【检修知识】车辆氛围能源学与车身外型

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图1:行驶阻力随车速的变化规律

我们从日常生活的经验中知道，当风吹向物体时，会产生一个作用在物体上的力。这个力与风向和风力有关。比如微风徐来，我们的感觉是温柔舒适的(力道不大)；飓风来袭，房子倒塌，势不可挡(威力巨大)。这说明当风速达到一定程度时，其影响是不可忽视的。对于赛车来说，是汽车运动，大气可以视为静止，相对运动的关系也是如此。一般当车速超过100 km/h(公里/小时)时，气流对车辆的阻力会超过车轮的滚动阻力。这时候就必须考虑空气动力学的影响了。如图1所示。

图2:流场小扰动源波形

流场与流线:充满运动流体(液体或气体)的某一空间通常称为流场。

图3:边界层、分离点、层流和尾迹

驻点

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层流

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图4:无粘流体流经无限长圆柱体

时，圆周上不同θ位置的速度和静压变化如图(c)和(b)所示。理想气体没有粘性，所以没有摩擦力，没有能量损失，只有动静压的转换。流过物体后，速度可以完全恢复，所以对圆柱体没有阻力和升力。(作用在物体上的力在气流速度方向上的分量叫阻力，垂直方向的速度叫升力。)

图5:机翼前后立面

赛车是产生空气动力的重要部件。现在，本文介绍它的气动特性。

图6:升力产生理论示意图

现在，我们来解释一个升力产生理论:没有旋转的理想气流流经翼型时，如果是小迎角，就不会出现分离。流线示意图如图6所示。

图7: a)翼型上下表面的压力分布；b)摩擦剪切力的分布；c)翼型微区受力的几何关系

实际风洞试验中观察到的结果与图6右图一致，可以测出翼型上下表面的压力分布。如图7所示。

图8:升力系数和阻力系数随攻角的变化

许多著名的空气动力学研究机构都研制出了不同特性的翼型，并以其规定的代号来区分。比如NACA(NASA前身)的naca0006和naca23012，分别是对称和非对称翼型，最大相对厚度t/c分别为6%和12%。不同翼型的cy、cx等系数随攻角α变化的曲线可在手册中找到。它们的总体趋势如图8所示:

图9: a)闭环风洞示意图；b)开放式风洞示意图

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比如在新型号研制初期，没有模型和实物，理论方法当然更方便。最后，性能的确认和提高必须依赖于驾驶测试。

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一般说来，车身上表面压力分布趋势大致如图10所示。