微型厢式汽车后扰流板对气动特性影响

2014-02-23朱江波卞继承

电子测试 2014年21期

关键词：高速行驶扰流板薄板

朱江波，卞继承

（1.克拉玛依职业技术学院，克拉玛依，833699；2.新疆工程学院，乌鲁木齐，830091）

微型厢式汽车后扰流板对气动特性影响

朱江波1，卞继承2

（1.克拉玛依职业技术学院，克拉玛依，833699；2.新疆工程学院，乌鲁木齐，830091）

本文通过计算机的模拟方法，检测安装在汽车后扰流板模型的外流场的阻力，通过计算机模拟，对汽车后扰流板的安装位置、安装形状及安装角度进行了科学的分析。科学的安装汽车后扰流板，不仅能够降低气动升力，还可以有效地减少汽车所受气动阻力，降低汽车油耗，对提高汽车气动特性有很大的工程指导性。

厢式汽车;后扰流板;气动;特性

随着国家经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，现有的国产高速公路也得到了快速的发展，汽车的种类也越来越多，其中，国产箱式汽车在市场上的占有率也有很大的提高。箱式汽车进入大众生活后，人们对于它的操作安全性和行驶稳定性也提出了相应的要求。高速行驶的汽车，比低速行驶相应的产生较强烈的气动升力，该力对汽车的驾驶安全性会产生较大的负面效应，主要表现在：第一，由于气动升力的影响，汽车的附着性能下降，从而使得驾驶员的操纵性和汽车保持一定路线行驶的能力显著下降；第二，汽车高速行驶时，产生的气动升力分解有水平分力，该水平分力将增大汽车行驶时的气动阻力。从保护驾驶员安全方面考虑，高速行驶时，汽车气动升力的减少比气动阻力的减少更为重要，因为气动阻力只是增加了油耗，减低了车速，而气动升力可能威胁到驾驶员的人身安全。因此，理论上讲，为了驾驶员的安全，汽车行驶时的气动升力尽量减小，在设计汽车时，可以把汽车气动升力设计为零，甚至设计成负升力，以此来提高高速行驶时的驾驶安全性。为了达到此目的，本文通过计算机模拟假装扰流板，经过模拟计算模拟论证，此方法可以减少汽车高速行驶时的气动升力。

1 箱式汽车后扰流板的形状及安装位置

1.1 本文计算机模拟的汽车后扰流板的形状

伴随着科学技术的快速发展，安装在汽车上的后扰流板的种类也越来越多，其形状也相差较大。生产厂家出于对扰流板不同的设计思路和使用功能，扰流板的形状有很多种，本文采用的三种扰流板形状（图表1.1）：

1.2 上文中三种扰流板的安装方法如下

(1）翼型扰流板的安装位置。方法1：安装在后车窗上部的翼型扰流板，保持扰流板与车体的间隙为30mm。此种安装方法的出发点是，汽车扰流板与汽车车体的角度的科学性，而在本文中计算机模型上，汽车扰流板安装的角度是指：汽车顶部的水平面与汽车扰流板上表面的夹角。例如：0°扰流板是指与水平面平行的。根据与水平面角度的不同，扰流板又有5种模型，分别为0°、15°、30°、45°和60°扰流板。方法2：安装位置放在后车窗的下部，即安装在与汽车车体保持有间隙为30mm的车体后面的

中间位置。方法3：根据扰流板与车体间隙大小的不同，翼型扰流板按间隔为30mm依次从顶部向下移动至后风窗上部，共得到有30mm、60mm、90mm、120mm、150mm、180mm翼型扰流板共六种模型。方法4：汽车扰流板设计成安装在车辆后车窗的上部，使其保持与汽车车体零缝隙。

(2）安装在后车窗上部的薄板扰流板，必须考虑到两种情况：大端板和小端板。薄板扰流板的三种安装方法有：按照安装薄板扰流板与车体间隔间隙30mm依次从车辆顶部向下至车辆后风窗的上部，从而得到几种安装位置，其都与车体有30mm的间隙，都用大端板的安装方式。可以得到如下几种：30mm、60mm、90mm、120mm、150mm、180mm的汽车薄板扰流板共计六种模型。

(3）第三种扰流板安装，只考虑到安装在后车窗的上部和后车窗下部的位置。

2 对上述三种扰流板的形状及其不同的安装方法的分析比较

迎风扰流板安装方法较为单一，它仅安装在汽车车体尾部的顶端。此种安装很容易与本文中提到的另外两种扰流板在安装位置相同时进行比较。迎风扰流板对称面上承受的压力和速度所形成的压力云图及速度矢量图。

分析得出结论为：1、汽车在高速行驶时，迎风扰流板的顶部区域产生一个很大的正压区，而尾部产生较大的负压区。从而最大的负升力将施加到该车体模型上；2、由于迎风扰流板尾部产生涡流，该涡流相互之间有较大的摩擦，并且该摩擦产生的压力区有向车体顶部上升的趋势，该涡流产生的拖拽力比本文中提到的其他两种扰流板在相同位置时要大得多。所以三种扰流板中，迎风扰流板产生的行驶阻力最大。

图2.1分析出的是三种不同的扰流板安装在相同位置即汽车车体尾部的顶端时，扰流板所承受的压力图。从图中可以看出，三种扰流板模型所承受的压力以此增大，并且汽车的诱导阻力和负升力就是该压力在水平和竖直方向上的投影构成的。

从上图中分析得出：扰流板倾斜面的上方在汽车高速行驶时会产生气流的高压区，而在倾斜面的下方会产生气流的低压区。汽车在行驶中扰流板形成的高、低压区力的方向，会形成一个合力N1，而该合力N1的方向垂直于汽车扰流板的斜下方，此合力N1对汽车形成一定的气动阻力。从图中可以看出，迎风扰流板模型尾部形状尾部的设计是向上翘起，通过模拟计算，此模型的投影面积S增大为1.513m2，从而增大了汽车行驶时的气动阻力。因此，三种扰流板中，迎风扰流板通过合理的设计可以获得比其他扰流板较大的负升力（即气动阻力）。

以上内容是对三种扰流板及其不同安装方法进行的比较分析，从而可找出每种扰流板的最优安装方法，并进行相应的对比，通过计算机模拟得出如下结论：1、翼型扰流板的最科学的安装方法：安装位置是车体尾部的顶端，方向保持与车体顶端平面成水平，要求与车体有一定的间隙；2、最科学的薄板扰流板的安装方法：扰流板安装在车体尾部的顶部，安装方向要求保持与车顶成水平，还要求与车体保持一定的缝隙；3、最科学的迎风扰流板安装方法：扰流板的安装位置要求在车体的顶部。对上述三种模

型的安装方法进行计算机模拟，计算其阻力系数和升力系数，得出结果如表1.1所示。

图1.1 三种扰流板的形状

表1.1 三种扰流板的阻力系数和升力系数

由表1.1可以得出结论：汽车要想获得最大的负升力和最大稳定性迎风扰流板应安装在车体的尾部的顶部，但是此时汽车所承受的气动阻力也会增大。所以，薄板扰流板比其他两种扰流板获得最小的气动阻力和较为科学的气动升力。

通过本文计算机模拟分析，得出如下结论：最佳的气动特性，是指汽车在行驶中，获得较大的气动负升力的同时，还能获得最小的气动阻力。所以要使厢式汽车在高速行驶中获得最佳的气动性能，必须选用大端板、安装在尾部顶端的、与车体有一定间隙的薄板扰流板。

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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