浅谈对我国车辆工程中的空气动力学的应用与研究

浅谈对我国车辆工程中的空气动力学的应用与研究

曾武； 游清萍（第一作者）

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心

[摘要]：随着汽车工业的不断发展，改装车文化也在不断渗入人们的生活，成为汽车文化中年轻化时代中的一种必需品。这是汽车工业发展的必经之路。欧洲、美国、日本、香港、台湾 新加坡等地方汽车改装行业已经发展的相当健全，汽车保有量达到一定程度，车主必然追求个性化，中国的车主也越来越趋向于年轻化。刚出厂的新车肯定是针对整个市场的，性能是平衡各方面要求的，但是个性化的车主可能就有各种不同需求，不同的需求要有不同的知识理论支撑其改装，所以车辆工程的理论体系在改装车中占有重要地位。改装车完全基于车辆工程理论，是基于车辆工程的设计制造及测试后的科学产物。是对汽车自身动力，车型外观，性能等各方面的提升。基于车辆工程上的改装车给我们带来更安全、更经济、更科学的用车体验。中国汽车改装市场于2005年左右，近十年中，“从地下逐渐浮出水面、从小众逐渐扩展广泛、从单一走向多元”。以车辆工程及车辆工程测试等理论为基石的改装车，使改装车在满足个人需求的基础上变得更加值得信赖。本文阐述了扰流器在空气动力学中对车身的阻力，分析了基于严谨科学的车辆工程理论知识平台的改装车。研究了改装车应用于车辆工程中一个非常重要的领域。
关 键 词：汽车;改装车;空气动力学；空气阻力系数;车身扰流器;CD值
中图分类号:U46  文献标识码：B

        前言
        随着汽车工业的不断发展，改装车文化也在不断渗入人们的生活，成为汽车文化中年轻化时代中的一种必需品。这是汽车工业发展的必经之路。欧洲、美国、日本、香港、台湾 新加坡等地方汽车改装行业已经发展的相当健全，汽车保有量达到一定程度，车主必然追求个性化，中国的车主也越来越趋向于年轻化。刚出厂的新车肯定是针对整个市场的，性能是平衡各方面要求的，但是个性化的车主可能就有各种不同需求，不同的需求要有不同的知识理论支撑其改装，所以车辆工程的理论体系在改装车中占有重要地位。
        1空气动力学在汽车造型的应用
        汽车空气动力学是研究汽车与空气运动之间相互作用规律以及气动力对汽车各性能影响的一门科学。空气动力学上的每一项进展，都直观的反映在汽车造型的变化上，从整体造型到细部造型，再到导流板与扰流板的技术上面，无一不体现了空气动力学在汽车造型上的重要应用。目前我们了解一款车空气动力性能的主要途径，基本上来自厂商提供的车身空阻系数值。虽然这个数据基本上能反映出车身受空气阻力的情况，但仅通过这样一个数据，显然是不全面的。
        2汽车造型中扰流器在空气动力学中的设计及研究
        很多人钟情尾翼，往往认为尾翼越大提供的下压力也越大，汽车高速行驶的稳定性也越高。其实这种说法并不完全正确，造型合理的前提下，尾翼越大确实可以提高车辆高速驾驶的下压力，但同时大号的尾翼所受到的侧向力和低速阻力也会增大，并且在侧风影响下，还有可能使升力增大，反而降低了下压力。车头大抬升力是上升的，虽然上升幅度不是特别剧烈（扰流器和尾翼一样，都是有抬车头的作用，尾翼的抬车头作用更明显，因为尾翼所在的位置更高，所在位置的空气流速更大）。对于车尾的升力，负压力即使升力增大，反而降低了下压力。还有空气拉力是先下降后增加的，也就说，压尾翼如果设计得当，可以减少空气阻力。
        3.空气动力学在改装车上的应用
        奔驰改装旗下AMG :E63 AM的空气动力学改装计划--VORSTEINER已经正式公布了梅赛德斯 -奔驰E63 AMG的空气动力学套件改装计划。新的Aero计划是由VORSTEINER专门设计的E63 AMG的性能导向的性质，并且同时确保车内保持了其奢华的吸引力。新计划包括两个不同的部分。首先是VBR Aero的前扰流板。二是VBR碳纤维空气动力学后部扩散器。列入计划的附加美学选项是带有磨砂处理的VORSTEINER V-FF102流量锻造轮毂。

车轮的测量尺寸是20×9（前面）和20×10（后部）。前轮重达25.4磅，后轮的重量略小于25.2磅。所有的空气动力学车身面板部分均由碳纤维做成（用紫外线抑制清漆）。E63 AMG计划现已为世界各地的订单开始工作，基于车辆工程中的改装使车辆的改装更加可靠。
        3.1 改装后的汽车在空气阻力上的影响
        为了减少轿车在高速行驶时所产生的升力，汽车设计师在外形方面做了改装，加装扰流板，对汽车的构造和扰流板本身的材质都有着非常高的要求，所以追求个性的车主更不应该随意给车加装扰流板，不适当的加装会大大增加汽车的风阻系数，提高车辆的实际油耗，并且车速越高，油耗增加的越多。其中，CD值是流气拉力系数（DRAG COEFFICIENT），也就是阻力系数。一般而言气流在车尾造成的拉力，数值越低，表示车尾气流处理的越流畅，该部分的浮升力亦会越小，相对而言，车辆行走时的阻力会低一点，后轮的下压力也会好一点。说到这里我们就应该明白，加装尾翼并不一定会增加Cd值！如果加装尾翼和尾扰流器后，车辆尾部气流通过的流畅度增高，那么这辆车的Cd值反而应该降低。汽车设计的空气动力学问题并不止于车尾，其实车头的长度和宽度也会影响一部汽车的总拉力数值。比如前纵置引擎的中心点要比前轴的中心点更前，车头就容易造得很长，而如果加阔前轮距来横置摆放引擎，车头部分就会随着加阔，以上两种情况都会影响到整体的气流拉力（CDA）。虽然有可能一辆车的Cd造得很低，但是同样难以弥补车头部分增加的长度和宽度所带来的整体气流拉力数值的上升,举个例子来说，一部汽车的风阻系数由原来的Cd0.40下降至Cd0.38，但是车头的宽度却增加了75MM，这时它的CDA数值约会上升5％，这样一来等于完全抵消了Cd下降的效果。所以，不应该认为Cd代表了一部汽车的整体空气动力表现，更不能轻易的认为随便加装一只尾翼或者巨型扰流器就必然可以获得更好的空气动力学表现！其实充其量它只不过改善了空气动力学中某个部分的表现。

        4基于车辆工程的改装车
        改装车顾名思义是对原出厂车型进行更换增减配件或改变外观等。合理科学的改装车辆能够使原车行驶更安全，性能更佳。很多人对改装车的定义为“排气管”，“大包围”，“大尾翼”，“宽轮毂”。但是很少有人把改装车和“车辆工程”，“空气动力学”，“热能”这样的专业名词联系到一起。在大多数人眼里，改装车是汽配城，维修厂的产物，这都是严重影响及违背汽车制造设计的。 但是作为汽车中的一种改装文化，已经悄然的形成市场。虽然目前国内政策制定者对改装存在很多误区，以至于在政策法规上对改装进行了很多限制，但这并不妨碍越来越多的车主加入到改装的行列。
        5结论
        改装车完全基于车辆工程理论，是基于车辆工程的设计制造及测试后的科学产物。是对汽车自身动力，车型外观，性能等各方面的提升。基于车辆工程上的改装车给我们带来更安全、更经济、更科学的用车体验。

参考文献
[1] 谷正气.汽车空气动力学[M].北京：人民交通出版社2021
[2] 安永东，张德生.汽车改装技术与实例[M].北京：化学工业出版社.2020.10
[3] 过学迅.车辆工程（专业）概论.武汉[M]：武汉理工大学出版社.2018