高速车辆车头改进的空气动力学特性研究

花超

摘要：随着出行人们出行需求的逐渐增多，汽车数量也在逐渐的增加，致使车辆在进行不断革新。随着科学技术的不断发展，计算流体力学的方法也被逐渐的应用在汽车空气动力学上。空气力学的特性在一定程度上影响了汽车的性能以及使用，并且车辆车头的形状以及车头的结构都会对车辆的速度以及性能产生一定的影响，所以要对车辆的车头进行改进，这样才能使高速车辆的行驶速度更快，进而缓解日益紧张的交通压力。

关键词：高速车辆车头改进 空气动力学特性 研究

—、本文研究的意义

本文将对汽车的车头部分进行改造，并且要尝试对车头的造型进行不断的模拟，进而观察汽车外面的外流场以及车身表面的压力情况，并对比得出的结果，然后再分析产生这种情况的原因，进而能够设计出更好的车头造型，使车辆的速度得到更好的提高，这就是本文研究的重要意义。

二、汽车空气动力学的相关介绍

汽车空气动力学就是对汽车外空气流经的规律进行研究，并且对汽车之间的相互作用进行研究。汽车在行驶的过程中会受到各方面力的作用。除了汽车在行驶时来自地面的摩擦力之外，还有汽车行驶时周围气流对汽车的速度也会造成一定的影响。汽车在行驶中的摩擦力大小会受到汽车的重量、汽车滚动的阻力以及汽车重点的位置影响。影响汽车速度的气动力主要是由汽车的行驶速度、汽车自身的外形以及风向角决定的。

三、汽车空气动力学的发展历程

空气动力学简单的说就是探究空气或者别的气体的运动，同时研究气体和物体之间产生相互影响的科学，最初的发展是为了解决航空航天行业的问题。到后来。此科学慢慢的应用到汽车行业。人们才意识到汽车行业应用的空气动力学和航空航天领域不太一样，这是由于汽车本身的形状存在局限性。汽车行业中空气动力学的发展历程主要由以下几个阶段：

1.基本形状造型阶段。其发展的初级阶段，人们采用了水流或者气流的外形在汽车行业中应用，如船尾形等。采用了这种外形之后，汽车的阻力系统确实是改变了不少，但是还是缺乏进一步的实践研究，不知道气流经过后会发生相应的改变。因此船尾形的汽车外形应用存在一定的缺陷。

2.流线型阶段。最初的阶段经历了漫长的改革后，汽车空气动力学才迎来了新的突破。要想让汽车获得最小的阻力，需要使用流线型来构成车身的前半部分，同时还可以将车尾的分离去除来减少汽车的阻力。汽车前身的流线型和车尾的流场是相互作用的。此阶段人们对气流的阻力和开车稳定性的方面有了更进一步的认识，解决侧风对汽车的影响，同时解决了开车过程中如果遇到短暂强风的影响等。

3.汽车的细节优化阶段。从上个阶段开始，汽车的外形基本已经定型，但随着汽车行业的发展。在原先外形的基础上进行了细节优化，此阶段在原有的外形上进行形体细节部位的优化，比如圆角设计、曲面设计等，进一步降低汽车的阻力，同时对气流的分离进行控制。

4.汽车外形的整体优化阶段。随着汽车行业的不断发展，汽车空气动力学进入到整体优化阶段，此阶段，人们对汽车绕流的特点有了进一步的认识。其整体优化的中心思想就是先确定一个外形。此外形需要达到理想的低阻力，然后在解析汽车每个细节时，要严格要求外形的光顺性，达到气流经过汽车外形时不会出现分离的现象。

汽车动力学的发展历程可以从汽车外形来表现出来。在这个漫长的过程当中，汽车的阻力系数从最初的0.9降到了0.45。这是通过几代科学家努力的成果。在一定程度上代表了汽车动力学的研究成果。美国的实验室已经研制出可以将阻力系数降到0.1以下，但是这只是在实验室中实现的，要想发展在社会当中，还存在一定的困难。

四、不同的车头外形对车身外流场的影响

车头的外形不同会对相应的外流畅造成不同的影响。其车头的外形一般情况下有以下几种形状，其中包括：圆弧曲面的车头、车头的上缘凸起、大曲面的车头。经过不同车头的分析得出：第一，汽车发动机的机罩和车身挡风玻璃的弧面设计。在一定程度上，能够改变气流流动的状况，从而降低阻力系统。第二，车头的曲面弧度设计的越好，则车头引导的气流在车身上流动越顺畅，进而减低了车头顶部的阻力。在一定程度上改变了阻力系数。第三。如果想要车头受压力情况不同，那么就需要改变车头迎风面的外形，但是有时候一味的增大车头的受压力，会增加车头的阻力系数，因此，需要找到一个平衡点，让二者达到最佳状态。第四，如果想要阻力系统降到最低。那么可以选择单凸弧面形状的车头。但是这种车头的缺点就是随着汽车速度的增大，车头会往上升，这样就会造成車辆的安全性、稳定性的降低。

五、高速车辆的外场流情况

众所周知，汽车的速度越快，其阻力越大，稳定性越差，要想解决汽车的速度问题，就要降低阻力系数。同时增加稳定性。经过分析表明。适当的改变汽车底盘的形状可以实现以上要求。底盘的形状可以改变气流的出流，增加了汽车底部的负压力，从而降低汽车高速运动中上升的系数，这种方法相对于改变车头来说。其效果更加显著。但是还需要考虑一定要求。就是观察汽车尾气流的大小，如果出现比较大的气流时，那么车身底部的压力会变得更大。从而阻力系数也会变大。

六、结束语

综上所述，本文通过对汽车车头改进研究存在的意义为切入点，进而介绍了研究中涉及到的空气动力学，对空气动力学在汽车行业的发展历程进行分析。从而研究出汽车是如何一步步满足其最佳性能要求的。主要是从汽车的外形、减少阻力系数、安全稳定性来进行研究。此研究受到各国汽车公司的重视。随着科学技术的发展。我相信对汽车行业的研究会使汽车各方面的能力得到提高，希望通过本文的介绍能够帮助到汽车行业的研究人员。