基于空气动力学的车身改进设计

作者：王骏林

来源：《汽车世界·车辆工程技术（上）》2019年第05期

摘 要：我国国民经济以及汽车制造相关技术的发展为汽车工业的发展带来一定的经济以及技术基础，同时汽车工业的发展也必然是未来推动我国国民经济进一步发展的支柱产业之一，在我国中产阶级队伍不断扩大的影响下，导致对于汽车的消费得到了显著的提升，也就是意味着我国的汽车市场依旧具备着很大的发展前景，人们在购买汽车的时候，目光主要集中在性能、价格以及外观之上。这也就是要求汽车工业的设计人员在进行汽车车身设计工作的时候，也需要站在三个角度上做到全面的考虑问题。基于此本文就从车身在改进设计环节中需要遵循的入手，并在文后针对车身的具体改进设计方案进行了叙述，以期对今后的汽车工业发展有所帮助。

关键词：空气动力学;车身改进设计;原则;改进措施 1 在空气动力学原理上进行车身改进设计的原则分析

自从20世纪开始，人们就一直在研究将空气阻力最小化的车身造型。具体的目标可以总结为如下的这句话：在接近地面的情况下，同时将机械设计制造、人体工程学等方面的实际需求完全满足的同时具备着最小空气阻力的车身基本理想外形。在这项工作中改造的技术路线主要分为局部的细节及全面设计优化，在这种情形下，空气动力学中的原理对于车身的改进以及设计工作是十分关键，在逐步的实践环节中人们又进一步认识到了如下的两个问题：第一，在汽车上使用空气动力学理论的时候需将同类型汽车的同质化问题予以避免。第二，汽车需要同时具备较好的空气动力特点及鲜明的风格，同时也认识到车身的局部优化需要建立在汽车本身具有良好的空气动力特性的基础上。

在本文中提出的针对车身进行改造设计师全面的设计优化，就是从实际的情况出发，将车身进行柔性化的改造工作。空气流场中的各个部分本身就是一种相互影响的关系，这也就是说汽车自身造型只要出现了部分的改变，也就必然会影响到其他部分的空气流场。基于此，从相关的专家系统以及虚拟仿真等技术层面出发本文提出了一种柔性化汽车改造方式，也就是从之前获取出色空气动力特性的理想型车身要求出发，通过对汽车进行整体设计上优化实现完全满足相应的功能、结构与工艺、人体工程学、安全法规及审美效果等诸多方面要求的车身造型。具体过程如下：第一，理性形态的生成。系统通过你分析用户端输入的诸如车身关键尺寸、风阻系数的期望数值、造型类型的期望值、动力和传动总成系统的尺寸数值以及布置形式等诸多条件之后，经由系统生成多个的参考用车身造型，让用户从自身的喜好以及造型评分入手自主选择。第二，车身的几何造型修改。用户在选择自己喜好的车身造型之后，可以通过人机交互的方式将针对不满意的地方进行修改。第三，评价最终的造型。在用户针对车身造型进

行修改之后，出去之前传统的启动方面的CFD特性检测之外，还需要从空气动力学等诸多方面的有关标准要求入手，进行安全、适用等方面的二次检测提出对应的修改意见。 2 基于空气动力学原理进行车身改进设计的具体方式 2.1 车头形状的改进

作为汽车自身特色鲜明的重要组成部分之一的车头，本身是有发动机罩、轮罩、组合式前灯等等东西共同组成的。这些组成构件不单单是功能构件同时也是装饰构件，形状以及组件上的差异往往就会带来相应的车头方面的差异，在车头的前脸上表现的尤为明显。 在进行车头形状的改进工作的时候，需要注意的一点就是车头前端上的倾斜及圆角化都会对空气动力阻力系数产生相应的影响。一旦倾角变为负数的时候，对于气流的通过有着一定的帮助，如果正好相反那么空气的阻力系数就会得到相应的提升。

站在理论层次上来看，车头的前端最好是完全流线型，这个时候的阻力最小，但在实际的設计以及生产环节中是绝对不可能的。因此在进行车身改造工作的时候就需要做到车头前端接近于流线型就可以，同时还需要做到将车头前端的正面投影面积予以降低，如此一来就可以获得相对较好的空气动力学效果。并且还需要注意的一点就是车头前端的圆角曲率与空气阻力之间是一种负相关的关系但是在圆角半径达到一定的数值之后，空气阻力的下降已经不再是那么显著了。

2.2 前保险杠的改进

在前保险杠的前方迎面之处往往会很容易带来相应的气流阻滞问题，并且还会在阻滞区域的后方伴生一个涡流。前保险杠的断面形状以及凸形的断面最好，同时过度部分需要进行一定的圆滑处理，借以保障气流可以顺利的进行分流处理并进一步转折到后方去，将气流的阻滞现象予以消除。同时前保险杠的位置和车身的本体距离越近。就会进一步加剧车身前方的气流转折剧烈性，为了可以获得最好的空气动力学效果，保险杠需要尽量远离车身本体，以减少急剧转折的气流形成涡流而使阻力增加。同时，前保险杠向前方伸出多些有利于起防撞作用，故应综合考虑限制前保险杠位置。 2.3 发动机罩与前风窗的改进

气流在发动机罩上的流速很快，但当由发动机罩流向前风窗时，受到阻力，气流流速变慢。在前风窗的前缘气流分离，致使在前风窗的下缘产生分离区。而后在前风窗的上缘重新开始附着，风窗玻璃纵向曲率越大越好，但不宜过大，否则会导致工艺难实现、视觉失真、刮雨器的刮扫效果等。前风窗玻璃的横向曲率均有利于减小气动阻力。发动机罩有适当的斜度与水

平面的夹角对降低气动阻力有利，但如果斜度进一步加大对将阻效果不明显。同时需要注意的一点就是发动机罩的长度与轴距之比对气动升力系数影响不大。 3 总结

汽车车身研究呈现把汽车空气动力学和车身造型更加紧密结合起来进行研究的特点未来汽车车身的造型将更为平滑、流畅、富有个性技术将进一步完善和发展，减小空气阻力系数依然是新一代汽车致力的主要目标之一。基于空气动力学的车身造型方法和工业设计相结合，分析说明了具体应用方法，这样使工程和美学在车身设计中得到了结合。 参考文献：

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