目錄1引言 11.1汽車(chē)尾翼結(jié)構(gòu)與功能簡(jiǎn)介 11.2尾翼對(duì)行駛中車(chē)輛產(chǎn)生風(fēng)阻影響的機(jī)理 31.3研究目的和研究方法 31.4汽車(chē)行駛中的空氣動(dòng)力學(xué)分析 41.4.1風(fēng)阻系數(shù)與車(chē)速的關(guān)系 41.4.2風(fēng)阻系數(shù)與車(chē)型的關(guān)系 42軟件的選用 52.1建模軟件 52.2三維模型建立 62.2.1轎車(chē)模型建立 62.2.2SUV模型建立 72.2.3MPV模型建立 72.3流體分析軟件 82.4仿真試驗(yàn)進(jìn)行 83汽車(chē)尾翼對(duì)車(chē)輛的風(fēng)阻影響分析 113.1汽車(chē)尾翼對(duì)轎車(chē)車(chē)型風(fēng)阻影響分析 113.2汽車(chē)尾翼對(duì)suv車(chē)型風(fēng)阻影響分析 123.3汽車(chē)尾翼對(duì)mpv車(chē)型風(fēng)阻影響分析 133.4汽車(chē)尾翼對(duì)行駛中車(chē)輛速度關(guān)系分析 154汽車(chē)尾翼對(duì)不同車(chē)型影響差異分析 164.1汽車(chē)尾翼對(duì)不同車(chē)型正面影響差異分析 164.2汽車(chē)尾翼對(duì)不同車(chē)型負(fù)面影響差異分析 175尾翼設(shè)計(jì)未來(lái)展望 185.1汽車(chē)尾翼設(shè)計(jì)未來(lái)展望 185.2尾翼安裝注意事項(xiàng) 19結(jié)論 20參考文獻(xiàn) 221引言不斷追求氣動(dòng)性能的優(yōu)化，同時(shí)追求個(gè)性化和多樣化是目前現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。若想對(duì)汽車(chē)進(jìn)行氣動(dòng)優(yōu)化，尾翼作為汽車(chē)上一種常見(jiàn)的空氣動(dòng)力學(xué)套件，一種附加裝置可以提供較好的效果，因此汽車(chē)尾翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與正確的安裝就非常重要。本文便是在結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)原理的前提下，以仿真模擬分析法為主，文獻(xiàn)檢索法為輔，得出了尾翼對(duì)車(chē)輛在不同行車(chē)速度下對(duì)于整車(chē)氣動(dòng)性能的影響，同時(shí)也驗(yàn)證了尾翼對(duì)不同車(chē)型風(fēng)阻系數(shù)的影響規(guī)律，這為尾翼的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了重要的理論參考?！半p碳”目標(biāo)促使汽車(chē)?yán)m(xù)航里程倍受關(guān)注，通過(guò)降低風(fēng)阻使行駛阻力和整車(chē)油耗得到降低是提高續(xù)航里程的有效途徑，而汽車(chē)尾翼的安裝便可以達(dá)到這一目的。圖1-1中國(guó)吉利汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)1.1汽車(chē)尾翼結(jié)構(gòu)與功能簡(jiǎn)介汽車(chē)尾翼，屬于汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)套件的重要組成部分，也稱(chēng)為擾流板，是安裝于汽車(chē)后蓋之上的一個(gè)小部件。它的主要功能是在不影響車(chē)輛正常行駛的情況下，提高車(chē)輛的穩(wěn)定性和操控性。尾翼可以減少升力，使得車(chē)輛更容易保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)，尤其是在轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以減少過(guò)度轉(zhuǎn)向的情況，保證后輪的抓地力，避免因抓地力不足而導(dǎo)致車(chē)輛失控的風(fēng)險(xiǎn)。尾翼還可以改變氣流分離現(xiàn)象，并通過(guò)改變氣流的流向和速度減小升力的產(chǎn)生，此外尾翼還可以通過(guò)氣動(dòng)設(shè)計(jì)來(lái)產(chǎn)生負(fù)升力，即向下的壓力，從而進(jìn)一步提高車(chē)輛的牽引力。負(fù)升力可以使車(chē)輛在高速行駛時(shí)更穩(wěn)定，提高操控性能。因此，賽車(chē)運(yùn)動(dòng)中，尾翼通常被廣泛應(yīng)用，以增加賽車(chē)的附著力和減小氣動(dòng)阻力，提高賽車(chē)的速度和操控性能?？偟膩?lái)說(shuō)，汽車(chē)尾翼的原理是通過(guò)改變氣流的流向和速度，減小氣流分離現(xiàn)象，從而降低車(chē)輛的氣動(dòng)阻力，增加牽引力和操控穩(wěn)定性。它的設(shè)計(jì)和安裝位置是經(jīng)過(guò)精確計(jì)算的，以實(shí)現(xiàn)最佳的提升。F1賽車(chē)世界錦標(biāo)賽是“世界三大運(yùn)動(dòng)”之一，它是成本最為昂貴的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，而支持它這些頭銜的正是一些最前沿高端的科學(xué)技術(shù)。在此高端比賽中，尾翼也是F1賽車(chē)上必不可少的部件。較之前鼻翼來(lái)說(shuō)，尾翼的工作效應(yīng)更簡(jiǎn)單直接，就是提供足夠的下壓力，將賽車(chē)后輪緊緊壓在賽道上，而F1賽車(chē)的抓地力有超過(guò)2/3則是由后輪負(fù)擔(dān)。圖1-2汽車(chē)尾翼結(jié)構(gòu)示意圖1.2尾翼對(duì)行駛中車(chē)輛產(chǎn)生風(fēng)阻影響的機(jī)理尾翼是根據(jù)空氣空氣動(dòng)力學(xué)原理而設(shè)計(jì)出來(lái)的，車(chē)輛在高速行駛過(guò)程中會(huì)圍繞汽車(chē)重心同時(shí)產(chǎn)生縱向、側(cè)向和垂直上升的三個(gè)方向的空氣阻力，其中縱向?yàn)榭諝庾枇ΑＦ?chē)尾翼的設(shè)計(jì)，就是為了消除一部分的升力，為汽車(chē)提供更大的地面附著力，進(jìn)而提高車(chē)輛行駛過(guò)程的穩(wěn)定性。此外，尾翼的工作原理是利用繞翼環(huán)量在尾翼上下表面產(chǎn)生流速差而形成的壓力差，從而為尾翼提供下壓力。這種下壓力有助于提高車(chē)輛在高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性，特別是在過(guò)彎時(shí)，能夠更好地控制車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)汽車(chē)行駛時(shí)，空氣流經(jīng)汽車(chē)車(chē)身會(huì)形成氣流分離現(xiàn)象，造成氣動(dòng)阻力的產(chǎn)生，如此會(huì)降低車(chē)輛的牽引力和操控穩(wěn)定性。圖1-3汽車(chē)行駛中空氣流向圖1.3研究目的和研究方法本文通過(guò)仿真模擬研究法為主，文獻(xiàn)研究法與案例分析法為輔的研究方法進(jìn)行課題的研究，通過(guò)一定量論文、期刊的搜集、鑒別與整理，來(lái)對(duì)文獻(xiàn)的所反映的規(guī)律進(jìn)行認(rèn)識(shí)。用引證、例證等方法對(duì)尾翼對(duì)不同車(chē)型風(fēng)阻影響加以研究，同時(shí)通過(guò)仿真軟件建立模型和進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，直觀地來(lái)看出汽車(chē)在不同行駛速度下空氣在尾翼上的流動(dòng)情況，通過(guò)流體力學(xué)和整車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)分析尾翼對(duì)不同車(chē)型風(fēng)阻的影響，以及其他方面的利弊分析，例如是否安裝尾翼對(duì)車(chē)輛油耗的影響、是否安裝尾翼對(duì)車(chē)輛行駛穩(wěn)定性的影響、是否安裝尾翼對(duì)車(chē)輛風(fēng)阻系數(shù)高低的影響等等，從而來(lái)促進(jìn)尾翼對(duì)不同車(chē)型風(fēng)阻影響的研究，以及后續(xù)對(duì)尾翼的結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。此外會(huì)加以以下的研究措施，通過(guò)登錄中國(guó)知網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)的論文文獻(xiàn)搜索，再進(jìn)一步找到相應(yīng)的期刊出處，方便查找更多的文獻(xiàn)資料；通過(guò)學(xué)習(xí)了解仿真軟件，掌握其基礎(chǔ)的使用方法，從而進(jìn)一步完成模型的制作以及仿真實(shí)驗(yàn)；通過(guò)學(xué)習(xí)了解仿真軟件，掌握其基礎(chǔ)的使用方法，從而進(jìn)一步完成模型的制作以及仿真實(shí)驗(yàn)，最后對(duì)整個(gè)研究過(guò)程做出客觀的總結(jié)，再通過(guò)查詢(xún)資料來(lái)做出相關(guān)的優(yōu)化改善方案。1.4汽車(chē)行駛中的空氣動(dòng)力學(xué)分析汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)是一門(mén)研究車(chē)輛在運(yùn)動(dòng)中與空氣之間相互作用的科學(xué)領(lǐng)域。隨著技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)計(jì)的革新，汽車(chē)工程師們已經(jīng)開(kāi)始將空氣動(dòng)力學(xué)原理應(yīng)用到車(chē)輛設(shè)計(jì)中，以實(shí)現(xiàn)更好的性能、更低的能源消耗和更高的安全性。1.4.1風(fēng)阻系數(shù)與車(chē)速的關(guān)系一般車(chē)輛的風(fēng)阻系數(shù)在0.28-0.51之間，絕大部分的車(chē)輛風(fēng)阻系數(shù)為0.28-0.4之間。也存在車(chē)身外結(jié)構(gòu)安裝了較多的空氣動(dòng)力學(xué)套件，整體具有較好的流線(xiàn)性，如跑車(chē)，其風(fēng)阻系數(shù)可以達(dá)到接近0.25，而專(zhuān)業(yè)級(jí)的賽車(chē)可以達(dá)到0.15左右。風(fēng)阻系數(shù)越小，表明車(chē)輛受到的空氣阻力越小，從而可以提高燃油效率與經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)轎車(chē)以80km/h行駛時(shí)，其中60%的功率是克服風(fēng)阻。由研究表明，空氣阻力與空氣阻力系數(shù)成正比關(guān)系，為減小空氣阻力就必須考慮降低空氣阻力系數(shù)?？諝庾枇剑篟a=10KAV（N)其中，K為特殊值，由車(chē)型決定；A為迎風(fēng)面積；V為車(chē)輛速度。由此公式我們可以看出，轎車(chē)行駛中的空氣阻力和迎風(fēng)面積和行駛速度成正相關(guān)關(guān)系。尾翼可以改變轎車(chē)尾部的迎風(fēng)面積，通過(guò)調(diào)節(jié)尾翼的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)迎風(fēng)面積大小的調(diào)節(jié)從而來(lái)控制壓力大小的調(diào)節(jié)，尾翼與地面的角度越大迎風(fēng)面越大，下壓力也就越明顯。1.4.2風(fēng)阻系數(shù)與車(chē)型的關(guān)系風(fēng)阻系數(shù)的大小跟車(chē)輛體積有著直接的關(guān)系，體積越大則風(fēng)阻系數(shù)越大。轎車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)是三個(gè)車(chē)型中最小的，因?yàn)檗I車(chē)的車(chē)身具有流線(xiàn)型的外表，同時(shí)轎車(chē)重心較低有較低的車(chē)身結(jié)構(gòu)。而其余兩個(gè)車(chē)型，SUV與MPV車(chē)型，相比于轎車(chē)有較大的車(chē)身，車(chē)高與車(chē)寬尺寸較大，因此受風(fēng)面積較大，由公式可知，受風(fēng)面積與風(fēng)阻系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，因此風(fēng)阻系數(shù)較大些。現(xiàn)代車(chē)輛風(fēng)阻系數(shù)多處于0.2-0.5之間。2軟件的選用風(fēng)阻系數(shù)作為汽車(chē)在行駛過(guò)程中所受空氣阻力大小的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，是汽車(chē)在造型設(shè)計(jì)階段研究的重要內(nèi)容。減小風(fēng)阻系數(shù)對(duì)于降低燃油消耗、延長(zhǎng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程等具有重要意義。目前，風(fēng)洞試驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）仿真是研究汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)的兩種主要方法。在風(fēng)洞試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)人員將汽車(chē)放置于由動(dòng)力風(fēng)扇產(chǎn)生的流場(chǎng)環(huán)境中以模擬在實(shí)際道路上的行駛工況，通過(guò)更改汽車(chē)造型以尋找最佳方案來(lái)減小空氣阻力。該方法得到的風(fēng)阻系數(shù)較為準(zhǔn)確，但其準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，試驗(yàn)成本高，且高度依賴(lài)設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)，因此本文無(wú)法采用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法來(lái)進(jìn)行汽車(chē)風(fēng)阻系數(shù)的測(cè)定。CFD仿真是利用計(jì)算機(jī)求解控制流體流動(dòng)的微分方程，通過(guò)改變模型的幾何形狀來(lái)研究汽車(chē)外造型對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)性能的影響。相較于風(fēng)洞試驗(yàn)，CFD仿真不要大規(guī)模的試驗(yàn)設(shè)施。本文便是選用后者CFD仿真軟件，先進(jìn)行汽車(chē)與尾翼造型的建立，建立完成后使用CFD仿真的方法來(lái)得到車(chē)輛安裝尾翼后的風(fēng)阻系數(shù)差異，以及安裝尾翼前后的壓力云圖，速度矢量云圖。通過(guò)分析云圖來(lái)得出車(chē)輛安裝尾翼前后，行駛中空氣流向的不同，從而對(duì)車(chē)身所產(chǎn)生的作用力不同。2.1建模軟件目前三維CAD主流軟件包括Creo(PROE)、UG－NX、CATIA、SolidWorks等產(chǎn)品。其中Creo(PROE)主要用于家用電器、汽車(chē)、航空等行業(yè)。UG－NX由德國(guó)西門(mén)子公司出品，屬于三維設(shè)計(jì)軟件中的高端產(chǎn)品，80%的模具設(shè)計(jì)人員會(huì)因?yàn)樗墓δ軓?qiáng)大而選擇它。SolidWorks是達(dá)索公司旗下的一款產(chǎn)品。該軟件最大優(yōu)勢(shì)是性能優(yōu)異、操作簡(jiǎn)單、易于使用，特別適合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初學(xué)者學(xué)習(xí)使用。不少高校的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)中都開(kāi)設(shè)了該軟件的課程學(xué)習(xí)。它在國(guó)內(nèi)高校、中小微企業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的占有率非常高。其中，本文選用的建模軟件便是SolidWorks2021，在軟件仿真方面，SolidWorks是一種全功能的運(yùn)動(dòng)模擬軟件操作系統(tǒng)，無(wú)縫整合后能夠?qū)Ψ彪s機(jī)器體系提供全方位的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，模擬后得到體系中各種零件的繁雜運(yùn)動(dòng)狀況，包含位置、轉(zhuǎn)速、加轉(zhuǎn)速、力和反推動(dòng)力等，并以動(dòng)畫(huà)、圖像、表單等形式輸出結(jié)果，還能把零件在繁雜運(yùn)動(dòng)狀況下的重復(fù)負(fù)荷狀況直觀傳遞到主流有限元分析軟件系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)合理的剛度和構(gòu)造解析。在SolidWorks中實(shí)現(xiàn)仿真組裝，可以將其三維造型與實(shí)現(xiàn)后的各零件按照其對(duì)應(yīng)的安裝關(guān)聯(lián)和連接方法等并加上一定的制約關(guān)聯(lián)（一般指平行、重合與同軸等），使其形成了一種全新的仿真組裝體，同時(shí)在此過(guò)程中還能夠很方便地檢測(cè)出所組裝零件間的相互干涉和碰撞等情況。圖2-1SolidWorks2021軟件示意圖2.2三維模型建立使用Solidworks2021軟件對(duì)所要研究的三種車(chē)型分別進(jìn)行了尺寸的確定和細(xì)節(jié)的把控，參考了三種車(chē)型實(shí)車(chē)的尺寸和設(shè)計(jì)語(yǔ)言，最終分別進(jìn)行三維模型的建立。2.2.1轎車(chē)模型建立本文參考目前市面上主流B級(jí)車(chē)的尺寸進(jìn)行三維模型的建立，最終確定尺寸為車(chē)長(zhǎng)4850mm，車(chē)寬1850mm，車(chē)高1450mm。以下是所建模型示意圖，圖2-2轎車(chē)模型左后方俯視圖本車(chē)輛三維模型的設(shè)計(jì)，在普通轎車(chē)模型的基礎(chǔ)上更增加了流線(xiàn)型的設(shè)計(jì)，這樣的改造可以更好的進(jìn)行后期的流體仿真試驗(yàn)。2.2.2SUV模型建立本文建suv模型尺寸參考目前市面上緊湊型suv尺寸以可以更好的完成流體試驗(yàn)仿真的進(jìn)行，其中車(chē)身尺寸為車(chē)長(zhǎng)4500mm，車(chē)寬為1700mm，車(chē)高為1650mm，此外更加入了遛背的設(shè)計(jì)可以在仿真過(guò)程中有更好的流體效果呈現(xiàn)，所建模型如下：圖2-3流體仿真試驗(yàn)所用SUV模型示意圖2.2.3MPV模型建立 本文用于MPV風(fēng)阻系數(shù)研究的模型采用目前市面上主流mpv尺寸，車(chē)長(zhǎng)5210mm，車(chē)寬1890mm，車(chē)高1820mm，所建模型如下：圖2-4流體仿真試驗(yàn)所用MPV模型示意圖2.3流體分析軟件計(jì)算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamics，CFD）作為一種研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的有效工具，CFD能夠形象地展示流場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從機(jī)理的角度解釋相應(yīng)流動(dòng)的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的流體力學(xué)教學(xué)注重傳授基礎(chǔ)理論知識(shí)，只能對(duì)一些簡(jiǎn)單模型進(jìn)行流場(chǎng)分析，與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。而CFD技術(shù)具有簡(jiǎn)單易操作、可視化等諸多優(yōu)點(diǎn)，與環(huán)境工程流體力學(xué)本科教學(xué)緊密聯(lián)系。本文所采用的是在目前CFD領(lǐng)域內(nèi)最為權(quán)威的流體仿真軟件FLUENT，F(xiàn)LUENT流體仿真分析軟件以其在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上提供豐富物理模型而著稱(chēng)，它具有完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，通過(guò)設(shè)置邊界條件與網(wǎng)格數(shù)據(jù)，采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法，并搭配基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格單元的梯度算法。此外，F(xiàn)LUENT流體仿真軟件還具有先進(jìn)的動(dòng)/變形網(wǎng)格技術(shù)，此技術(shù)主要用于解決邊界運(yùn)動(dòng)所遇到的一系列問(wèn)題，用戶(hù)只需要設(shè)置運(yùn)動(dòng)璧面與初始網(wǎng)格的邊界條件，余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動(dòng)生成。2.4仿真試驗(yàn)進(jìn)行1）準(zhǔn)備工作：在進(jìn)行流體仿真之前，首先需要明確仿真的目標(biāo)和應(yīng)用，以便選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃头椒?。同時(shí)，收集和準(zhǔn)備所需的輸入數(shù)據(jù)。2）邊界條件設(shè)置：在進(jìn)行流體仿真試驗(yàn)之前需要對(duì)仿真區(qū)域進(jìn)行邊界條件的指定。其中邊界條件有出入口的速度、壓力和溫度值，以及壁面的粗糙度和熱傳導(dǎo)特性等。每一個(gè)流體仿真試驗(yàn)的邊界條件并未通用，用戶(hù)需要根據(jù)實(shí)際需求和具體仿真目標(biāo)，在確保邊界條件符合具體需求的前提下。選擇合適的邊界條件設(shè)置，以確保仿真結(jié)果的可靠性。3）物理模型設(shè)置：在進(jìn)行仿真之前，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，選擇使用二維或三維模型進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)需要考慮流體的特性和行為。選擇適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ陀兄跍?zhǔn)確地模擬流體地運(yùn)動(dòng)和傳熱行為。此外還要考慮，流體和固體之間地相互作用，例如物體的運(yùn)動(dòng)和變形等。 首先修復(fù)SolidWorks所建立模型的眾多面片，將由面皮構(gòu)成的模型轉(zhuǎn)化為封閉的實(shí)體，隨后取出模型剖面，進(jìn)行模擬。在Fluent軟件中，導(dǎo)入網(wǎng)格模型、檢查網(wǎng)格、設(shè)置計(jì)算域尺寸、定義湍流模型、設(shè)置邊界條件、設(shè)置求解參數(shù)、迭代求解，最終獲得壓力云圖、速度云圖以及安裝尾翼前后的風(fēng)阻系數(shù)，并最終對(duì)云圖與風(fēng)阻系數(shù)進(jìn)行分析。

表2-5邊界條件設(shè)置計(jì)算域邊界設(shè)置值IN速度入口，X方向速度為30m/s,垂直入口Out壓力出口，壓表為0Pa，垂直出口UP非滑移壁面邊界DOWN非滑移壁面邊界CAR非滑移壁面邊界圖2-6入口條件設(shè)置示意圖（1）圖2-7入口條件設(shè)置示意圖（2）

圖2-8邊界條件設(shè)置示意圖圖2-9自動(dòng)范圍設(shè)置3汽車(chē)尾翼對(duì)車(chē)輛的風(fēng)阻影響分析尾翼作為一種安裝在汽車(chē)尾部的空氣動(dòng)力學(xué)裝置，通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材質(zhì)來(lái)對(duì)高速行駛中的車(chē)輛產(chǎn)生阻力影響。一些經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的尾翼可以減少阻力，提高汽車(chē)的穩(wěn)定性和燃油經(jīng)濟(jì)性。輕質(zhì)的尾翼材料可以降低尾翼自身的重量，從而減少阻力。對(duì)于小排量汽車(chē)而言，安裝尾翼通常會(huì)增加阻力。這是因?yàn)樾∨帕科?chē)本身的動(dòng)力相對(duì)較小，尾翼的安裝會(huì)增加風(fēng)阻，從而提高行駛的阻力。轎車(chē)、SUV、MPV是人們?nèi)粘Ｊ褂幂^多的幾種車(chē)型，接下來(lái)本文將從目前市面上熱門(mén)的不同車(chē)型著手分析，汽車(chē)尾翼對(duì)車(chē)輛的風(fēng)阻影響如何。3.1汽車(chē)尾翼對(duì)轎車(chē)車(chē)型風(fēng)阻影響分析 通過(guò)建立模型與Fluent模型的仿真，得到以下轎車(chē)模型安裝尾翼前后的速度云圖如下：圖3-1未安裝尾翼轎車(chē)模型速度矢量云圖圖3-2安裝尾翼轎車(chē)模型速度矢量云圖由速度云圖可知，在安裝尾翼前后車(chē)輛尾部的空氣流向發(fā)生了較大的變化，空氣由車(chē)頭撞擊之后在后擋玻璃處發(fā)生分離，未安裝尾翼轎車(chē)模型的車(chē)輛尾部氣流角度與地面角度大，安裝尾翼轎車(chē)模型的車(chē)輛尾部氣流角度與地面角度小。由此可見(jiàn)尾翼給車(chē)輛在行駛中提供了較好的空氣導(dǎo)向，從而可以做到減小風(fēng)阻系數(shù)的作用。通過(guò)Fluent軟件計(jì)算，安裝尾翼前轎車(chē)模型風(fēng)阻系數(shù)Cd為0.416，安裝尾翼之后的轎車(chē)模型風(fēng)阻系數(shù)Cd為0.389，通過(guò)尾翼的安裝風(fēng)阻系數(shù)得到了下降，3.2汽車(chē)尾翼對(duì)suv車(chē)型風(fēng)阻影響分析SUV尾翼的出現(xiàn)可以降低空氣阻力，對(duì)于SUV行駛過(guò)程中阻力進(jìn)行切割，這樣在一定程度上降低了風(fēng)阻，從而也就降低汽車(chē)油耗。通過(guò)Fluent仿真計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行后處理，得出壓力系數(shù)云圖與速度矢圖，最終得出風(fēng)阻系數(shù)曲線(xiàn)圖如下，圖3-3未安裝尾翼SUV模型速度矢量云圖圖3-4安裝尾翼SUV模型速度矢量云圖由圖3-3與圖3-4可知?dú)饬魇紫茸矒糗?chē)輛模型前臉位置，進(jìn)氣格柵區(qū)域?yàn)闅饬鞯臏箙^(qū)，在此區(qū)域氣流速度將為0。隨后氣流現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前邊緣附著之后在中間位置開(kāi)始分離，到達(dá)雨水槽位置后氣流上升在前擋風(fēng)玻璃處附著，在從車(chē)頂中后部到尾翼處氣流逐漸分離最終徹底分離。由此可以得出結(jié)論，行駛中SUV的尾部有大量氣流的匯集，因此是否要在尾部安裝尾翼是值得研究的問(wèn)題。通過(guò)Fluent軟件計(jì)算可以得知未安裝尾翼模型的風(fēng)阻系數(shù)Cd為0.481，安裝尾翼模型的風(fēng)阻系數(shù)Cd為0.453。由此可以得知，在SUV車(chē)型上合理地安裝尾翼可以達(dá)到降低風(fēng)阻系數(shù)的效果。但并非所有車(chē)型都適合于使用安裝尾翼，若SUV車(chē)型不合理地安裝，且安裝結(jié)構(gòu)不適合的尾翼，會(huì)適得其反。3.3汽車(chē)尾翼對(duì)mpv車(chē)型風(fēng)阻影響分析降低MPV整車(chē)阻力系數(shù)，可有效提升整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前處于國(guó)內(nèi)對(duì)于汽車(chē)污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，油耗法規(guī)也是不斷更新的背景下，降低車(chē)輛的風(fēng)阻系數(shù)可以有效地提升燃油經(jīng)濟(jì)性，相比于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造與車(chē)身輕量化等措施，改善MPV整車(chē)阻力系數(shù)的方法更具經(jīng)濟(jì)性，因此這是MPV開(kāi)發(fā)過(guò)程中所面臨的非常具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)對(duì)于MPV此類(lèi)方正的尾部造型的車(chē)型有大量的降阻研究，其中研究主要以仿真優(yōu)化為主，與風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的研究較少，且缺乏對(duì)降阻原因的分析。本文便也是采用國(guó)內(nèi)主流研究方法及仿真優(yōu)化方法，并結(jié)合CFD進(jìn)行分析。圖3-5未安裝尾翼MPV模型速度矢量云圖圖3-6安裝尾翼MPV模型速度矢量云圖如上文相同方法利用Fluent軟件進(jìn)行計(jì)算得出未安裝尾翼MPV模型風(fēng)阻系數(shù)Cd為0.867，安裝尾翼MPV模型風(fēng)阻系數(shù)Cd為0.858。目前市面上與現(xiàn)實(shí)生活中只有較少的MPV安裝尾翼的案例，且大多數(shù)MPV安裝尾翼主要目的是提升車(chē)輛外觀，但是通過(guò)安裝尾翼前后仿真風(fēng)阻系數(shù)差異變化可以得知，MPV車(chē)型安裝尾翼確實(shí)可以達(dá)到減小風(fēng)阻系數(shù)的效果，這也為之后的研究提供了可供參考的線(xiàn)索。通過(guò)分析Fluent軟件流體仿真所得速度云圖3-5與圖3-6可知，在MPV車(chē)型安裝尾翼前后可以?xún)?yōu)化車(chē)輛尾部上端的造型來(lái)改變尾部區(qū)域的結(jié)構(gòu)以減小尾部分離區(qū)的面積，如此達(dá)到分離渦更加靠近車(chē)身區(qū)域的效果，從而達(dá)到增加整車(chē)尾部壓力的作用。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)所得圖3-5與圖3-6的結(jié)果對(duì)比可得，MPV車(chē)型在安裝尾翼前后整車(chē)的壓力分布得到了明顯的改善。因此，在前端壓力變化不大的情況下，通過(guò)后端壓力的增加可以顯著減小整車(chē)前后的壓力差，從而使MPV行車(chē)阻力明顯降低。3.4汽車(chē)尾翼對(duì)行駛中車(chē)輛速度關(guān)系分析研究結(jié)果表明，當(dāng)車(chē)輛的行駛速度處于60—70km/h以上時(shí)，由于車(chē)輛外型導(dǎo)致的前后壓力差而產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力會(huì)貢獻(xiàn)一半以上的行駛阻力，其貢獻(xiàn)量可以達(dá)到70-90%，而由于車(chē)身尾部引起的風(fēng)阻占整車(chē)氣動(dòng)阻力的50%以上，因此車(chē)輛尾部對(duì)于車(chē)身阻力的貢獻(xiàn)量較大。因此減小車(chē)身尾部阻力會(huì)對(duì)減小整車(chē)阻力起到?jīng)Q定性作用，這是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的原理來(lái)進(jìn)行分析。其中，空氣阻力計(jì)算公式：其中，C為風(fēng)阻系數(shù)；ρ為空氣密度可取5/4（千克/米^3）;A為迎風(fēng)面積（轎車(chē)再1-2m2V為相對(duì)風(fēng)速（一般取車(chē)速，單位m/s）。由此公式可見(jiàn)，空氣阻力與車(chē)速平方成正比，因此車(chē)速與空氣阻力處于正相關(guān)關(guān)系。據(jù)研究表明，當(dāng)車(chē)速超過(guò)60km/h時(shí)，空氣阻力對(duì)汽車(chē)的影響較為明顯。當(dāng)車(chē)速達(dá)到一定程度的時(shí)候，安裝尾翼才可以減小一定量的阻力，對(duì)車(chē)輛的影響才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。4汽車(chē)尾翼對(duì)不同車(chē)型影響差異分析汽車(chē)尾翼對(duì)不同的車(chē)型影響是不同的，其中尾翼對(duì)車(chē)輛所造成的影響分為正面影響和負(fù)面影響。人們?yōu)檐?chē)輛安裝尾翼的目的便是提高車(chē)輛性能和燃油經(jīng)濟(jì)性等等好處。因此，如何將安裝尾翼的正面影響最大化和負(fù)面影響最小化便是我們主要研究的問(wèn)題，也是想要達(dá)到的最終目的。4.1汽車(chē)尾翼對(duì)不同車(chē)型正面影響差異分析通過(guò)本文中對(duì)轎車(chē)、SUV、MPV車(chē)型安裝尾翼前后的車(chē)輛模型進(jìn)行Fluent軟件流體仿真，得出速度云圖并進(jìn)行分析，之后通過(guò)云圖分析結(jié)果來(lái)進(jìn)行最后的風(fēng)阻系數(shù)Cd計(jì)算并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下：表4-1轎車(chē)、SUV、MPV模型安裝尾翼前后風(fēng)阻系數(shù)Cd數(shù)據(jù)表車(chē)型轎車(chē)SUVMPV未安裝尾翼風(fēng)阻系數(shù)0.4160.4810.867安裝尾翼風(fēng)阻系數(shù)0.3890.4530.858Cd降低幅度6.49%5.82%1.04%圖4-2轎車(chē)、SUV、MPV模型安裝尾翼前后風(fēng)阻系數(shù)Cd柱狀對(duì)比圖首先，由轎車(chē)、SUV、MPV模型安裝尾翼前后風(fēng)阻系數(shù)Cd數(shù)據(jù)表可以得知，在車(chē)輛模型上安裝尾翼都對(duì)模型的風(fēng)阻系數(shù)Cd起到了一定的優(yōu)化作用,可見(jiàn)若車(chē)尾安裝了尾翼就能改變氣流的方向，本應(yīng)該繼續(xù)往下沉的氣流會(huì)被迫按照尾翼導(dǎo)向往上揚(yáng)，從而減小車(chē)頭車(chē)尾的壓力差最終達(dá)到減小風(fēng)阻系數(shù)Cd的目的。另外，通過(guò)對(duì)轎車(chē)、SUV、MPV三種車(chē)型，安裝尾翼前后的風(fēng)阻系數(shù)Cd進(jìn)行橫向比較可以得出，轎車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)Cd是三種車(chē)型中最小，SUV處于中等，而MPV的風(fēng)阻系數(shù)Cd則是三種車(chē)型中最大的。由此可以得出，風(fēng)阻系數(shù)的大小與車(chē)輛體積有正相關(guān)的關(guān)系。SUV與MPV車(chē)型于轎車(chē)相比通常有更為高大的車(chē)身，而轎車(chē)的車(chē)身通常相比之下較低，因此會(huì)在三種車(chē)型中風(fēng)阻系數(shù)最小，同理MPV則最大。其次，通過(guò)對(duì)表4-1中安裝尾翼前后的風(fēng)阻系數(shù)進(jìn)行風(fēng)阻系數(shù)降低幅度的計(jì)算，并結(jié)合對(duì)圖4-2柱狀圖更為直觀地變化的觀察，可以得出轎車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)降幅最大，而MPV的風(fēng)阻系數(shù)降幅最小，可見(jiàn)對(duì)于轎車(chē)若合理地安裝尾翼效果較大是最為明顯，是立竿見(jiàn)影的。而相比之下，對(duì)于SUV與MPV來(lái)說(shuō)，效果與轎車(chē)相比較小。安裝尾翼也可以對(duì)車(chē)輛的其他機(jī)械性能得到提升：1）提高車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性：改裝尾翼能夠增加車(chē)輛行駛的穩(wěn)定性，特別是在高速行駛時(shí)，它可以抵消一部分升力，減小整車(chē)壓力差。2）減少空氣阻力以提高燃油經(jīng)濟(jì)性：汽車(chē)尾翼可以減少空氣阻力，通過(guò)增加車(chē)輛下壓力的方式來(lái)提升行駛的穩(wěn)定性，并達(dá)到省油的效果。根據(jù)試驗(yàn)與案例分析得出，汽車(chē)安裝尾翼后空氣阻力系數(shù)會(huì)降低20%。3）美化車(chē)身：汽車(chē)在安裝尾翼后外形會(huì)更加時(shí)尚、美觀，使車(chē)在視覺(jué)上看著更加運(yùn)動(dòng)，車(chē)身流線(xiàn)感更強(qiáng)，美感增加。給予車(chē)主以及其他乘坐人更好的觀賞體驗(yàn)、駕駛體驗(yàn)以及一系列的情緒價(jià)值，這也是在提升硬件性能的益處之上的較為高級(jí)的益處。4.2汽車(chē)尾翼對(duì)不同車(chē)型負(fù)面影響差異分析安裝尾翼的不合理行為，例如安裝尺寸不合適的尾翼，會(huì)使尾翼對(duì)車(chē)輛產(chǎn)生負(fù)面影響。增加車(chē)輛耗油量：安裝尺寸不合適的尾翼或者尾翼的安裝角度有偏差，就會(huì)增加車(chē)子的風(fēng)阻系數(shù)，車(chē)主在行駛時(shí)需要加大油門(mén)，所以油耗也會(huì)隨之增加。發(fā)出噪音：尾翼可能會(huì)擾亂空氣流，增加風(fēng)噪。非法改裝：按照相關(guān)規(guī)定來(lái)看，車(chē)主擅自給汽車(chē)加裝尾翼是非法改裝，屬于違法行為。一旦被公安機(jī)關(guān)的交管部門(mén)查到，車(chē)主將予以相應(yīng)的處罰。5尾翼設(shè)計(jì)未來(lái)展望5.1汽車(chē)尾翼設(shè)計(jì)未來(lái)展望隨著科技的飛速發(fā)展和消費(fèi)者需求的日益多樣化，汽車(chē)行業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的變革。未來(lái)的汽車(chē)不再僅僅是一個(gè)從A點(diǎn)到B點(diǎn)的交通工具，它們正在轉(zhuǎn)變?yōu)榧呖萍?、智能化和個(gè)性化于一體的移動(dòng)生活空間。設(shè)計(jì)理念的演變傳統(tǒng)的汽車(chē)設(shè)計(jì)注重功能性、性能和安全性，而未來(lái)的汽車(chē)設(shè)計(jì)則更加注重用戶(hù)體驗(yàn)和環(huán)境可持續(xù)性。設(shè)計(jì)師們正在尋求創(chuàng)新的方法來(lái)減少汽車(chē)對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)提供更加舒適和互動(dòng)的駕駛體驗(yàn)。圖5-1未來(lái)汽車(chē)概念圖1）環(huán)保與節(jié)能未來(lái)汽車(chē)設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)之一將是環(huán)保與節(jié)能。汽車(chē)制造商在設(shè)計(jì)車(chē)輛前期便考慮到節(jié)能減排、降低能耗的問(wèn)題，在材料和技術(shù)方面不斷優(yōu)化。2）智能化隨著AI等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)制造商將會(huì)把更多的智能化現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)設(shè)計(jì)中，包括智能駕駛、智能座艙、智能交通等等。這些技術(shù)將使得未來(lái)汽車(chē)更加安全、便捷和高效。3）人性化未來(lái)汽車(chē)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)之三將是人性化。隨著人們對(duì)于汽車(chē)的需求不斷增加，未來(lái)汽車(chē)將會(huì)更加注重人性化設(shè)計(jì)。例如，更加人性化的座椅設(shè)計(jì)、更加舒適的座艙空間、更加便捷的儲(chǔ)物空間等等。4）數(shù)字化未來(lái)汽車(chē)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)之四將是數(shù)字化。隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)制造商將會(huì)把更多的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)設(shè)計(jì)中，包括數(shù)字化顯示屏、數(shù)字化儀表盤(pán)、數(shù)字化駕駛輔助系統(tǒng)等等。這些技術(shù)將讓汽車(chē)更加科技感十足，更加智能5.2尾翼安裝注意事項(xiàng)安裝尾翼的同時(shí)也有一系列的注意事項(xiàng)需要考慮，并非所有的轎車(chē)都適合安裝尾翼，也并非所有的尺寸的尾翼都適合安裝于轎車(chē)之上。倘若在未分析周全和考慮完善的情況下安裝尾翼，可能會(huì)對(duì)車(chē)輛行駛的眾多要素產(chǎn)生巨大的負(fù)影響，這便違背了我們安裝尾翼是為了提高降低車(chē)輛風(fēng)阻系數(shù)，從而提高車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性等一系列正影響。尾翼，作為汽車(chē)空氣動(dòng)力套件的一部分，雖然能夠在一定程度上提升車(chē)輛的穩(wěn)定性和操控性，但其安裝并非簡(jiǎn)單的加裝過(guò)程。如果車(chē)身設(shè)計(jì)并未預(yù)留尾翼安裝位置，或者尾翼的設(shè)計(jì)與車(chē)身不匹配，隨意加裝尾翼可能會(huì)干擾車(chē)身的氣流，進(jìn)而影響車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性，甚至可能產(chǎn)生安全隱患。此外，對(duì)于大排量的汽車(chē)而言尾翼能夠增加穩(wěn)定性，但是對(duì)于小排量的汽車(chē)而言，加裝尾翼反而多此一舉，汽車(chē)動(dòng)力會(huì)因此受到影響，排量小的汽車(chē)安裝尾翼多數(shù)只能增加美觀的效果，對(duì)于大排量的車(chē)效果是立竿見(jiàn)影的。結(jié)論尾翼的安裝可以為行駛中的車(chē)輛抵消一部分升力，使汽車(chē)產(chǎn)生較大的對(duì)地面的附著力，在尾翼上下表面產(chǎn)生流速差而形成的壓力差，從而為尾翼提供下壓力，提高車(chē)輛行駛穩(wěn)定性。并非所有的車(chē)型都適用于安裝尾翼，其中對(duì)轎車(chē)而言，小排量的車(chē)輛安裝尾翼只可以對(duì)車(chē)輛的外觀進(jìn)行改善，但是反而會(huì)增加風(fēng)阻系數(shù)，降低燃油經(jīng)濟(jì)性。對(duì)suv而言，非遛背車(chē)型的suv不適用于安裝尾翼，且需要安裝結(jié)構(gòu)正確的尾翼，否則會(huì)如3.2中所示，安裝尾翼反而增加風(fēng)阻系數(shù)。以汽車(chē)尾翼作為研究對(duì)象，通過(guò)三維建模并進(jìn)行流體仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了尾翼安裝的可行性和有效性，后續(xù)的尾翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作可以再次使用上述方法，但需要結(jié)合整車(chē)其他結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)例如，前后杠、引擎蓋、車(chē)頂、尾部等一系列車(chē)身尺寸以達(dá)到最佳效果。車(chē)身設(shè)計(jì)并未預(yù)留尾翼安裝位置，或者尾翼的設(shè)計(jì)與車(chē)身不匹配，隨意加裝尾翼可能會(huì)干擾車(chē)身的氣流，進(jìn)而影響車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性，甚至可能產(chǎn)生安全隱患。汽車(chē)的氣動(dòng)特性與汽車(chē)外造型有極大關(guān)系，汽車(chē)的氣動(dòng)阻力決定了燃油經(jīng)濟(jì)性。參考文獻(xiàn)[1]楊虹.2023年，中國(guó)品牌汽車(chē)“乘風(fēng)破浪”[N].中國(guó)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào),2024-01-18(003).DOI:10.28095/ki.ncjjd.2024.000126.[2]鮑超明,胡俊明,張代雨.CFD技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境工程流體力學(xué)教學(xué)探析[J/OL].中國(guó)教育技術(shù)裝備:1-4[2024-03-16]./kcms/detail/11.4754.t.20231023.1002.008.html.[3]肖維,呂羅庚,付眸等.CFD軟件可信度評(píng)估平臺(tái)研制與應(yīng)用[J/OL].空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào):1-9[2024-03-16]./kcms/detail/51.1192.tk.20240311.1135.004.html.[4]張?chǎng)┚?鄭海冰,孔令超等.采用Solidworks的對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與力學(xué)分析[J].三明學(xué)院學(xué)報(bào),2023,40(06):9-18.DOI:10.14098/35-1288/z.2023.06.002.[5]胡西杰.基于FLUENT的小型電動(dòng)轎車(chē)車(chē)身氣動(dòng)性能分析與優(yōu)化[D].揚(yáng)州大學(xué),2024.DOI:10.27441/ki.gyzdu.2023.002765.[6]吳美杰,張婷,劉瑞靜等.基于SolidWorks“興趣+案例”式開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2024,27(01):128-131.[7]邢小穎,湯彬,張琦等.基于SolidWorks軟件調(diào)研及功能特征案例分析[J].科技與創(chuàng)新,2023(22):140-142+148.DOI:10.15913/ki.kjycx.2023.22.039.[8]姜巖,牛冬妍,裴榮薜等.基于TBS的汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)尋優(yōu)方法[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2024,49(02):95-101.DOI:10.16638/ki.1671-7988.2024.002.018.[9]孫偉卿,孫平,譚暢等.基于某SUV整車(chē)風(fēng)洞試驗(yàn)的空氣動(dòng)力學(xué)研究[C]//中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)分會(huì)