空氣動力的案例
車企都在“吹”的空氣動力學究竟是什么？ 附空氣動力學基礎劉沛清下載
很多人第一次聽到空氣動力學這個詞時，或許會比較頭痛，感覺進入到了一個玄之又玄的領域。畢竟在大家印象中，空氣動力學大多與飛行器有關，比如飛機、火箭、戰斗機等等。但其實，空氣動力學其實距離我們日常生活很近。
從字面理解，空氣動力學解決的就是如何讓物體在空氣中保持更高效運動的科學。因此，一切需要運動的物體，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、更節能的運動，都與空氣動力學息息相關。
當然，雖然空氣動力學對汽車領域非常重要，但在汽車百年多發展歷史中車企真正開始研究空氣動力學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計概念，而一直到20世紀中葉以后，車企才開始重視起汽車空氣動力學的設計，而在汽車空氣動力學中需要解決的兩個問題就是風阻和升力。
車企為何愛吹噓“風阻系數”
在力學中，空氣動力學其實是流體力學的一個分支，空氣也被認為是流體的一種。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“風阻”。風阻形成了一個平行于車輛行駛平面的力，阻礙汽車運動，而且這個阻力也會隨著車速變快而變大，風阻變大也意味著油耗越高、車輛最高車速也降低得越多（發動機功率輸出保持恒定的情況下）。
同時一輛車想要保持更高時速，那背后所需要解決的技術難題也成幾何數增長，這也是為什么當布加迪Chiron創下490km/h時速記錄時，會引起那么大關注的重要原因。當然，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 不得不學的空氣動力學！ 附空氣動力學陳再新下載
Evija的空氣動力學設計
可是由于它采用碳纖維結構，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。
當然，這只是理論上，大家千萬不要嘗試。還有一個原因是，這輛車價格在2000萬左右，絕大多數人也沒法嘗試。
從研究一杯水，一口氣，到一架飛機，一輛跑車。科技正在越來越快的改變著世界。孔子說：學而時習之，不亦說乎。有許多人把“習”理解成復習。我倒覺得，理解成實踐更好。科林查普曼把他學到的空氣動力學知識用到了汽車上，并且創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：空氣動力學陳再新
CFD學習：飛機地面空氣動力學簡介
要點
升力特性受到飛機機翼水平面下方氣流扭曲的影響，這解釋了地面空氣動力學。
地面空氣動力學通過減少誘導阻力來提高升阻比。
在無風條件下以及光滑、平整、堅硬的表面上，地面空氣動力學性能最大化。
地面空氣動力學幫助飛行員優雅著陸
我害怕乘飛機旅行，尤其是在飛機著陸期間。盡管飛機從天上滑翔下來，高度逐漸降低，但我還是感覺不舒服。讓我稍微松了口氣的是，飛行員不會讓飛機迅速從空中墜落，而是優雅地下降。地面空氣動力學有助于飛行員優雅著陸。
地面空氣動力學是指在靠近地面運行時對飛機機翼升力特性的積極影響。飛機水平表面下方地面的存在會導致 3D 流場發生變化，從而影響整體性能。
讓我們仔細看看地面空氣動力學及其對飛行的影響。
飛機的地面空氣動力學
當飛機飛近地面時，地面會對飛機機翼提供的升力特性產生積極影響。地面對飛機機翼產生的影響是地面空氣動力學的結果。升力特性受到飛機機翼水平表面下方氣流扭曲的影響，這解釋了地面空氣動力學。
地面空氣動力學并不限于地面或陸地。可以概括地說，當飛機飛得更接近地球表面時，地面空氣動力學就會發揮作用。地球表面可以是地面（陸地）或水。當飛機在地面附近（距邊界一個翼展距離的范圍內）運行時，地面空氣動力學更加明顯。
當地下空氣動力學生效時，在飛機的升力表面觀察到力性能增強。飛機上的地面效應改變了三維流場，并且可以看到相關的性能變化。地面空氣動力學在提高升阻比方面發揮著重要作用。
讓我們看一下地面空氣動力學如何影響作用在飛機上的 升力和阻力。
展開 剪應力分布在空氣動力學應用中的重要性
作者Cadence CFD 解決方案
要點
空氣動力學研究流體的運動以及它如何與流動路徑中存在的固體物體相互作用。
流體的摩擦性質產生剪切應力分布，并且其作用與表面相切。
為了確保兩種不同的流動動態相似，可以比較壓力和剪切應力分布。
定義空氣動力和力矩時，壓力和剪切應力分布至關重要
流體動力學的分類，即流體動力學、氣體動力學和空氣動力學，在我們的日常生活中非常重要。盡管我們大多數人不了解支持這些系統的物理學，但我們仍然喜歡空氣動力學的應用。現代飛機就是這樣的一個例子。大多數乘飛機旅行的人都不知道飛機的工作原理。他們可能會驚訝地發現飛機飛行是空氣動力和力矩的結合。在定義空氣動力和力矩時，壓力和剪切應力分布至關重要。
在本文中，我們將討論壓力和剪切應力分布及其在某些空氣動力學應用中的重要性。
空氣動力學的演變
空氣動力學的演變與艾薩克·牛頓的經典力學有關。根據牛頓的說法，撞擊表面的流體流動將守恒其切向動量，但不會守恒其法向動量。流動并撞擊表面的均勻直線粒子流會將法向動量傳遞到表面。牛頓提出的模型和定律對于大多數流體流動來說并不準確。從丹尼爾·伯努利、倫納德·歐拉、路易斯·M·納維和喬治·G·斯托克斯提出的理論出發，空氣動力學科學發展成為我們今天所知的東西。
空氣動力學：目標和應用
空氣動力學是研究流體的運動以及流體如何與其流路中存在的固體相互作用的學科。在飛機、風洞和車輛等應用中，空氣動力體與空氣相互作用。
目標
研究空氣動力學的目標有兩個：
預測作用在穿過流體的物體上的力和力矩。
確定流經風洞、噴氣發動機等管道的內部流體流量。
展開 
關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、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方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：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）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：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）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機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 關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、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方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：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）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：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）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機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 技術 | 汽車空氣動力學漫談
汽車行業目前已有一種共識，具有良好空氣動力學性能的汽車，加速性能更好、行駛穩定性更強、燃油經濟性更佳。隨著節能環保汽車的呼聲愈強，汽車空氣動力學性能相比以往任何時候，都更被車企所重視。本期作者將帶你走近汽車空氣動力學。
引言
如果一輛汽車以105公里/小時的速度駛向墻壁，將會發生什么？
可以想象：汽車車架會斷裂，玻璃會破碎，當然，安全氣囊也會彈出試圖保護司機和乘客，但即使現代汽車在安全方面已有著巨大進步，這樣的撞車也將會是一次嚴重的事故。因為汽車根本不可能通過任何改良設計而順利穿過一面磚墻。
但是大自然中卻存在著另外一種“墻”，汽車通過改良設計就可以順利從中穿過，這就是“空氣墻”——當汽車高速行駛時遇到的“墻”。
也許大多數人并不認可這種說法，空氣或者風怎么能算一堵墻呢。
汽車低速行駛或風不大時，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時，空氣阻力（空氣對運動物體的作用力）對汽車的加速性能、行駛穩定性和燃油經濟性都有巨大的影響。
空氣動力學是力學的一個分支，主要研究物體與氣體相對運動時的受力特性、氣體流動規律以及伴隨發生的物理化學變化。空氣動力學在航空、航天、汽車領域都有廣泛的應用。
近幾十年來，汽車設計不同程度的考慮了空氣動力學，汽車制造商們也進行了各種各樣的創新設計，試圖使“空氣墻”更容易被穿過。
在了解空氣動力學如何應用于汽車行業之前，先了解一下“風阻系數（Cd）”。
風阻系數（Cd）
風阻系數（Cd）是衡量汽車空氣阻力的數值。
汽車以110公里/小時的車速行駛時，空氣對汽車的阻力比60公里/小時車速行駛時多出四倍。通常使用風阻系數來衡量汽車的空氣動力學能力。簡單來講，風阻系數越低，汽車的空氣動力學相對更佳，也更容易通過“空氣墻”。
一起來看幾個阻力系數值。
展開 空氣玩家JIM HALL 空氣動力學黑科技的故事
Chaparral系列車型的問世改變了汽車運動的發展方向，Jim Hall作為一個工程師，用創造性的思維處理問題，大膽實踐有條不紊，Jim Hall是將空氣動力學運用在汽車運動領域的先驅者。
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展開 空氣動力學在汽車造型設計中的運用
船型汽車尾部過分向后伸出,形成階梯狀,在高速時會產生較強的空氣渦流。為了克服這一缺陷,人們把船型車的后窗玻璃逐漸傾斜,傾斜的極限即成為斜背式。由于斜背式汽車的背部想魚的脊背,故被稱為“魚型汽車”(圖5) 。
魚型汽車的背部和地面的角度比較小,尾部較長,圍繞車身的氣流比較平順,渦流阻力較小。同時,其側面的形狀阻力也較小。但由于其造型關系,在高速時會產生一種升力,使車輪附著力減小,從而抵擋不住橫風的吹襲,發生偏離的危險。為了克服這一缺陷,可以將其尾部截短,也可以在尾部安上一只翹翹的“鴨尾”,以克服一部分升力。
(6) 楔型汽車。
為提高汽車在高速行駛時的安全性,在減小空氣阻力的同時,利用空氣動力規律改善汽車行駛穩定性也成為研究的重要課題。車身發展成為楔型就是追求空氣動力性能的有效措施。楔型汽車將車身整體向前下方傾斜,車身后部象刀切一樣平直,這種造型能有效地克服升力。從空氣動力學的角度來看,楔型汽車(圖6) 造型已接近理想的造型,這種空氣動力性優化的汽車成為80 年代車身造型的主導方向。
空氣動力學在車身造型上的應用
根據車身造型的發展情況可以看到,空氣動力學原理在車身造型設計中的應用已經成為造型構思的重要依據。為了減少空氣阻力系數,現代轎車的外形一般用園滑流暢的曲線去消隱車身上的轉折線。
展開 CFD學習：低雷達截面如何影響空氣動力性能
其他 RCS 減少選項
通常用于定義飛機性能的空氣動力學指標包括升力、阻力、最高速度和重量。飛機的形狀對 RCS 的影響最大，低 RCS 結構可能非常復雜，空氣動力學效果不佳。設計人員在優化飛機時必須嘗試平衡低 RCS 要求與空氣動力學性能需求。
當RCS無法通過結構優化進一步降低時，可以采用額外的方法來降低RCS，而不會極大地影響空氣動力性能。這些包括：
在飛機的暴露表面使用雷達吸波材料
重新設計子組件以具有更小的 RCS
實施被動或主動取消
使用針對雷達載波頻率的抗反射涂層
結構優化對飛機的 RCS 影響最大。完成結構優化并平衡空氣動力學要求后，可以通過上述方法進一步降低 RCS。評估這些策略需要電磁仿真和CFD 仿真。
雷達系統設計人員可以使用Cadence的全套系統分析工具來平衡低 RCS 結構優化與空氣動力學要求。只有 Cadence 提供一套全面的電路、IC 和 PCB 設計工具，適用于任何應用和任何復雜程度。對于系統級仿真，用戶可以使用一流的電磁仿真和 CFD 仿真來評估系統功能。
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關于作者
憑借業界領先的網格劃分方法以及強大的求解器和后處理功能，Cadence Fidelity 為推進、空氣動力學、流體動力學和燃燒等應用提供了全面的計算流體動力學 (CFD) 工作流程。
文章來源：Cadence博客
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在本場網絡研討會中，我們將展示最近一項運用高保真計算流體力學 (CFD) 仿真改進新一代超輕公務機空氣動力學性能的成功案例。您可以了解數字化策略如何在改進項目性能的同時，讓不同團隊一起探討多目標設計空間探索中遇到的、有關提高飛機空氣動力性能的復雜難題。
空氣動力學 | 豐田借力仿真穿越天地之間
本文原載于Ansys Advantage：《Toyota Simulates from Land to Air Back Again》
工程師之間的協作通常會帶來創新，而豐田汽車公司的工程師通過與航空競賽團隊的合作，擴展了他們對汽車空氣動力學的了解。此次特別的合作采用了Ansys仿真技術，可同時提高飛機與汽車的空氣動力方面的性能。
豐田汽車公司負責CAE技術研發的中江雄亮(Yusuke Nakae)一直與豐田的JSOL公司合作，使用Ansys LS-DYNA進行流體分析，測量車輛行駛時產生的空氣動力以及該力如何影響車輛的穩定性。通過利用參照以往的汽車仿真經驗改進航空競賽飛機，然后根據在航空競賽飛機上獲得的成功經驗對雷克薩斯汽車進行改進，中江的團隊實現了使用傳統方法無法得到的分析。
從傳統到實驗空氣動力學
車輛空氣動力學的傳統測試方法，包括在汽車靜止時向其施加風力，然后通過實驗和計算測量變化情況。中江團隊想了解汽車在運動時與靜止時的空氣外力有何不同，這啟發了中江團隊嘗試對運動的車輛進行分析。具體而言，他們希望使用LS-DYNA對車輛變道時的空氣動力形態進行仿真。
正常分析（汽車靜止時施加風力）獲得的結果與汽車運動時獲得的結果截然不同。然而，在駕駛汽車時測量空氣作用力仍然是一大挑戰?即使在風洞中也是如此。中江團隊希望使用仿真定量分析空氣動力差異。
展開 技術 | 法拉利488 Pista：空氣動力學極致之作
本期作者將為您詳解法拉利488 Pista卓越的空氣動力學性能。
2018年3月法拉利488 Pista正式亮相日內瓦車展，Pista在意大利語中為“賽道”之意，用此為車型命名，是為了彰顯該車在賽道方面的超凡造詣和致敬法拉利輝煌的賽車歷史。488 Pista是488車系的最新版，同時也是488輕量化性能版。
空氣動力學性能：要靠“吹”
空氣動力學對于久經沙場的法拉利來說可是拿手好戲，在風洞吹出來的完美造型保證了在賽道上的絕對速度和更快圈速。
法拉利空氣動力學部門測試了多種全新高效的設計方案，并整合運用了專為488 Challenge和488 GTE研發的空氣動力學方案，這也是法拉利 488 Pista空氣動力學研發的關鍵所在。要知道488 GTB的空氣動力學效率就已經十分出色，而法拉利 488 Pista在此基礎上又提高了20%。
法拉利488 Pista所采用的V8渦輪增壓發動機，其集氣箱進氣溫度比488 GTB低15℃，從而可產生比基礎款發動機高50PS的強勁動力。
因此，法拉利488 Pista熱力流體動力學的研發重點就放在動力總成的散熱冷卻之上。
為了滿足動力總成的性能需求，法拉利488 Pista的中冷器尺寸比488 GTB要大25%。
采用如此之大的散熱表面難免會增加重量和阻力。
為了將影響降至最低，工程師們另辟蹊徑，從整體上著手以改善性能，在滿足散熱表面要求的同時，將重量和阻力增幅限制在7%以內。
由于對車輛前臉的前衛設計，中冷器的效率得到了很大的提升。
法拉利488 Pista重新設計了車輛前部的散熱器布局，運用中冷器吸入的進氣流，將熱力邊界層以及前部散熱器熱氣流產生的干擾降至最低。
同時法拉利488 Pista與488 Challenge一樣，均采用向后傾斜的反轉散熱器格柵，將高溫氣流傳導至車輛前輪前方底部。
展開 空氣動力學優化方法
研究人員發現，通過粒子群算法很容易實現空氣動力學解算器，并且不需要價格高昂的存儲器，僅通過簡單的數學運算就可以實現計算。
典型的氣動優化粒子群算法結構示意圖
模擬退火是一種基于熔融金屬物理冷卻過程的隨機逐點優化算法。在空氣動力學領域主要運用于發動機進氣道擴壓器設計、收斂擴張噴管和超音速軸對稱噴嘴。
非梯度法的模型魯棒性很優秀，不需要目標函數連續就能可靠地找到全局最優點；其缺點是研究人員要付出更多的時間在數值計算上。
論文作者S.N.Skinner和H.Zare-Behtash指出，對于有效的空氣動力學優化，我們必須深刻理解以下幾個問題：參數化設計空間的范圍；設計變量的類型（離散/連續）；單目標優化亦或是多目標優化；優化的約束條件；設計空間的屬性（局部最優化/全局最優化）。將數學優化問題與空氣動力學相結合還有很多工作研究需要進行，從幾何參數化，最優化問題如何定義函數，最優化算法，到如何嵌套調整優化算法都是重要的考慮因素。
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