汽車空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)的案例
技術(shù) | 汽車空氣動力學(xué)漫談
汽車行業(yè)目前已有一種共識，具有良好空氣動力學(xué)性能的汽車，加速性能更好、行駛穩(wěn)定性更強(qiáng)、燃油經(jīng)濟(jì)性更佳。隨著節(jié)能環(huán)保汽車的呼聲愈強(qiáng)，汽車空氣動力學(xué)性能相比以往任何時(shí)候，都更被車企所重視。本期作者將帶你走近汽車空氣動力學(xué)。
引言
如果一輛汽車以105公里/小時(shí)的速度駛向墻壁，將會發(fā)生什么？
可以想象：汽車車架會斷裂，玻璃會破碎，當(dāng)然，安全氣囊也會彈出試圖保護(hù)司機(jī)和乘客，但即使現(xiàn)代汽車在安全方面已有著巨大進(jìn)步，這樣的撞車也將會是一次嚴(yán)重的事故。因?yàn)?em>汽車根本不可能通過任何改良設(shè)計(jì)而順利穿過一面磚墻。
但是大自然中卻存在著另外一種“墻”，汽車通過改良設(shè)計(jì)就可以順利從中穿過，這就是“空氣墻”——當(dāng)汽車高速行駛時(shí)遇到的“墻”。
也許大多數(shù)人并不認(rèn)可這種說法，空氣或者風(fēng)怎么能算一堵墻呢。
汽車低速行駛或風(fēng)不大時(shí)，我們總是很難注意到空氣與車輛的相互作用；但是高速行駛或異常大風(fēng)時(shí)，空氣阻力（空氣對運(yùn)動物體的作用力）對汽車的加速性能、行駛穩(wěn)定性和燃油經(jīng)濟(jì)性都有巨大的影響。
空氣動力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，主要研究物體與氣體相對運(yùn)動時(shí)的受力特性、氣體流動規(guī)律以及伴隨發(fā)生的物理化學(xué)變化。空氣動力學(xué)在航空、航天、汽車領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
近幾十年來，汽車設(shè)計(jì)不同程度的考慮了空氣動力學(xué)，汽車制造商們也進(jìn)行了各種各樣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，試圖使“空氣墻”更容易被穿過。
在了解空氣動力學(xué)如何應(yīng)用于汽車行業(yè)之前，先了解一下“風(fēng)阻系數(shù)（Cd）”。
風(fēng)阻系數(shù)（Cd）
風(fēng)阻系數(shù)（Cd）是衡量汽車空氣阻力的數(shù)值。
汽車以110公里/小時(shí)的車速行駛時(shí)，空氣對汽車的阻力比60公里/小時(shí)車速行駛時(shí)多出四倍。通常使用風(fēng)阻系數(shù)來衡量汽車的空氣動力學(xué)能力。簡單來講，風(fēng)阻系數(shù)越低，汽車的空氣動力學(xué)相對更佳，也更容易通過“空氣墻”。
一起來看幾個(gè)阻力系數(shù)值。
展開 【技術(shù)】AICFD助力汽車空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)
概述
隨著汽車工業(yè)發(fā)展與汽車行駛速度日益提高，汽車的空氣動力學(xué)亦愈來愈受到重視，優(yōu)秀的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)不但可以達(dá)到高效節(jié)能的目的，還能夠減少噪音、提高車輛的平順性和行駛穩(wěn)定性，提供更強(qiáng)的安全保障。如今，它已經(jīng)不是航空航天領(lǐng)域的專利，而是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)必不可少的元素之一。
汽車空氣動力學(xué)研究主要有兩種方法：一種是進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，另一種則是利用計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)進(jìn)行數(shù)值仿真。相比風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，CFD數(shù)值仿真有著可再現(xiàn)性、周期短、成本低，以及全面且豐富的流場分析功能等優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，通過數(shù)值仿真，在產(chǎn)品開發(fā)的初期就確立設(shè)計(jì)方案。外流場空氣動力學(xué)仿真計(jì)算作為CFD的一個(gè)方面，在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中扮演著至關(guān)重要的角色。
AICFD軟件介紹
AICFD 是由天洑軟件研發(fā)的一款智能熱流體仿真軟件，它實(shí)現(xiàn)對流動及傳熱的快速智能仿真。
展開 空氣玩家JIM HALL 空氣動力學(xué)黑科技的故事
與之前的Chaparral賽車采用了大型尾翼不同，Jim Hall設(shè)計(jì)2H的核心理念就是最大幅度地降低風(fēng)阻。
Jim Hall似乎糾枉過正，2H的設(shè)計(jì)中盡可能地縮減了車寬，甚至打算把車手完全容納進(jìn)車身，以將賽車的風(fēng)阻系數(shù)降到最低。這也造就了2H非常奇特的造型——車身上部非常平整，側(cè)窗被安放在了很低的位置，整車看起來像個(gè)鍥子。
2H在設(shè)計(jì)過程中幾易其稿，這是其中之一。
Jim Hall請了當(dāng)時(shí)Can-Am賽事的著名車手John Surtees來駕駛2H參賽。John Surtees非常反感這個(gè)駕駛位置的設(shè)計(jì)，認(rèn)為車身嚴(yán)重阻礙了視線。他強(qiáng)烈要求把2H的駕駛位抬高，裝上防滾架與前風(fēng)擋，以便把頭部露出來獲得更好的視野。
Jim Hall和John Surtees
Jim Hall認(rèn)為這個(gè)改動破壞了2H的空氣動力學(xué)特性，但隨后的參賽過程中，2H暴露出了更多的問題——低風(fēng)阻的設(shè)計(jì)與窄車身導(dǎo)致其彎中速度非常低。Jim Hall不得不額外增加大型翼片來死馬當(dāng)活馬醫(yī)，車手John Surtees則表示出對這臺車極其厭惡。
由于安全原因，1969年賽季結(jié)束后，Can-Am賽會禁止了可變型空氣動力學(xué)套件的使用。這意味著Chaparral無法繼續(xù)使用其作為制勝武器的可變尾翼，Jim Hall不得不尋找新的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)方案。
2G等車型為了增加下壓力而增加了風(fēng)阻，而2H則為了減小風(fēng)阻導(dǎo)致了下壓力的不足。在不使用可變尾翼的條件下，低風(fēng)阻與高下壓力，二者可以兼得嗎？
Jim Hall用下面這款車給出了他的答案——這款車打開了汽車空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)的另一扇大門。
Chaparral最具傳奇色彩的車型——Chaparral 2J “Sucker Car”，人類第一臺運(yùn)用“地面效應(yīng)”的賽車。
2J有著如同冰柜一般的奇異外觀，車尾兩個(gè)巨大的風(fēng)扇非常顯眼。
展開 車企都在“吹”的空氣動力學(xué)究竟是什么？ 附空氣動力學(xué)基礎(chǔ)劉沛清下載
很多人第一次聽到空氣動力學(xué)這個(gè)詞時(shí)，或許會比較頭痛，感覺進(jìn)入到了一個(gè)玄之又玄的領(lǐng)域。畢竟在大家印象中，空氣動力學(xué)大多與飛行器有關(guān)，比如飛機(jī)、火箭、戰(zhàn)斗機(jī)等等。但其實(shí)，空氣動力學(xué)其實(shí)距離我們?nèi)粘Ｉ詈芙? 從字面理解，空氣動力學(xué)解決的就是如何讓物體在空氣中保持更高效運(yùn)動的科學(xué)。因此，一切需要運(yùn)動的物體，就比如，跑步中的人、騎行中的自行車，甚至是行駛中的高鐵、汽車等，想要保持更快速、更省力、更節(jié)能的運(yùn)動，都與空氣動力學(xué)息息相關(guān)。
當(dāng)然，雖然空氣動力學(xué)對汽車領(lǐng)域非常重要，但在汽車百年多發(fā)展歷史中車企真正開始研究空氣動力學(xué)的歷史并不是特別長。我們都知道早期的汽車造型都非常方正，沒有任何流線型的設(shè)計(jì)概念，而一直到20世紀(jì)中葉以后，車企才開始重視起汽車空氣動力學(xué)的設(shè)計(jì)，而在汽車空氣動力學(xué)中需要解決的兩個(gè)問題就是風(fēng)阻和升力。
車企為何愛吹噓“風(fēng)阻系數(shù)”
在力學(xué)中，空氣動力學(xué)其實(shí)是流體力學(xué)的一個(gè)分支，空氣也被認(rèn)為是流體的一種。而我們都知道，流體密度越大，對任何通過它的物體形成的阻力就越大，汽車在高速行駛中所遇到的最大阻力就是“風(fēng)阻”。風(fēng)阻形成了一個(gè)平行于車輛行駛平面的力，阻礙汽車運(yùn)動，而且這個(gè)阻力也會隨著車速變快而變大，風(fēng)阻變大也意味著油耗越高、車輛最高車速也降低得越多（發(fā)動機(jī)功率輸出保持恒定的情況下）。
同時(shí)一輛車想要保持更高時(shí)速，那背后所需要解決的技術(shù)難題也成幾何數(shù)增長，這也是為什么當(dāng)布加迪Chiron創(chuàng)下490km/h時(shí)速記錄時(shí)，會引起那么大關(guān)注的重要原因。當(dāng)然，如果你無法理解，那么以F1賽車為例會更容易想象背后的難度。
展開 
空氣動力學(xué)在汽車造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用
前圍與側(cè)圍,前圍、側(cè)圍與發(fā)動機(jī)罩,后圍與側(cè)圍等地方均采用園滑過渡,發(fā)動機(jī)罩向前下傾,車尾后箱蓋短而高翹,后冀子板向后收縮,擋風(fēng)玻璃采用大曲面玻璃,且與車頂園滑過渡,前風(fēng)窗與水平面的夾角不宜超過30 度,側(cè)窗與車身相平,前后燈具、門手把嵌入車體內(nèi),去掉不必要的裝飾,車身表面盡量光潔平滑,車底用平整的蓋板蓋住,降低整車高度等等,這些措施有助于減少空氣阻力系數(shù)
在80 年代初問世的德國奧迪100 ─Ⅲ型轎車就是最突出的例子,它采用了上述種種措施,其空氣阻力系數(shù)只有0. 3 ,成為當(dāng)時(shí)商業(yè)代轎車外形設(shè)計(jì)的最佳典范。圖7 是現(xiàn)代汽車。據(jù)試驗(yàn)表明,空氣阻力系數(shù)每降低百分之十,燃油節(jié)省百分之七左右。對兩種相同質(zhì)量,相同尺寸,但具有不同空氣阻力系數(shù)(分別是0. 44 和0. 25) 的轎車進(jìn)行比較,88 kmPh 的時(shí)速行駛了100 km ,燃油消耗后者比前者節(jié)約了1. 7 L。
從前面可知,空氣動力學(xué)上的每一項(xiàng)進(jìn)展,都直觀的反映在汽車造型的變化上。幾十年來,汽車造型的種種變化,都可以找到其空氣動力學(xué)的依據(jù)。當(dāng)汽車的車速提高到每小時(shí)50 km 的時(shí)候,迎面而來的風(fēng)使駕乘人員難以忍受,迫使人們考慮改變汽車的外形以克服其缺陷。于是人們設(shè)計(jì)了一種帶有球面的擋風(fēng)板的汽車,這是流線型的萌芽。汽車總高度的降低,汽車上部寬度的減小,都是為了減小汽車的迎風(fēng)面積。30 年代盛行的甲殼蟲轎車,反映了空氣動力學(xué)發(fā)展的一個(gè)階段。后來出現(xiàn)的船型車、魚型車,隨著空氣動力學(xué)的發(fā)展,雖各有特色,但都有朝楔形車變化的共同趨勢,楔形造型能較好地滿足空氣動力學(xué)的各項(xiàng)特性,并且造型上清爽利落,簡潔大方,具有現(xiàn)代氣息,給人以美的感受。
2現(xiàn)代汽車的造型
奧迪R8中的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)
尾翼的基本設(shè)計(jì)
尾翼和擾流器的誕生正是要解決氣流和浮升力的問題。我們見到過的尾翼可謂五花八門、千奇百怪。
展開 【流體仿真】具有空氣動力學(xué)反饋的2D汽車輪廓的交互設(shè)計(jì)
引 言
汽車造型的設(shè)計(jì)需要在審美和性能之間取得微妙的平衡。雖然流體模擬提供了評估給定形狀的空氣動力學(xué)性能的手段，但它的計(jì)算成本阻礙了它在設(shè)計(jì)的早期探索階段的使用，在這個(gè)階段，美學(xué)是決定的。交互式系統(tǒng)可幫助設(shè)計(jì)師創(chuàng)建空氣動力學(xué)汽車輪廓。
系統(tǒng)依賴于一個(gè)神經(jīng)代理模型來預(yù)測汽車形狀周圍的流體流動，一旦設(shè)計(jì)師繪制出汽車輪廓，就為他們提供流體可視化和形狀優(yōu)化反 饋。與之前專注于時(shí)間平均流體流動的工作相比，描述了如何在從多個(gè)預(yù)計(jì)算模擬中提取的瞬時(shí)、同步觀測數(shù)據(jù)上訓(xùn)練我們的模型，這樣我們就可以對動態(tài)流動特征(如渦流)進(jìn)行可視化和優(yōu)化。
展開 關(guān)于汽車動力學(xué)-空氣動力學(xué)清單
1、汽車空氣動力學(xué)的重要性: 汽車空氣動力學(xué)是研究空氣流經(jīng)汽車時(shí)的流動規(guī)律及空氣與汽車相互作用的一門科學(xué)。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側(cè)向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側(cè)向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個(gè)方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度；
2）汽車經(jīng)濟(jì)性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩(wěn)定性：升力與縱傾力矩、側(cè)向力及橫擺力、側(cè)傾力矩。
3、關(guān)于風(fēng)洞的一些知識：一臺新車設(shè)計(jì)好后，需進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。風(fēng)洞試驗(yàn)有模型風(fēng)洞和實(shí)車風(fēng)洞。最后還需進(jìn)行道路試驗(yàn)。
1）汽車風(fēng)洞的分類與名稱
全尺寸風(fēng)洞與模型風(fēng)洞：為試驗(yàn)真車的風(fēng)洞叫全尺寸風(fēng)洞。為試驗(yàn)縮比模型或零部件的風(fēng)洞叫模型風(fēng)洞。
2）、空氣動力試驗(yàn)風(fēng)洞、全天候風(fēng)洞與多用風(fēng)洞：不能隨意調(diào)節(jié)試驗(yàn)段氣流溫度、濕度的風(fēng)洞稱為空氣動力試驗(yàn)風(fēng)洞；一般在這種風(fēng)洞中主要進(jìn)行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗(yàn)段氣流溫度、濕度、陽光強(qiáng)弱和其它氣候條件的風(fēng)洞稱為全天候風(fēng)洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環(huán)境效果的風(fēng)洞稱為多用風(fēng)洞。
4、汽車風(fēng)洞試驗(yàn)主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩(wěn)定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發(fā)動機(jī)冷卻氣流的進(jìn)氣和排氣特性；4）駕駛室內(nèi)的通風(fēng)、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進(jìn)時(shí)都受到哪些阻力：汽車行進(jìn)時(shí)所受阻力大致可分為機(jī)械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
展開 關(guān)于汽車動力學(xué)-空氣動力學(xué)清單
1、汽車空氣動力學(xué)的重要性: 汽車空氣動力學(xué)是研究空氣流經(jīng)汽車時(shí)的流動規(guī)律及空氣與汽車相互作用的一門科學(xué)。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側(cè)向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側(cè)向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個(gè)方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度；
2）汽車經(jīng)濟(jì)性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩(wěn)定性：升力與縱傾力矩、側(cè)向力及橫擺力、側(cè)傾力矩。
3、關(guān)于風(fēng)洞的一些知識：一臺新車設(shè)計(jì)好后，需進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。風(fēng)洞試驗(yàn)有模型風(fēng)洞和實(shí)車風(fēng)洞。最后還需進(jìn)行道路試驗(yàn)。
1）汽車風(fēng)洞的分類與名稱
全尺寸風(fēng)洞與模型風(fēng)洞：為試驗(yàn)真車的風(fēng)洞叫全尺寸風(fēng)洞。為試驗(yàn)縮比模型或零部件的風(fēng)洞叫模型風(fēng)洞。
2）、空氣動力試驗(yàn)風(fēng)洞、全天候風(fēng)洞與多用風(fēng)洞：不能隨意調(diào)節(jié)試驗(yàn)段氣流溫度、濕度的風(fēng)洞稱為空氣動力試驗(yàn)風(fēng)洞；一般在這種風(fēng)洞中主要進(jìn)行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗(yàn)段氣流溫度、濕度、陽光強(qiáng)弱和其它氣候條件的風(fēng)洞稱為全天候風(fēng)洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環(huán)境效果的風(fēng)洞稱為多用風(fēng)洞。
4、汽車風(fēng)洞試驗(yàn)主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩(wěn)定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發(fā)動機(jī)冷卻氣流的進(jìn)氣和排氣特性；4）駕駛室內(nèi)的通風(fēng)、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進(jìn)時(shí)都受到哪些阻力：汽車行進(jìn)時(shí)所受阻力大致可分為機(jī)械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
展開 汽車中的空氣動力學(xué)
說到空氣動力學(xué)，大家往往都會覺得這是一個(gè)很學(xué)術(shù)，其學(xué)術(shù)研究成果和結(jié)論都被大量的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域和賽車運(yùn)動上。但其實(shí)不然，早在20世紀(jì)初期，汽車比剛發(fā)明不久的飛機(jī)速度還要快，早于飛機(jī)突破了時(shí)速兩百公里，這都是當(dāng)時(shí)賽車的空氣力學(xué)比飛機(jī)更先進(jìn)的證明。早在20世紀(jì)50年代第二次汽車變革之前，許多車廠就已經(jīng)采用了人們常說的“流線型”造型車身造型設(shè)計(jì)，而這次變革之后，車身設(shè)計(jì)領(lǐng)域則可謂是百家爭鳴，百花齊放了，如魚形，船型，楔形，甚至火箭型，是的，沒錯(cuò)，就是火箭型！
簡單介紹下前面提到的2次汽車改革19世紀(jì)末期，汽車剛被發(fā)明不久，極低的車速讓空氣阻力根本無法顯現(xiàn)，所以那個(gè)時(shí)候的汽車就是在馬車車廂上加裝發(fā)動機(jī)和操縱機(jī)構(gòu)。隨著時(shí)間的推移，到20世紀(jì)初慢慢演變成廂型車，代表就是福特T型車（1908年誕生）。在此期間，科學(xué)界注意到了空氣阻力的影響，因此在1899就有人按照空氣動力學(xué)觀點(diǎn)設(shè)計(jì)了最早的汽車。可惜，上面的這些設(shè)計(jì)并沒什么實(shí)質(zhì)性作用，阻力依然很大，也僅僅比廂型車強(qiáng)些。因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候人們沒有意識到，車底的輪子對氣流的影響，還有地面對氣流的影響，所以想當(dāng)然的應(yīng)用這些基本流線型是行不通的。真正的轉(zhuǎn)機(jī)是在20世紀(jì)20年代以后，人們意識到地面效應(yīng)的影響，把空氣動力學(xué)理論應(yīng)用在汽車上，使汽車外形設(shè)計(jì)取得巨大的進(jìn)步，出現(xiàn)了氣動阻力Cd為0.28的低阻汽車（1924的拉普勒）。這個(gè)時(shí)期的汽車的顯著特點(diǎn)是，車身呈半水滴狀，或者是兩個(gè)半水滴的組合結(jié)構(gòu)。這種類型的優(yōu)秀代表是1937年問世的太拖拉87型（Cd為0.36，是當(dāng)時(shí)世界上最快的轎車）。后來大名鼎鼎的甲殼蟲就是以此為靈感設(shè)計(jì)的。既然流線型車造型優(yōu)雅，空氣阻力也相對較小，為什么會被淘汰呢？因?yàn)榱骶€型車有個(gè)很大的缺點(diǎn)，它阻力雖小，抗側(cè)風(fēng)能力卻非常差。所以當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)問題后，就進(jìn)入了船型車時(shí)代（20世紀(jì)50年代后）。
展開 汽車空氣動力學(xué)分析2 ￥10
空氣速度為 30 m/s（更新），使用的湍流模型為 SST。網(wǎng)格由大約 350 萬個(gè)元素組成。汽車表面四周采用6棱鏡層。使用 ANSYS CFX 執(zhí)行穩(wěn)態(tài)仿真。
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汽車空氣動力學(xué)數(shù)值計(jì)算
汽車空氣動力學(xué)數(shù)值計(jì)算.part3.rar
汽車空氣動力學(xué)數(shù)值計(jì)算
汽車空氣動力學(xué)數(shù)值計(jì)算.part2.rar
汽車空氣動力學(xué)數(shù)值計(jì)算.part1.rar
不得不學(xué)的空氣動力學(xué)！ 附空氣動力學(xué)陳再新下載
前后鏤空的設(shè)計(jì)可以極大的減小風(fēng)阻。
路特斯Evija
在底盤上裝有擴(kuò)散器，作用和賽車中下突形成的文氏管一樣，都是壓迫空氣，讓流速變快，產(chǎn)生下壓力。據(jù)測算，這款汽車可以產(chǎn)生1.8噸的下壓力。
Evija的空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)
可是由于它采用碳纖維結(jié)構(gòu)，它本身的重量只有1.68噸，這說明理論上講，它是可以倒立著懸在平的隧道頂部狂奔的。
當(dāng)然，這只是理論上，大家千萬不要嘗試。還有一個(gè)原因是，這輛車價(jià)格在2000萬左右，絕大多數(shù)人也沒法嘗試。
從研究一杯水，一口氣，到一架飛機(jī)，一輛跑車。科技正在越來越快的改變著世界。孔子說：學(xué)而時(shí)習(xí)之，不亦說乎。有許多人把“習(xí)”理解成復(fù)習(xí)。我倒覺得，理解成實(shí)踐更好。科林查普曼把他學(xué)到的空氣動力學(xué)知識用到了汽車上，并且創(chuàng)造了超一流的跑車品牌路特斯，這是一件多么快樂的事啊！
下載地址：空氣動力學(xué)陳再新
展開 汽車開發(fā)中的空氣動力學(xué)及流體力學(xué)仿真
汽車開發(fā)中的空氣動力學(xué)及流體力學(xué)仿真
隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，在產(chǎn)品開發(fā)的初期就確立設(shè)計(jì)方案。今天所面臨的挑戰(zhàn)是如何更好地利用這些軟件，以及由誰使用。
“大約十年前，我們要說服人們相信CFD 及仿真可以帶來價(jià)值。今天，CFD 已經(jīng)成為汽車行業(yè)中普遍使用的工具，應(yīng)用于整個(gè)汽車開發(fā)流程的各個(gè)階段，”福特公司熱系統(tǒng)及空氣動力系統(tǒng)工程以及計(jì)算機(jī)輔助工程主管Burkhard Hupertz 博士說道。他所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)新車空氣動力學(xué)及動力總成冷卻設(shè)計(jì)的虛擬優(yōu)化及驗(yàn)證工作。
一項(xiàng)成熟的技術(shù)一旦可以帶來可靠的結(jié)果就可以得到廣泛的應(yīng)用。“在車輛基本空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)及車輛外形及底部設(shè)計(jì)優(yōu)化方面所采用的方法已經(jīng)非常成熟了，”他說道。因此，人們對CAE技術(shù)在開發(fā)流程中所發(fā)揮的作用的期望也發(fā)生了巨大的改變。以前，CAE 主要用來評估設(shè)計(jì)提案的可行性。“今天，由于設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)量的大量增加，人們希望CAE 可以幫助推進(jìn)整個(gè)車輛的開發(fā)流程。”Hupertz 說道。
為了達(dá)到這個(gè)目的，福特公司正在制訂新的開發(fā)流程——如何更好地通過CFD 軟件來確定車輛設(shè)計(jì)中最重要和最有依賴性的參數(shù)。Hupertz 認(rèn)為基于CAE 的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）是最佳的解決方案。DOE 可以讓工程師對大量的有關(guān)車輛造型和系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)參數(shù)的效果進(jìn)行深入探索。對如何利用幾百次的測試運(yùn)行有詳細(xì)規(guī)劃的優(yōu)化軟件包是關(guān)鍵。此外，還有一個(gè)關(guān)鍵因素是復(fù)雜的變形工具，可以幫助設(shè)計(jì)人員知道如何對車輛造型做出改進(jìn)。最后， “我們在用戶友好界面方面投入了大量精力，這樣設(shè)計(jì)人員和作圖人員就可以了解并直觀地理解空氣動力學(xué)工程師想表達(dá)的意思，”Hupertz 表示。
展開 汽車開發(fā)中的空氣動力學(xué)及流體力學(xué)仿真
隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，在產(chǎn)品開發(fā)的初期就確立設(shè)計(jì)方案。今天所面臨的挑戰(zhàn)是如何更好地利用這些軟件，以及由誰使用。
“大約十年前，我們要說服人們相信CFD 及仿真可以帶來價(jià)值。今天，CFD 已經(jīng)成為汽車行業(yè)中普遍使用的工具，應(yīng)用于整個(gè)汽車開發(fā)流程的各個(gè)階段，”福特公司熱系統(tǒng)及空氣動力系統(tǒng)工程以及計(jì)算機(jī)輔助工程主管Burkhard Hupertz 博士說道。他所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)新車空氣動力學(xué)及動力總成冷卻設(shè)計(jì)的虛擬優(yōu)化及驗(yàn)證工作。
一項(xiàng)成熟的技術(shù)一旦可以帶來可靠的結(jié)果就可以得到廣泛的應(yīng)用。“在車輛基本空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)及車輛外形及底部設(shè)計(jì)優(yōu)化方面所采用的方法已經(jīng)非常成熟了，”他說道。因此，人們對CAE技術(shù)在開發(fā)流程中所發(fā)揮的作用的期望也發(fā)生了巨大的改變。以前，CAE 主要用來評估設(shè)計(jì)提案的可行性。“今天，由于設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)量的大量增加，人們希望CAE 可以幫助推進(jìn)整個(gè)車輛的開發(fā)流程。”Hupertz 說道。
為了達(dá)到這個(gè)目的，福特公司正在制訂新的開發(fā)流程——如何更好地通過CFD 軟件來確定車輛設(shè)計(jì)中最重要和最有依賴性的參數(shù)。Hupertz 認(rèn)為基于CAE 的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）是最佳的解決方案。DOE 可以讓工程師對大量的有關(guān)車輛造型和系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)參數(shù)的效果進(jìn)行深入探索。對如何利用幾百次的測試運(yùn)行有詳細(xì)規(guī)劃的優(yōu)化軟件包是關(guān)鍵。此外，還有一個(gè)關(guān)鍵因素是復(fù)雜的變形工具，可以幫助設(shè)計(jì)人員知道如何對車輛造型做出改進(jìn)。最后， “我們在用戶友好界面方面投入了大量精力，這樣設(shè)計(jì)人員和作圖人員就可以了解并直觀地理解空氣動力學(xué)工程師想表達(dá)的意思，”Hupertz 表示。
展開 可用于汽車空氣動力學(xué)分析的基準(zhǔn)模型
由化石燃料的燃燒帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，汽車制造商們因此向市場推出了更多的節(jié)能汽車。燃料消耗的一個(gè)重要因素是汽車的氣動曳力。然而由于汽車形狀復(fù)雜，所以對其進(jìn)行建模極具挑戰(zhàn)性，同時(shí)也很難定量地計(jì)算其受到的氣動阻力。Ahmed 體是一個(gè)在汽車工業(yè)領(lǐng)域被廣泛用于驗(yàn)證仿真工具的基準(zhǔn)模型，它的形狀簡單，易于建模，而且還保持了汽車的幾何特征。
為什么要研究汽車的曳力系數(shù)？
曳力系數(shù)是對處于流體環(huán)境中的物體所受阻力進(jìn)行量化的參數(shù)。相對于物體的形狀來說，曳力系數(shù)并非一個(gè)絕對常數(shù)，因?yàn)樗鼤S著氣流的速度和方向、物體的形狀和尺寸，以及流體密度和粘度的變化而變化。物體的曳力系數(shù)越低，其受到氣體或流體的動力阻力則越小。就汽車而言，曳力系數(shù)越低，能效就越高。曳力系數(shù)不僅會影響汽車的最高速度，同時(shí)還會對操控性產(chǎn)生影響。基于以上原因，具有低曳力系數(shù)的汽車更受到人們的追捧。然而一味地降低曳力會造成汽車受到的下壓力降低，進(jìn)而導(dǎo)致牽引力的損耗，同時(shí)還會提高車禍概率。
大多數(shù)汽車的平均曳力系數(shù)都介于 30 至 35 之間。形狀方方正正的汽車曳力系數(shù)較高，例如 HUMMER? H2 的曳力系數(shù)為 57；而流線型汽車曳力系數(shù)較低，例如 Mercedes-Benz? C-Class? 的曳力系數(shù)為 24。再強(qiáng)調(diào)一下，以上僅為平均測量值。汽車曳力系數(shù)的精確數(shù)值會隨著雷諾數(shù)和其他各種因素的變化而變化。
我們可以通過多種方法對汽車進(jìn)行改裝，以優(yōu)化其空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)，降低其曳力系數(shù)。為了讓您的愛車外觀呈流線型，您可以將車頂行李架、擋泥板、擾流板、無線電天線等零部件拆除。專業(yè)賽車手還會拆除他們的雨刮器及后視鏡，但是我們并不推薦普通司機(jī)也這樣做。您還可以為您的愛車裝上輪罩、進(jìn)氣格柵、車身底板、擋泥板及改裝的前保險(xiǎn)杠，對曳力系數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使您的愛車脫穎而出。
Ahmed 體是什么？
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