汽車空氣動力學(xué)與車身造型研究進展

馮柏超

摘 要：從汽車外形研發(fā)的角度講，車身造型構(gòu)成了汽車外形結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵。按照汽車空氣動力學(xué)的基本原理，對于車身造型應(yīng)當(dāng)致力于優(yōu)化設(shè)計，確保運用空氣動力學(xué)的方式來研發(fā)新穎的車身造型。在目前的現(xiàn)狀下，技術(shù)人員關(guān)于車身造型應(yīng)當(dāng)明確相應(yīng)的車身制造工藝以及其他相關(guān)原理，進而歸納出車身造型的具體研發(fā)思路與研發(fā)技術(shù)進展。

關(guān)鍵詞：汽車空氣動力學(xué);車身造型;研究進展

與原有的車身造型研發(fā)技術(shù)進行對比，建立在空氣動力學(xué)基礎(chǔ)上的車身造型研發(fā)方式具有更加明顯的汽車節(jié)能性與環(huán)保性優(yōu)勢。并且，汽車造型工藝以及空氣動力學(xué)的基本原理之間具有內(nèi)在聯(lián)系。對于車身造型領(lǐng)域如果能夠引進空氣動力學(xué)的汽車設(shè)計方式，那么可以明顯優(yōu)化車身造型的整體工藝效果，同時還能保證汽車車身具有更小阻力與更好的表面平滑度[1]。由此可見，對于車身造型在進行改進與優(yōu)化的過程中，應(yīng)當(dāng)做到結(jié)合汽車空氣動力學(xué)的研發(fā)與設(shè)計手段，確保成功改造汽車的車身造型。

1 汽車空氣動力學(xué)的基本技術(shù)原理

空氣動力學(xué)建立在動量、質(zhì)量與能量守恒定律的前提下，進而對于流體阻力以及流體壓力等工藝特征運用數(shù)學(xué)方程的方式進行呈現(xiàn)。依照空氣動力學(xué)的基本工藝原理，空氣氣流比較容易通過類似雨滴形狀的物體。這是由于，此類物體具有尖端向后以及圓頭向前的特征[2]。但是在設(shè)計汽車形狀時，設(shè)計人員除了考慮以上的空氣動力學(xué)基本原理之外，其還應(yīng)當(dāng)關(guān)注地面與汽車的特殊接觸部位。

近些年以來，技術(shù)人員針對空氣動力學(xué)已經(jīng)能夠借助風(fēng)洞試驗的方式加以演示。具體而言，風(fēng)洞試驗的核心內(nèi)容在于運用管孔來吸入空氣，然后通過空氣加速以及空氣整流的方式來達到加快風(fēng)速的目的，并且在特定的試驗段位置送入加速后的空氣[3]。在進行風(fēng)洞試驗以前，首先應(yīng)當(dāng)預(yù)備好相應(yīng)的試驗設(shè)施，其中主要包含逐漸減小的管孔以及整流板等基本試驗設(shè)施。并且，風(fēng)洞試驗還涉及實物與模型的模擬，通過測試空氣動力學(xué)的方式來獲得風(fēng)洞試驗的結(jié)論。

2 車身造型設(shè)計的具體工藝技術(shù)

汽車車身造型能否達到較好的完整性與美觀性，其直接關(guān)系到消費者對于汽車留下的直觀感受與印象[4]。同時，車身造型設(shè)計也關(guān)系到整體的汽車性能優(yōu)化。在目前看來，關(guān)于車身造型領(lǐng)域在進行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計人員需要做到靈活選擇多種不同的車身造型工藝，最終確保獲得較好的車身造型美化效果。具體在設(shè)計車身造型的實踐中，關(guān)鍵在于運用如下的車身造型工藝技術(shù)：

2.1 關(guān)于整體的車身造型設(shè)計

關(guān)于車身造型如果要達到最佳的整體設(shè)計效果，那么必須關(guān)注整車的美觀性。具體而言，美化車身造型的要點在于設(shè)計優(yōu)美明快的曲線以及簡潔圓滑的線條過渡，在此前提下呈現(xiàn)自然與流暢的車身設(shè)計效果[5]。并且，對于車身造型還應(yīng)當(dāng)確保達到較好的平衡安全以及強勁的動感，從而讓消費者享受到流暢與舒展的車身造型美感。

從現(xiàn)狀來看，較為理想的車身造型主要為楔形的車身，此外還包含其他種類的不同車身造型。同時，車身造型設(shè)計也要格外重視整車的經(jīng)濟性、安全高速性以及駕駛穩(wěn)定性。這是由于，汽車行駛將會受到氣動阻力導(dǎo)致的影響，因而不能局限在簡單考慮車身外形的視角下。

2.2 關(guān)于細部的車身造型設(shè)計

車身造型的細部設(shè)計主要在于運用曲線來完成相應(yīng)的車身造型優(yōu)化設(shè)計，從而對于轉(zhuǎn)折線進行適當(dāng)?shù)碾[藏處理。例如在設(shè)計現(xiàn)代轎車的過程中，設(shè)計人員可以選擇圓滑過渡的方式來設(shè)計側(cè)面與前方的圍罩，并且對于發(fā)動機罩也應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)良好的細部設(shè)計效果。

例如在優(yōu)化細部的車身設(shè)計過程中，通?？梢赃x擇大曲面的汽車擋風(fēng)玻璃，并且設(shè)計為向后收縮的后側(cè)翼子板以及較短的車尾后箱蓋。對于車身的前風(fēng)窗而言，最好限定于30°左右的水平面與車窗夾角，以便于在車體內(nèi)部的相應(yīng)位置嵌入橢圓形的門把手以及汽車燈具[6]。除此以外，應(yīng)當(dāng)確保平滑與光潔的車身表層以及后視鏡，確保運用蓋板來保護車底的部位，進而達到整車高度降低的效果。

2.3 關(guān)于安裝擾流板以及導(dǎo)流板

汽車導(dǎo)流板屬于重要的車身連接板，設(shè)置導(dǎo)流板的目的在于實現(xiàn)車底氣壓的有效減小，并且運用加大進風(fēng)口的方式來確保車身氣流度的增大。通常來講，在安裝導(dǎo)流板時應(yīng)當(dāng)保持向上傾斜的狀態(tài)，導(dǎo)流板應(yīng)當(dāng)能夠連接于汽車的保險杠。與導(dǎo)流板相比，汽車擾流板的基本功能在于阻滯車頂?shù)臍饬鳎M而達到向下作用力增大的效果。擾流板的外形類似于鴨尾，其主要安裝于后端的汽車行李蓋板，尤其是對于轎車的車身結(jié)構(gòu)而言。

由此可見，汽車擾流板以及導(dǎo)流板都屬于車身造型不可缺少的部件。為了達到全面優(yōu)化車身造型的目的，那么核心措施在于確保車身符合較好的審美性與實用性，進而達到提升汽車美學(xué)性能的效果。在空氣動力學(xué)的車身設(shè)計思路下，關(guān)于車身設(shè)計需要確保做到保持車身的均衡性與對稱性。

3 車身造型研究領(lǐng)域的未來技術(shù)發(fā)展

在目前的現(xiàn)狀下，數(shù)學(xué)分析方法以及計算機技術(shù)都已獲得明顯的轉(zhuǎn)變與改進。對于車身設(shè)計領(lǐng)域來講，車身研發(fā)人員目前已經(jīng)能夠運用仿真的技術(shù)手段（CFD法）來完成相應(yīng)的車身設(shè)計。此外，車身設(shè)計領(lǐng)域還包含CAE以及其他的模擬仿真技術(shù)，通過搭建模擬平臺的方式來模仿旋渦的分離流動，確保在結(jié)合汽車外形美學(xué)、汽車功能以及仿真模擬平臺的前提下優(yōu)化車身設(shè)計。

從現(xiàn)狀來看，車身造型的研發(fā)技術(shù)人員已經(jīng)全面著眼于生成網(wǎng)格技術(shù)以及構(gòu)建幾何模型，進而歸納得出汽車收斂性、解題精度與汽車穩(wěn)定性受到空氣動力學(xué)的影響。例如針對物理描述模型在進行構(gòu)建時，關(guān)鍵在于明確旋渦分離流動的典型技術(shù)性質(zhì)，然后給出有效控制旋渦分離流動的相關(guān)措施。經(jīng)過以上的研發(fā)改進，汽車車身就可以達到更好的經(jīng)濟性以及行駛穩(wěn)定性。此外，技術(shù)人員運用數(shù)值仿真的方式，應(yīng)當(dāng)能夠驗證既有的計算方法以及計算程序是否符合改進車身設(shè)計的思路與宗旨。

在目前看來，汽車設(shè)計企業(yè)以及研發(fā)企業(yè)都要面對行業(yè)競爭，因此關(guān)于車身造型在進行美化過程中，設(shè)計人員尤其需要關(guān)注多樣化、藝術(shù)化與個性化的車身視覺效果。在此基礎(chǔ)上，車身造型的研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)致力于設(shè)計流暢、平滑與個性化的全新車身造型，從而體現(xiàn)多樣化的車身造型研發(fā)思路。例如近些年來，很多企業(yè)及其研發(fā)設(shè)計人員都在嘗試模仿虛幻造型或者寵物形象來設(shè)計汽車車身，確保消費者可以感受到汽車車身的獨特魅力與吸引力。

4 結(jié)語

汽車車身設(shè)計不能缺少空氣動力學(xué)作為基本的技術(shù)支撐，而汽車空氣動力學(xué)能夠為優(yōu)化設(shè)計車身造型提供工藝基礎(chǔ)。近些年以來，車身造型的研發(fā)與設(shè)計人員已經(jīng)能夠靈活運用空氣動力學(xué)來輔助完成相應(yīng)的車身造型優(yōu)化工作，該措施符合了研發(fā)綠色汽車的宗旨與目標(biāo)。目前在車身造型領(lǐng)域的具體研究中，關(guān)鍵措施就在于結(jié)合車身造型設(shè)計以及空氣動力學(xué)，在此前提下保證達到較好的車身造型設(shè)計效果。

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