湘潭大学本科毕业论文
目前完全反映流体流动规律的方程是Navier-Stokes方程：
ux?vy?wz?0质量守恒完全方程：
(2.15)
Px??u?uu?vu?wu??γ(w?w?w)?0txyzxxyyzz?????Py??v?uv?vv?wv??γ(w?w?w)?0?t?(N-S方程) (2.16) xzzxxyyzz?????Pzw?uw?vw?ww??γ(w?w?w)?0?t?xzxxyyzz???其中，u，v和w是三维方向的速度分量，下标x，y，z代表的是对u，v，w，变量导数。要完全求解N-S方程，由于计算机技术的限制，目前还不容易实现。现在工程中最广泛用的是 ：
??i?t??j??i?xj?(p)xi/??r?2??i?????j?i?xj/??0其中，i=1，2，3表示坐标轴的三个方向，xj是坐标的三个分量。
??i?xj?0 (2.18)
但此方程引入了关联项uiuj，这需要引入相应湍流模型来使方程封闭，早在1877年鲍辛涅斯就提出了湍流系数的概念，称为涡粘系数。他提出的涡粘假设：
(2.17)
???i?j????i????j?k?0.5?i?j将上式带入雷诺时均N-S方程得：
?xj??2?k?ij/3
(2.19)
(2.20)
??i?t??j??i?xj??(p)xi/??????t????i?xj??j?xi???0xj
(2.21)
???jxj?0 (2.22)
一般将湍流模型分为四类：(1)“0”方程模型(代数模型)；(2)“l”方程模型；(3)“2”方程模型；(4)多方程模型。其中应用最广泛的是“2”方程模型，该方程模型称为k-?模型。
2.4 本章小结
本章主要介绍了汽车空气动力学的相关理论知识。阐述了汽车运动过程中气动阻力和气动升力产生的原理，并对汽车外部流场作了假设，简单的介绍了CFD的理论基础。
9
飞行汽车车身设计及地面行驶的外流场优化
第3章 飞行汽车外流场数值模拟
3.1 汽车车身造型发展史
20世纪末，柔性与刚性的特点成为轿车车身外部造型设计的主流。构造棱角分明的外形，车身多采用淡雅的色彩，造型显得朴实含蓄、线条明晰优美，这种外形具有易于零件分块，易于冲压和分总成拼焊等特点。因此，曾被广为采用。由于空气动力学是影响车身造型的最重要因素，根据节约能源、减小风阻系数和提高空气动力性能等原理而推出的楔形造型，后来也一度十分盛行。近年来，因为棱角分明的外形很难大幅度地降低风阻系数，故汽车外部造型逐步突破棱角分明而趋向圆滑，尤其重视完美的局部造型以及加装各种导流板。事实上，这种圆滑、飘逸型的造型风格已博得广大消费者的理解和喜爱，并成为今天的车身造型主流。当然，某些高级轿车依然保持较稳重的造型风格，如维持传统式样的散热器面罩，但为了进一步降低空气阻力，其外部造型也逐渐趋向圆滑、明快。
今天的车身外部造型设计，在国外专业人员中被称作“流线形设计”。按照造型师们的新理念，汽车外形的连续完整性不应再依靠挺拔的棱角去表现，而是要由各种曲面光滑的连接以及微妙的光学效果与视觉效果显示出来。众所周知：普通汽车在换档行驶时，发动机的功率和燃料大部分都消耗在克服空气阻力上(约占汽车总阻力65%)，而具有“连续流动”曲面光滑的外部造型的轿车就可采用功率较小的发动机而达到较高的行驶速度，从而节约燃油消耗。
从汽车行驶速度造成的空气阻力来看，汽车的百年发展史，其实质就是汽车如何克服气动阻力的发展过程，车身的造型进步则生动的演绎着这个变化经历。可以毫不夸张地说，在与气动阻力作斗争过程中推动了汽车车身的进步和开发。气流造型的开发研究重点是最优化设计，大体上可分为两方面的技术工作：一是气动造型的局部最优化设计，另一方面是气动造型的整体最优化设计。前者任务是确定车身的基本造型，必须达到车身的制造工艺学、人体工程学、美学及其他相关学科的各方面要求，并在此基础上进行车身的局部修改，增加空气动力附加装置，实现减少气动阻力和提高行驶稳定性的目的。而整体最优化工作的任务则是根据高气动稳定性和低气动阻力的流线型要求，最终完成实用化车型的整体布置。由于兼顾局部和整体的最优化设计，使车身美感和科学性达到和谐统一，从而追求车身造型的完美性和最优化。
现代汽车车身的要求更为严格，它需要具有很强的防冲击能力，还需要有易清洁性、舒适性和智能性，还要给人以更美的艺术感受。总之，汽车车身是设计师的语言和艺术品，也是汽车设计的精髓所在[11]。
10
湘潭大学本科毕业论文
3.2 飞行汽车车身设计
3.2.1 飞行汽车车身设计基本思路
飞行汽车作为一种新型的交通工具，目前还没有各个方面的标准去参考，对于飞行汽车的地面行驶，考虑到也是作为一种汽车的模式在行驶，我们需要参考相关的现代轿车标准去设计车身的主要尺寸。
首先，车身长宽高的确定。经过参考相关资料，设想的飞行汽车空重将达到1.5吨，最大起飞重量将达到2.88吨。结合发动机功率等考虑因素，主涵道直径达到1600mm才能满足需求。飞行汽车载客4人，车身宽度主要影响乘坐空间和灵活性，为了满足两侧座位分别乘坐两人的基本需求，再考虑车身内部装载的需求，车宽需达到1800mm，再加上车门的宽度，车宽设计为2000mm。车身高度直接影响重心（操控性）和空间，目前大部分轿车高度在1.5米以下，车身高度设计过高会导致整车重心升高，过弯时车身侧倾角度大。综上，最终设定车身长宽高(mm)为5400×2000×1500。
然后，轴距，轮距，离地距，前后悬的确定。参阅资料可知，长轴距能够提高直路行驶的稳定性，但是转向的灵活性会明显下降，同时回旋半径也会增大，综合考虑稳定性和灵活性[12]，最终设定轴距为3000mm。从操控性方面考虑，轮距越大，转向极限和稳定性也会提高，因此轮距暂设为1800mm。离地距必须确保汽车在行走崎岖道路、上下坡时的通过性，离地距高也意味着重心高，影响操控性，一般轿车的最低离地距为130mm~200mm，符合正常道路状况的使用要求，因此最终设定离地距180mm。车身长度和轴距确定后，前悬和后悬的确定并没有想象中的难，考虑到飞行汽车的特殊性，综合主涵道位置的设计，设定前悬1400mm，后悬1000mm。
这样，车身的关键尺寸都已经基本确定。另外，飞行汽车采用360度雷达设计，省去了后视镜等凸出物，减小了气动阻力[19]。
11
飞行汽车车身设计及地面行驶的外流场优化
表3.1 整车主要参数表
性能
指标 长×宽×高 主涵道直径 推进涵道直径
尺寸参数(mm)
轴距 轮距 离地距 前悬
后悬 空重
重量参数(t)
最大起飞重量
载客量(kg)
4人
2.88 280
参数
5400×2000×1500 1600 400 3000 1800 180 1400 1000 1.5
3.2.2 飞行汽车模型
图3.1 飞行汽车模型视角a 图3.2 飞行汽车模型视角b
12
湘潭大学本科毕业论文
3.3 飞行汽车外流场数值模拟 3.3.1 ANSYS/Workbench简介
ANSYS/Workbench是一个协同仿真环境的平台，它是一个具有自主知识产权的、集成多学科异构CAE技术的仿真系统。
本文利用的是Workbench集成平台中的CFX模块，能对飞行汽车模型进行三维外流场的计算。可得其车身速度矢量分布、阻力系数、车身表面压力分布等结果。利用CFX软件进行流体流动模拟计算流程如图3.3所示。
Solidworks 建立分析模型 网格的生成 边界条件 计算 后处理 检查网格，选择求解 选择求解的方程、材料物性确定边界类型确定边界类型及其边界条件 图3.3 流体流动模拟计算流程
3.3.2 飞行汽车数值模拟简化模型
图3.4 飞行汽车简化后的计算模型
13
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库2010800716 - 阳延 - 飞行汽车车身设计及地面行驶的外流场优化最(5)在线全文阅读。
相关推荐：