汽车工程应用力学：阻力形成机理

因为流线形轿车的轮廓与一个翼展很短、厚度较大的机翼很相仿（如图5-82a所示），所以我们借短翼展机翼来帮助理解诱导阻力的产生。来流在绕过短翼时，其上表面流速要比下表面的快。因此，上表面为较低压区（用“-”号标出），下表面为较高压区（用“+”号标出）。如果上、下表面气流不能相通，则上、下表面的压力差只形成一个单纯的、垂直向上的升力，不会诱发产生诱导阻力。

可是在实际的轿车上，车身的上、下表面是可以通过两侧相通的。由于下表面压强高于上表面压强，于是下方的一部分气流便通过左、右侧往上方流动，在流动过程中与车身侧面来流相撞而形成侧涡。这些侧涡中的一部分贴附在流过的车身侧壁表面上，随着汽车一起运动，称为附着涡流；另一部分则随来流伸展到后部，形成绕车尾的两股旋向相反的大尾涡（如图5-83所示）。这对尾涡作用在汽车背部向后运动的气流（即来流）上，产生了一个向下的诱导速度W。W与来流速u₀合成，变成了实际来流速度u₀′，u₀′比u₀向下偏转了一个角度Δα（如图5-82b所示）。这时，汽车后部上、下表面的压力合力R再也不是纯粹垂直向上的升力，而是一个与实际来流速度u₀′相垂直的“实际升力”，其方向比垂直方向向后倾斜了一个角度Δα。“实际升力”的水平分力F_xi就是诱导阻力；而垂直分力F_zi才是纯升力，亦即我们常称的气动升力（如图5-83所示）。由此看来，诱导阻力是背部来流在尾涡的作用下向下偏转一个角度而诱发产生的。

图5-82 短机翼诱导阻力的形成

a）短机翼尾涡的形成 b）短机翼上诱导阻力的形成机理(www.xing528.com)

图5-83 轿车诱导阻力的产生

在尾涡的作用下，发生偏转向下的气流称为洗流，洗流不易从车身后背分离。洗流冲刷着汽车的后背，其流速相对较高，被冲刷表面的静压强相对较低。

通过上述分析可得出以下结论：汽车后背来流之所以变为洗流是涡流作用的缘故，所以涡流与诱导阻力密切相关。行驶中的汽车背部涡流总是存在，因此不可能有单纯的气动升力，诱导阻力总是伴随气动升力一起产生。侧涡强度越大，洗流的偏转角就越大，诱导阻力也越大；洗流在汽车背部上流过的行程越长，诱导阻力越大。存在较大升力的汽车其诱导阻力也不会低；能减小气动升力的措施都同样能减小诱导阻力。