微型廂式汽車后擾流板對氣動特性影響

朱江波，卞繼承

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，克拉瑪依，833699；2.新疆工程學(xué)院，烏魯木齊，830091）

微型廂式汽車后擾流板對氣動特性影響

朱江波1，卞繼承2

（1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，克拉瑪依，833699；2.新疆工程學(xué)院，烏魯木齊，830091）

本文通過計(jì)算機(jī)的模擬方法，檢測安裝在汽車后擾流板模型的外流場的阻力，通過計(jì)算機(jī)模擬，對汽車后擾流板的安裝位置、安裝形狀及安裝角度進(jìn)行了科學(xué)的分析?？茖W(xué)的安裝汽車后擾流板，不僅能夠降低氣動升力，還可以有效地減少汽車所受氣動阻力，降低汽車油耗，對提高汽車氣動特性有很大的工程指導(dǎo)性。

廂式汽車;后擾流板;氣動;特性

隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)有的國產(chǎn)高速公路也得到了快速的發(fā)展，汽車的種類也越來越多，其中，國產(chǎn)箱式汽車在市場上的占有率也有很大的提高。箱式汽車進(jìn)入大眾生活后，人們對于它的操作安全性和行駛穩(wěn)定性也提出了相應(yīng)的要求。高速行駛的汽車，比低速行駛相應(yīng)的產(chǎn)生較強(qiáng)烈的氣動升力，該力對汽車的駕駛安全性會產(chǎn)生較大的負(fù)面效應(yīng)，主要表現(xiàn)在：第一，由于氣動升力的影響，汽車的附著性能下降，從而使得駕駛員的操縱性和汽車保持一定路線行駛的能力顯著下降；第二，汽車高速行駛時(shí)，產(chǎn)生的氣動升力分解有水平分力，該水平分力將增大汽車行駛時(shí)的氣動阻力。從保護(hù)駕駛員安全方面考慮，高速行駛時(shí)，汽車氣動升力的減少比氣動阻力的減少更為重要，因?yàn)闅鈩幼枇χ皇窃黾恿擞秃模瑴p低了車速，而氣動升力可能威脅到駕駛員的人身安全。因此，理論上講，為了駕駛員的安全，汽車行駛時(shí)的氣動升力盡量減小，在設(shè)計(jì)汽車時(shí)，可以把汽車氣動升力設(shè)計(jì)為零，甚至設(shè)計(jì)成負(fù)升力，以此來提高高速行駛時(shí)的駕駛安全性。為了達(dá)到此目的，本文通過計(jì)算機(jī)模擬假裝擾流板，經(jīng)過模擬計(jì)算模擬論證，此方法可以減少汽車高速行駛時(shí)的氣動升力。

1 箱式汽車后擾流板的形狀及安裝位置

1.1 本文計(jì)算機(jī)模擬的汽車后擾流板的形狀

伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，安裝在汽車上的后擾流板的種類也越來越多，其形狀也相差較大。生產(chǎn)廠家出于對擾流板不同的設(shè)計(jì)思路和使用功能，擾流板的形狀有很多種，本文采用的三種擾流板形狀（圖表1.1）：

1.2 上文中三種擾流板的安裝方法如下

(1）翼型擾流板的安裝位置。方法1：安裝在后車窗上部的翼型擾流板，保持?jǐn)_流板與車體的間隙為30mm。此種安裝方法的出發(fā)點(diǎn)是，汽車擾流板與汽車車體的角度的科學(xué)性，而在本文中計(jì)算機(jī)模型上，汽車擾流板安裝的角度是指：汽車頂部的水平面與汽車擾流板上表面的夾角。例如：0°擾流板是指與水平面平行的。根據(jù)與水平面角度的不同，擾流板又有5種模型，分別為0°、15°、30°、45°和60°擾流板。方法2：安裝位置放在后車窗的下部，即安裝在與汽車車體保持有間隙為30mm的車體后面的

中間位置。方法3：根據(jù)擾流板與車體間隙大小的不同，翼型擾流板按間隔為30mm依次從頂部向下移動至后風(fēng)窗上部，共得到有30mm、60mm、90mm、120mm、150mm、180mm翼型擾流板共六種模型。方法4：汽車擾流板設(shè)計(jì)成安裝在車輛后車窗的上部，使其保持與汽車車體零縫隙。

(2）安裝在后車窗上部的薄板擾流板，必須考慮到兩種情況：大端板和小端板。薄板擾流板的三種安裝方法有：按照安裝薄板擾流板與車體間隔間隙30mm依次從車輛頂部向下至車輛后風(fēng)窗的上部，從而得到幾種安裝位置，其都與車體有30mm的間隙，都用大端板的安裝方式?？梢缘玫饺缦聨追N：30mm、60mm、90mm、120mm、150mm、180mm的汽車薄板擾流板共計(jì)六種模型。

(3）第三種擾流板安裝，只考慮到安裝在后車窗的上部和后車窗下部的位置。

2 對上述三種擾流板的形狀及其不同的安裝方法的分析比較

迎風(fēng)擾流板安裝方法較為單一，它僅安裝在汽車車體尾部的頂端。此種安裝很容易與本文中提到的另外兩種擾流板在安裝位置相同時(shí)進(jìn)行比較。迎風(fēng)擾流板對稱面上承受的壓力和速度所形成的壓力云圖及速度矢量圖。

分析得出結(jié)論為：1、汽車在高速行駛時(shí)，迎風(fēng)擾流板的頂部區(qū)域產(chǎn)生一個很大的正壓區(qū)，而尾部產(chǎn)生較大的負(fù)壓區(qū)。從而最大的負(fù)升力將施加到該車體模型上；2、由于迎風(fēng)擾流板尾部產(chǎn)生渦流，該渦流相互之間有較大的摩擦，并且該摩擦產(chǎn)生的壓力區(qū)有向車體頂部上升的趨勢，該渦流產(chǎn)生的拖拽力比本文中提到的其他兩種擾流板在相同位置時(shí)要大得多。所以三種擾流板中，迎風(fēng)擾流板產(chǎn)生的行駛阻力最大。

圖2.1分析出的是三種不同的擾流板安裝在相同位置即汽車車體尾部的頂端時(shí)，擾流板所承受的壓力圖。從圖中可以看出，三種擾流板模型所承受的壓力以此增大，并且汽車的誘導(dǎo)阻力和負(fù)升力就是該壓力在水平和豎直方向上的投影構(gòu)成的。

從上圖中分析得出：擾流板傾斜面的上方在汽車高速行駛時(shí)會產(chǎn)生氣流的高壓區(qū)，而在傾斜面的下方會產(chǎn)生氣流的低壓區(qū)。汽車在行駛中擾流板形成的高、低壓區(qū)力的方向，會形成一個合力N1，而該合力N1的方向垂直于汽車擾流板的斜下方，此合力N1對汽車形成一定的氣動阻力。從圖中可以看出，迎風(fēng)擾流板模型尾部形狀尾部的設(shè)計(jì)是向上翹起，通過模擬計(jì)算，此模型的投影面積S增大為1.513m2，從而增大了汽車行駛時(shí)的氣動阻力。因此，三種擾流板中，迎風(fēng)擾流板通過合理的設(shè)計(jì)可以獲得比其他擾流板較大的負(fù)升力（即氣動阻力）。

以上內(nèi)容是對三種擾流板及其不同安裝方法進(jìn)行的比較分析，從而可找出每種擾流板的最優(yōu)安裝方法，并進(jìn)行相應(yīng)的對比，通過計(jì)算機(jī)模擬得出如下結(jié)論：1、翼型擾流板的最科學(xué)的安裝方法：安裝位置是車體尾部的頂端，方向保持與車體頂端平面成水平，要求與車體有一定的間隙；2、最科學(xué)的薄板擾流板的安裝方法：擾流板安裝在車體尾部的頂部，安裝方向要求保持與車頂成水平，還要求與車體保持一定的縫隙；3、最科學(xué)的迎風(fēng)擾流板安裝方法：擾流板的安裝位置要求在車體的頂部。對上述三種模

型的安裝方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，計(jì)算其阻力系數(shù)和升力系數(shù)，得出結(jié)果如表1.1所示。

圖1.1 三種擾流板的形狀

表1.1 三種擾流板的阻力系數(shù)和升力系數(shù)

由表1.1可以得出結(jié)論：汽車要想獲得最大的負(fù)升力和最大穩(wěn)定性迎風(fēng)擾流板應(yīng)安裝在車體的尾部的頂部，但是此時(shí)汽車所承受的氣動阻力也會增大。所以，薄板擾流板比其他兩種擾流板獲得最小的氣動阻力和較為科學(xué)的氣動升力。

通過本文計(jì)算機(jī)模擬分析，得出如下結(jié)論：最佳的氣動特性，是指汽車在行駛中，獲得較大的氣動負(fù)升力的同時(shí)，還能獲得最小的氣動阻力。所以要使廂式汽車在高速行駛中獲得最佳的氣動性能，必須選用大端板、安裝在尾部頂端的、與車體有一定間隙的薄板擾流板。

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Mini van auto disturbed flow after threatening the aerodynamic characteristics

Zhu Jiangbo1，Bian Jicheng2
（1.The karamay vocational and technical college,karamay,833600;2.College of engineering in xinjiang, urumqi,830091）

In this paper, through the computer simulation method,tests installation in flow field model of automobile rear spoiler resistance,through computer simulation,the automobile rear spoiler installation location,shape and installation Angle to carry on the scientific analysis.Science and the installation of the car rear spoiler,can not only reduce the aerodynamic lift,effectively reduce automobile by aerodynamic resistance,reduces automobile fuel consumption,to improve the aerodynamic characteristics of the car.It has a lot of engineering guidance.

van car rear spoiler aerodynamic characteristics

圖2.1 安裝頂部的模型尾部擾流板上壓力分布圖

朱江波(1977- )，男(漢)，碩士，克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要從事車輛工程研究。