汽车工程应用力学：部位对诱导阻力的影响

1.后背倾角的影响

对于车身而言，后背形状是影响诱导阻力的主要因素。轿车的气动阻力系数C_D随车身后背倾角φ的变化而变化，这除了后背倾角对形状阻力（压差阻力）的影响之外，同时还包括对诱导阻力的影响。因此，轿车后背气动阻力系数的消长，应同时包含形状阻力和诱导阻力这两种成分。

图5-87给出了斜背式轿车后背倾角φ与气动阻力系数C_D的关系。

图5-87 斜背式轿车后背倾角φ与C_D的关系

当后背倾角φ为0°时，轿车后背成为方背，气流在背部后缘分离，具有最大的阻力基面，即最大的形状阻力；而这时，不存在诱导阻力，因为后背分离后的气流一般不会再向下偏转。气动阻力系数C_D约为0.40。

后背倾角φ在0°至大约10°的范围内，随着φ的增加，侧涡开始进入后背两侧，涡流强度虽然逐渐增强，但由于倾角都较小，诱导阻力增加有限。而另一方面，在这个后背倾角范围内，气流基本上都能在斜背末端分离，基面随φ的增大而减小，亦即形状阻力随φ的增大而减小。两者相比较，形状阻力的减小远远大于诱导阻力的增加，因此，气动阻力系数C_D随倾角φ的增大而减小。在大约10°时C_D为最小（大约0.34），因为它有近乎最小的阻力基面。

当后背倾角φ＞10°时，随着φ的增大，从两侧进入后背的涡流增强（如图5-88b），洗流向下偏转角增加，诱导阻力随之增大。而另一方面，随着φ的增大，气流分离逐渐提前，分离点沿后背逐渐上移，基面逐渐增大，形状阻力随之增大。这两方面的综合效果，致使气动阻力系数C_D随倾角φ的增加而增大。当φ大约在30°左右时，C_D达到最大值（大约0.44），因为诱导阻力和形状阻力都接近于最大值。

当φ从30°再增加，车顶的气流基本上在车顶后缘分离（如图5-88a），形状阻力达到最大值，不再继续变化。而涡流开始断断续续离开后背表面，洗流下洗作用逐渐减小，诱导阻力随之减小，使总的气动阻力迅速下降。

当φ大至45°左右时，诱导阻力基本消失，气流稳定地在车顶后缘分离，气动阻力只剩下形状阻力，气动阻力值保持不变，再不随φ的增加而改变。若φ增至90°时，轿车又变成了长度较短的另一种方背车。

由上述分析可知，不能简单看待后背气流分离现象。气流的提前分离固然增大了形状阻力，但却又减小了诱导阻力。使气流在适当的位置分离，才能获得较小而又具有实际意义的气动阻力系数C_D值。

图5-88为某轿车气流在车顶后缘分离的情形。其后背倾角φ约为45°。

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图5-88 不同后背外形的侧涡流向

a）进入后背侧涡强度弱 b）进入后背侧涡强度强

2.气流分离处的边棱形状的影响

如果气流在轿车后端上缘处分离，则该处的轮廓形状对诱导阻力有明显的影响。如果其轮廓形状是向下倾斜或成圆弧形的（如图5-89a、b），分离流会沿着轮廓表面向下运动一段距离的趋势，这样会引发诱导阻力。若将边缘做成一道直棱或使它向上略微翘起，形成一个扰流器（如图5-89c、d），这样，气流将稳定地在尖棱上发生分离，消除了可能在这里产生的诱导阻力，并使尾部气流比较稳定。这些做法可以使汽车的气动阻力系数相对减小0.03。

图5-89 轿车尾部后端上缘轮廓形状及其对气流的影响

a）～d）不同尾部轮廓

三厢轿车后端上缘轮廓形状的形式有多种，例如：最抢眼不过的算是标致307那高高的三角凸棱和上海通用别克新君威那上翘的“鸭尾”；还有凯越、新宝来、菱悦、蓝鸟等轿车微翘的上缘；福特蒙迪欧只是略带上翘的大弧面；而东风本田思域、福特福克斯则是斩截明快的边棱；等等。形式虽多，其目的都是为了降阻和稳定尾部气流。但这些上缘边棱的设置，只有气流在其上面分离才具有实际的意义，否则等于虚设。情况如何，只有通过风洞试验才能得到认证。图5-90为4款轿车尾端上缘形状的照片。

图5-90 轿车尾端上缘形状举例

a）标致307 b）雪佛兰新赛欧 c）比亚迪F3 d）别克新君威