3.2 车辆横摆角与阻力系数关系

1. 3.2 车辆横摆角与阻力系数关系 何忆斌 谷正气 吴军 叶南海《新概念车模型风洞试验研究》发表在2007年（第29卷）第4期的《汽车工程》上，进一步进行该新概念车的风洞试验研究。

2. 3.2 车辆横摆角与阻力系数关系 此次试验研究主要进行了横摆角度与阻力系数关系研究，得出以下结论： 1、阻力系数、升力系数随横摆角的增大而逐渐增大；但新概念车较典型车而言，阻力系数在10-15°时增幅较小； 2、新概念车的侧向力系数远远小于典型车，即其操纵稳定性更优越； 3、横摆力矩随横摆角度的增大而增大； 4、俯仰力矩的变化不大； 5、在各个摆角下，新概念车的阻力特性和升力特性都明显优于典型车模型。

3. 3.3 车辆外流场数值仿真研究 谷正气 何忆斌 张洪涛 何军 向宇《新概念车外流场数值仿真研究》发表在2007年下半月（第18卷）第14期的《中国机械工程》上，进一步进行该新概念车的外流场数值研究。

4. 3.3 车辆外流场数值仿真研究 比较05年何军的博士论文，此次用了Yakhot的新版RNGk-ε湍流方程。 其特点是采用一种双向展开(double expansion)的技术对ε方程进行展开，在ε的模化输运方程中，它与Yakhot修正版的RNGk-ε湍流方程的区别是：在ε方程源项中的系数Cε1中加入了一个附加产生项。 该产生项主要是考虑流动中的不平衡应变率而加入的，它对于具有大应变率的流动以及具有强曲率影响和壁面约束的湍流分离流动都具有重要作用 。 还有另一区别是计算区域网格单元总数增至256万个体积单元。

5. 3.3 车辆外流场数值仿真研究 结算结果为： 05年何军博士论文计算数值： 对比05年的仿真结果，精度有所提高。对结果分析的结论仍然一致。

6. 4 F1赛车空气动力学 4.1 F1气动特性初探 4.2 空气动力学附加装置

7. 4.1 F1气动特性初探 湖南大学郭军朝2007年硕士学位论文《理想车身气动造型研究与F1赛车空气动力学》从空气动力学的角度深入剖析了影响F1 赛车气动性能的因素——负升力和阻力以及二者与赛车高速转弯的力学关系。文中对赛车进行了初步的CAD建模，对赛车外部绕流也加以深入地分析。

8. 4.1 F1气动特性初探 4.1.1 负升力产生原理 • 在F1 赛车上所使用的负升力翼的基本原理与飞机的机翼是相同的。 • 飞机的机翼是产生向上抬升的力量，而赛车的负升力翼是要产生向下压制的力量。 图4.1 机翼受力原理图

9. 4.1 F1气动特性初探 红色向下箭头表示负升力、红色向上箭头表示赛车所受的升力、蓝色箭头表示气流走向、黄色表示制造负升力的表面。 4.1.2 F1赛车气动特性演化 右图4.2F1 赛车气动特性研究演化图

10. 4.2 空气动力学附加装置 • F1 赛车能在5 秒之内瞬间加速到200km/h 以上，最大过弯侧向加速可达５g，极速最高可超过350km/h，这样高的速度与过弯能力，除了需要优异的悬吊设定来让轮胎尽可能的保持与跑道路面接触之外，更要有足够的负升力来使轮胎产生足够的附着力，否则动力再强大，在过弯时也将无从发挥。 • 产生负升力的区域主要集中于赛车的三个具体的区域，即前负升力翼装置、底盘、后负升力翼装置，如图。 图4.3 负升力产生的主要区域

11. 4.2 空气动力学附加装置 • 鼻锥——导流有效、承载前负升力翼、加快更换负升力翼的速度及撞车时保护车手的安全是鼻锥的基本要求。 • 前负升力翼——前负升力翼产生较大的负升力可以抵消一部分气动升力，增加车轮的地面附着力，改善高速F1 赛车的轮胎转向性能 图4.4 迈凯轮车队试验赛车的新型前鼻锥 图4.5 前负升力翼襟翼

12. 4.2 空气动力学附加装置 • 后负升力翼——后负升力翼的作用是增加F1 赛车后部的负升力，改善赛车驱动轮的附着性能，以提高赛车的起步加速性能和入弯道前的制动性能。 图4.6 单尾翼赛车尾部压力分布云图 图4.7 双尾翼赛车尾部压力分布云图 左图4.8 双尾翼赛车外形图

13. 4.2 空气动力学附加装置 • 扩散器——其原理类似于装个吸盘，即被压缩在很小空间的气流(底盘下面)进入扩散器后体积突然变大几百倍，高速行驶时又没有其他空气补充，就会在扩散器内形成真空，将其吸附在路面。 图4.9 丰田赛车上的扩散器 图4.10 扩散器边沿文丘理涡

14. 4.2 空气动力学附加装置 • 车底部的凹槽 地面与车底部的凹槽构成拉伐尔管，亚声速气流在该管收缩段加速，车身底部与车身上表面的压差增加，即增加了气动负升力 图4.11 赛车上的负升力示意图 图4.12 拉伐尔管气流

15. 5 高性能计算机对环绕车辆不稳定气流的仿真Computational Visualization of Unsteady Flow Around Vehicles Using High Performance Computing 5.1 大涡模型LES数值仿真 5.2 LES与CFD比较 5.3 LES与风洞试验结果比较 5.4 侧偏角作用下的外流场分析

16. 5.1 大涡模型LES数值仿真 东京大学Makoto Tsubokura , Toshio Kobayashi, Takuji Nakashima, Takahide Nouzawa , Takaki Nakamura ,Huilai Zhang , Keiji Onishi, Nobuyuki Oshima 与2008年5月发表在ELSEVIER上的论文，题为Computational Visualization of Unsteady Flow Around Vehicles Using High Performance Computing。该篇论文介绍了用LES分析方法对汽车不稳定外流场的数值分析。

17. 5.1 大涡模型LES数值仿真 • CFD数值模拟的不足 Computational Fluid Dynamics has two fundamental problems : its strong dependence on turbulence models adopted, and its difficulty of capturing the unsteady flow characteristics. Thus, RANS plays only a supplementary role of a wind tunnel test at the moment. • 风洞试验无法模拟风速和风向持续或间歇变化时的实际工况，同样，CFD的RANS模型(the Reynolds-Averaged Navier–Stokes model)也无法做到。

18. 5.1 大涡模型LES数值仿真 • LES （Large Eddy Simulation ）可以精确模拟不稳定的湍流工况，但由于使用此方法模拟需要非常庞大的计算数据，故而它在汽车空气动力学上的应用非常少。 • LES （Large Eddy Simulation ） will be an encouraging solution to the problem because it can reproduce unsteady turbulence characteristics with high accuracy, but in turn it requires excessively large computational resources. Consequently, only few attempts have been made so far to apply LES to the assessment of vehicle aerodynamics.

19. 5.1 大涡模型LES数值仿真 东京大学“软件仿真革命 （RSS）”工程开发的软件HPC-LES(High Performance Computing Large Eddy Simulation )建立的AMSO简化模型可以模拟仿真世界上最不稳定的汽车外流场空气扰流工况。

20. 5.2 LES与CFD比较 • 试验车型为马自达Atenza • 风洞和数值模拟使用模型比例均为1:1 图5.1 分析模型及其在流场空间的布置

21. 5.2 LES与CFD比较 • 网格划分 该模型由3800万个四面体和700万个节点组成。 图5.2 网格划分 图5.3 数值模拟下车身上下压力分布曲线

22. 5.2 LES与CFD比较 用CFD和LES模拟的车身上下表面压力分布都很接近试验值。然而平均压力分布明显LES准确度更高。 图5.4 车身尾部的平均压力随压力系数的变化曲线

23. 5.3 LES与风洞试验结果比较 • 车辆尾流状况 图5.5LES分析车辆尾流状况的压力分布图

24. 5.3 LES与风洞试验结果比较 • 车辆底部气流状况 图5.6 车辆底部的压力分布

25. 5.4 侧偏角作用下的外流场分析 如图所示，瞬态侧风作用下对车辆模型的车身压力系数变化情况仿真。 图5.7 侧偏角变化情况

26. 5.4 侧偏角作用下的外流场分析 图5.8 0.1和0.15S时车身压力系数分布图

27. 5.4 侧偏角作用下的外流场分析 图5.9 0.2和0.25S时车身压力系数分布图 我们可以看到当侧偏角从0° ～ -5 °变化时，车身前左侧和后右侧产生较大的负压（0.15s时），0.2s时这种压力不对称分布有所缓和，而侧偏角恢复0 °时这种不对称压力又出现。

28. 5.4 侧偏角作用下的外流场分析 结论： 与侧偏角为定值的状况相比，变化的侧偏角状况下会产生相对更大侧向运动。 同时，图像也解释了0.15s ～0.2s时的侧向运动主要由车身后部的负压所造成。 This result clearly indicates the fact that, compared with the situation when the yaw-angle is stationary, a relatively strong yawing moment acts on the car during the dynamic yaw-angle change. The figure also explains that, comparing those at T = 0.15 s and 0.2 s, the main reason of the unsteady yawing moment is the negative pressure on the rear of the body.

29. 附：风阻系数对燃油耗费的影响到底有多大？ 研究表明，当一辆轿车以80千米/小时的时速前进时，有60%的耗油是用来克服风阻的。在时速200km/h以上时，空气阻力几乎占所有行车阻力的85%。即使风阻系数只相差0.01，也会给油耗带来明显的变化。而一旦风阻系数降低10％，那么燃油的消耗量至少可以节省7％。

30. 附：风阻系数对燃油耗费的影响到底有多大？ • 相比之下，有棱有角的美系车就处于劣势：方头方脑的克莱斯勒300C风阻系数高达0.343，别克君越的风阻系数是0.32， 拥有钻石切割线条的凯迪拉克CTS风阻系数也达到了0.31。与之形成鲜明对比的是，宝马5系的风阻系数只有0.28，而奔驰E的风阻系数仅为0.26。 • 在10万以下的车型中，本田飞度和雪铁龙C4的风阻系数达到了0.30。成绩不太理想的是海马福美来，风阻系数达到0.33，而长安奔奔更是达到了0.35。

31. 附：风阻系数对燃油耗费的影响到底有多大？ • 在10万到15万的热门车型中，大众POLO、现代伊兰特、福特福克斯的风阻系数均是0.31，铃木天语、起亚赛拉图、三菱蓝瑟的风阻系数是0.30，成绩较为突出的是东风日产的TIIDA，风阻系数仅为0.29，这个成绩堪比日产著名跑车350Z，萨博9-5、讴歌RL、标致407等豪华车型的风阻系数也与之相同。而同级车中，新凯越的风阻系数竟高达0.35，成绩不太理想。 出自http://www.ourstar.org/club/thread-41019-1-1.html北斗星车友论坛