流动控制在汽车空气动力学中的应用

摘要

汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，对运输类汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性及赛车的气动性能有广泛的影响。流动控制在航空飞行器的气动控制中地位日益凸显，同时也是流体力学专业研究的前沿。汽车工程发展至今，想要通过常规手段提高其气动性能，已经十分不易。本文提出将流动控制技术应用于汽车空气动力学中，能有效提升汽车的整体气动性能。
　　本文以影响汽车高速行驶时的噪声、燃油经济性、高气动阻力问题以及影响汽车侧风稳定性的侧风问题为研究背景，从汽车模型的尾流结构入手，以经典的Ahmed汽车模型为实验模型，提出了将涡流发生器应用于汽车的流动控制中。在研究了被动、主动式涡流发生器主要气动控制性能的前提下，研究了其对汽车实验模型的气动控制效果，并分析了控制的机理以及在实际汽车工程中的可行性应用方案。
　　从汽车模型的尾流结构入手，提出将涡流发生器应用于汽车尾流流动控制中，研究了主被动涡流发生器的基本气动特性，利用七孔探针的流场测试设备扫描了涡流发生器的尾流场，在改变涡流发生器的外形、当地气流迎角以及排列形式的情况下，分别研究了被动、主动式涡流发生器的尾流场特征，给出了主、被动涡流发生器的主要气动控制特性。
　　在理解主、被动涡流发生器的气动特性的基础上，将其应用于Ahmed模型的流动控制中。实验证明：分别使用两种涡流发生器进行流动控制，适当调整控制位置和控制参数，能够有效提高尾流压力，降低压差阻力，本文最优情况下压差相对恢复系数σ可达13.53％，实现了利用很小的输入能量有效降低汽车模型的气动阻力，提高模型的气动特性。
　　最后，利用天平测力技术以及七孔探针的流场测试设备研究了模型在有侧风情况下的气动力特性以及空间尾流场结构，将气动力和空间流场联系起来进行分析，并给出了关键位置的流动控制方案，以供后续进一步研究。

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图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外相关研究回顾

1.3 本文研究内容总述

第二章 模型、试验设备和试验技术

2.1 试验模型

2.2 试验设备

2.3 试验技术

第三章 汽车模型尾流基本结构研究

3.1 引言

3.2 Ahmed尾流场基本结构测定

3.3 快背式模型尾流场研究

3.3 本章小结

第四章 用于控制的涡流发生器气动特性研究

4.1 引言

4.2 被动式涡流发生器气动特性研究

4.3 主动式涡流发生器气动特性分析

4.4 本章小结

第五章 Ahmed模型的尾流流动控制

5.1 引言

5.2 涡流发生器尾流控制方案介绍

5.3被动控制方式效果分析

5.4主动控制方式效果分析

5.5被动控制方式与主动控制方式效果对比

5.6本章小结

第六章 有侧风时汽车模型主要气动特性试验研究

6.1 引言

6.2 侧风试验布置

6.3 模型气动力随横摆角变化

6.4 尾流横截面流场分析

6.5 本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1 本文的主要工作和结论

7.2 下一步工作计划

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文