汽车气动升力与纵倾力矩――《汽车车身结构与设计》

汽车在行驶时，由于上部和下部空气流速以及压力的差别而产生升力。气动升力的作用方向垂直于运动方向。对汽车而言，在垂直于地面的方向上，升力背离地面为正，而压向地面则为负，它的大小可按式（5—5）计算。

气动升力为正时，将减小车轮上的载荷。汽车前轴载荷减小，将不利于操纵性；后轴载荷减小，将因减小驱动轮上的附着力而影响动力性。另外，由于升力作用在车身断面的气压中心上，此中心与汽车的质心一般不相重合，所以在升力作用下，相对于横向轴线将产生一纵倾力矩PM，可按式（5—7）计算。

升力还可能引起诱导阻力，同时还间接地影响汽车承受各种侧向力的能力。特别对于速度较高、质量较轻的汽车，升力将产生重大影响。从安全性方面考虑，气动升力的减小比影响汽车动力性能和经济性能的气动阻力的减小更为重要。

影响升力的因素很多，有发动机罩、车顶和行李箱的比例尺寸，前风窗玻璃和后窗的倾斜度，前底板的斜度等。

车顶与轴距的长度比由0.93增加到1.17，会引起汽车的升力系数有相当大的减小。研究表明，前地板的斜度从10°变为0°，气动升力系数也会下降。

汽车前端和地面的相对位置影响着气流的垂直分布。前端位置较高，将会减小上表面上方的质量流量，同时能直接把气流导入车身底部与地面之间的空间中；前端位置较低，使得上表面上方的质量流量增大，由于车底和地面之间的气流受黏性的边界层干涉的影响而受到约束，迫使车底下的一部分气流有向两侧流动的趋势。因此，将使尾涡强度和气动升力增大。

确定汽车前端的正确位置，这不是能够单独解决的，需要从风窗玻璃的倾角和曲率以及汽车的离地间隙等方面综合考虑。

另外，汽车的纵向轮廓对升力也会产生重大影响。升力系数CL，随不同的风作用角而不同。采用厢式轮廓时，压力差最小，C L值将在0.15～0.55变化。(www.xing528.com)

升力与汽车行驶速度密切相关。一般小客车的升力可达1kN，即为总重的8%～10%；跑车或赛车为1.3 kN左右，即为总重的15%～20%。

一名优秀的造型设计师，其工作就是选定减小气动升力的汽车外形轮廓。理想的情况应使升力等于零。

中线和迎角可以用来大致判断车身形状与升力的关系。为此，将汽车的各个横截面形心的连线称为中线，中线的最前端和最后端分别称为前缘和后缘，前缘和后缘的连线称为弦，弦与汽车行驶方向的夹角称为迎角。弦前高后低，则迎角为正值；弦前低后高，迎角为负值。

在迎角为正值的情况下，迎角越大则升力越大。为了减小升力，就应使迎角为负值。在具体设计时，可使汽车前部低矮，并使尾部肥厚向上翘，便可获得较大的负迎角，这是目前小客车广泛流行的造型手法。采用后置发动机或中置发动机的总布置方案也可使汽车前部变得十分低矮，这是跑车和赛车目前最流行的布置形式。

为了改善汽车的升力状况，使中线变得平坦（减小拱度）也是其措施之一。这要求在结构设计时，使前风窗玻璃与水平面夹角减小；在轿车设计时，应使轿车上半部高度减小。另外，使汽车底部更平滑，减小底部外凸的零部件，也能减小升力。这是因为空气在平滑底部流速较大的缘故。

近年来，在轿车上（特别是速度较高的跑车和赛车上）采用附加的翼片来减小升力的措施逐渐增多。前部附加翼片（扰流板）通常位于保险杠下并向前方倾斜伸出，而后部附加翼片通常位于尾部顶端。从表中数据可看出汽车装上附加翼片对升力系数的影响。从数据可看出，尾部翼片比前部翼片对升力的影响更大些。附加翼片可以延缓汽车上半部的气流速度，并使气流倾斜向上流动；前部扰流板还可使汽车底部的气流加速，因而能减小汽车的升力。在设计附加翼片时，可拟订若干个方案，在风洞中进行比较试验。对附加翼片的尺寸、形状、角度和位置处理得当，不但不会增加汽车阻力，而且有助于进一步减小汽车的阻力。