杨芯萍 宋春华 曾孟兰 罗倩 董学莲

摘 要：对国内外空气动力学的演变历史、典型应用与影响因素进行了综述，分析了现有的空气动力学在汽车外形设计应用中的问题，提出了拟解决方法，阐述了空气动力学在汽车外形设计中的发展趋势，为汽车空气动力学外形设计提供了参考。

关键字：空气动力学;综述;汽车外形设计;发展趋势

中图分类号：O355  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）06-123-03

Abstract： This paper reviewed the evolution history， typical applications and influencing factors of aerodynamics at home and abroad， analyzed the existing aerodynamics in the application of automotive shape design， and proposed some solutions to explain the aerodynamics. The development trend of aerodynamics in automobile shape design is described， which provides reference for automobile aerodynamic shape design.

Keywords： Aerodynamics; Overview; Automotive shape design; Development trend

CLC NO.： O355  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）06-123-03

引言

空气动力学是汽车外形设计的重要依据之一，汽车良好的气动性能有助于改善其行驶性能，提高燃油经济性与操作稳定性[1-3]。

本文对近年来国内外空气动力学在汽车外形设计的相关应用情况进行了综述，并对其发展趋势进行了阐述，以期为汽车外形的气动性设计提供依据。

1 国内外相关研究

1.1 汽车外形演变历史

从箱形车身到楔形车身，汽车外形经历了从单纯满足代步需求，到注重舒适度与美感，再到功能、美感与节能环保并重的演变，是汽车气动性能不断优化的过程[4-5]。图1所示展示了汽车形态演变的六阶段。

如图2所示，速度较低时，气动阻力对汽车行进的影响较小，总阻力主要来自滚动阻力;当车速到达120（km/h）时，气动阻力占总阻力的70%，发动机动力主要用来克服空气阻力做功[13-14]。

2.2 风阻系数

一般地，一辆车的风阻系数是固定的，风阻系数越大，空气阻力越大。到目前为止，“楔型”车身外形被认为是气动性能最佳的形状。

2.3 迎风面积

理论上，迎风面积与空气阻力呈正比，減小迎风面积可以降低空气阻力，但实际上，因汽车内部空间的需求与限制，迎风面积受制于汽车的整体架构，很难得到进一步的减小[1]。

3 空气动力学在汽车外形设计应用中的问题及拟解决方法

3.1 问题分析

现阶段，空气动力学在汽车外形设计中的应用还存在很多问题：

（1）汽车的气动设计和仿真软件不能智能筛选与反馈设计数据以及各个指标参数;设计、调试周期长;仿真结果精确度不够等。

（2）作为汽车气动性能研究的重要手段，风洞试验存在以下问题：设备投资大[5];试验周期长[5];堵塞效应;地面效应;试验结果不够精确等。

（3）最优化气动造型设计的概念的提出让车身外形同质化现象日益严重，缺乏个性化和多样化。

3.2 拟解决方法

针对上述问题，提出了一些拟解决方法：

（1）设计软件智能化。举例说明：在软件启动之初，预存目前最优化的气动造型的相关数据及设计方案，在每一轮的新的设计中，一旦产生更优化、风阻更小的数据，软件能自动替换预存的数据及方案，并在下一次设计时对设计者进行提示，以此减少不必要的设计时间，提高效率。

（2）风洞试验反馈设计。采用红外线压力传感器采集数据，在既不改变汽车外形的情况下，达到以下目的：第一，提高风洞试验结果的准确性;第二，反馈数据用于再优化设计，缩短设计周期;第三，为汽车结构强度设计提供载荷依据。

（3）概念造型。注重创意造型，概念造型能给汽车外形设计提供新的方向。例如图3的奥迪品牌分体式概念车，虽然风阻系数有所增加，但造型独特，识别度很高。

4 空气动力学在汽车外形设计的应用的发展趋势

未来的汽车造型仍将是多个学科交叉的成果。当代汽车外形设计界提出“性能服务于造型[15]”的口号，很好的说明机械工程学和人机工程学已经达到了相当高的发展阶段，而空气动力学在汽车外形设计上还具有很大的发展余地：一方面，智能传感器的发展、材料工艺的提升以及人工智能的发展都为汽车气动特性的研究与应用提供了条件;另一方面，个性化定制的需求、节能环保大环境的趋势都要求未来的汽车外形设计要结合空气动力学、美学等多方面的因素来设计，空气动力学在汽车外形设计上的应用十分有意义。

5 总结

人们一直致力研究风阻低、稳定性好的车身造型，因为优秀的汽车外形设计不仅是对汽车性能的优化，也是对潜在客户的感官吸引。虽然现阶段空气动力学在汽车外形设计方面的研究与应用取得了一些成就，但因为各种原因，空气动力学在汽车外形设计上的研究与应用还处在探索阶段，汽车气动特性理论远没有达到完善的地步。

参考文献

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