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風(fēng)阻系數(shù)

風(fēng)阻系數(shù)

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  風(fēng)阻系數(shù):空氣阻力是汽車(chē)行駛時(shí)所遇到最大的也是最重要的外力?諝庾枇ο禂(shù),又稱(chēng)風(fēng)阻系數(shù),是計(jì)算汽車(chē)空氣阻力的一個(gè)重要系數(shù)。它是通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和下滑實(shí)驗(yàn)所確定的一個(gè)數(shù)學(xué)參數(shù), 用它可以計(jì)算出汽車(chē)在行駛時(shí)的空氣阻力。風(fēng)阻系數(shù)的大小取決于汽車(chē)的外形.風(fēng)阻系數(shù)愈大,則空氣阻力愈大.現(xiàn)代汽車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)一般在0.3-0.5之間。

風(fēng)阻系數(shù)風(fēng)阻系數(shù)


    風(fēng)阻是車(chē)輛行駛時(shí)來(lái)自空氣的阻力,一般空氣阻力有三種形式,第一是氣流撞擊車(chē)輛正面所產(chǎn)生的阻力,就像拿一塊木板頂風(fēng)而行,所受到的阻力幾乎都是氣流撞擊所產(chǎn)生的阻力。 第二是摩擦阻力,空氣與劃過(guò)車(chē)身一樣會(huì)產(chǎn)生摩擦力,然而以一般車(chē)輛能行駛的最快速度來(lái)說(shuō),摩擦阻力小到幾乎可以忽略。第三則是外型阻力,一般來(lái)說(shuō),車(chē)輛高速行駛時(shí),外型阻力是最主要的空氣阻力來(lái)源。外型所造成的阻力來(lái)自車(chē)后方的真空區(qū),真空區(qū)越大,阻力就越大。 一般來(lái)說(shuō),三廂式的房車(chē)之外型阻力會(huì)比掀背式休旅車(chē)小。
風(fēng)阻系數(shù)的計(jì)算方法:(利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)得)

設(shè)剛體在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積為S,空氣密度為p,剛體以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)前方空氣的推力為F(于是空氣對(duì)該剛體的阻力的大小也是F)。

風(fēng)洞試驗(yàn)的方法是:

將汽車(chē)置于風(fēng)洞中的一個(gè)平臺(tái)上,車(chē)頭指向一個(gè)巨大的風(fēng)扇,四個(gè)車(chē)輪被卡在平臺(tái)上,并在每個(gè)車(chē)輪處設(shè)置了兩個(gè)測(cè)力傳感器,一個(gè)測(cè)量垂直方向上的力,另一個(gè)測(cè)量水平方向上的力。在風(fēng)扇啟動(dòng)前,四個(gè)垂直測(cè)力傳感器測(cè)得的力的總和=車(chē)的自重;四個(gè)水平測(cè)力傳感器的讀數(shù)均為0;當(dāng)風(fēng)扇啟動(dòng)后,形成一定風(fēng)速,用于模擬汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度,此時(shí),四個(gè)水平測(cè)力傳感器所測(cè)得的力的總和對(duì)應(yīng)于風(fēng)阻;四個(gè)垂直測(cè)力傳感器測(cè)得的力的總和將比風(fēng)扇啟動(dòng)前有所下降,下降的量對(duì)應(yīng)于汽車(chē)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的升力。汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)就是要致力于降低風(fēng)阻、同時(shí)減少升力。

當(dāng)利用風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)出一定速度下的空氣阻力值后,我們就可以根據(jù)下式計(jì)算出Cd的值了:

Cd=2F/(pSv2)      (后面的V2就是V的平方,也就是速度的平方,不要看錯(cuò)。)

其中,F(xiàn)和v由上述試驗(yàn)獲得,空氣密度p和汽車(chē)前進(jìn)方向上的投影面積S的測(cè)量也都是很容易的。

最后,還需要說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題:風(fēng)阻系數(shù)Cd在不同的速度下是一個(gè)常數(shù)嗎?其實(shí),我們前面的論證過(guò)程沒(méi)有一點(diǎn)可以證明它是個(gè)常數(shù)。事實(shí)上,隨著速度的變化,風(fēng)阻系數(shù)并不能保持為一個(gè)常量!只要考察一個(gè)極端情況就可以理解了:例如,當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)聲速時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的音障,阻力陡然急增,明顯偏離正比于v2的拋物曲線(xiàn)。這說(shuō)明風(fēng)阻系數(shù)并非不隨速度的變化而變化。但幸運(yùn)的是:試驗(yàn)證明,一定外形的轎車(chē),在一定的速度范圍內(nèi)(對(duì)轎車(chē)而言,在50――120km的時(shí)速范圍),Cd近乎是個(gè)常量,這使得我們用它來(lái)衡量一輛車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)水平成為可能。

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