不好的影响，比如两厢车的后挡风玻璃上一般设有雨刷；在雨雪等恶劣天气，雨水与泥土的混合会对汽车外表造成更加严重的污染。尘土或其他污染物可能附着在发动机舱和车身底部，影响汽车关键总成或者零部件的性能，甚至产生腐蚀，因此合理地利用空气流来除尘很有必要。
汽车空气动力学性能标准
乘用车空气动力学性能标准 1 范围 本标准规范和指导汽车空气动力学性能的发布以及业内交流。 本标准适用于七座（含七座）以下乘用车。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T3730.1-2001汽车和挂车类型的术语和定义 GB/T5910-1998轿车质量分布 GB/T3730.3-1992汽车和挂车的术语及其定义车辆尺寸 3 术语和定义 以下术语和定义适用于本标准。 3.1 空气动力学坐标系Aerodynamic coordinate system 车辆或模型的空气动力学坐标系如图1所示，坐标系原点位于车辆轴距中心线和轮距中心线在地面上投影的交点。 图1 空气动力学坐标系 — 1 —
图2 自由来流速度 3.1.1 x轴：x方向 正方向为车辆向后。 3.1.2 y轴：y方向 正方向为驾驶员向右。 3.1.3 z轴：z方向 正方向为车辆向上。 3.1.4 α：俯仰角Pitch Angle 车身纵轴（x方向）和地面之间的角度，车头抬起为正。 3.1.5 ψ：横摆角Yaw angle ψ=Arctg（V y/V x），x轴和自由来流速度V∞之间的角度，车头向右为正。 3.1.6 ф：侧倾角Roll angle 车身横轴（y方向）和地面之间的角度，车辆右侧向下为正。 3.1.7 D：气动阻力Drag 作用在x轴方向的气动力，x方向为正，F X=D。 3.1.8 S：气动侧向力Side force 作用在y轴方向的气动力，y方向为正，F Y=S。 3.1.9 S F：气动前轴侧向力 整车气动侧向力分解至前轴的分力。 3.1.10 S R：气动前轴侧向力 整车气动侧向力分解至后轴的分力。 3.1.11 L：气动升力Lift 作用在z轴方向的气动力，z方向为正，F Z=L。 3.1.12 L F：气动前轴升力