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城际巴士空气动力学应用分析
2018-04-09 17:00:53· 来源：AutoAero
无论对于轿车、卡车还是公共汽车的气动阻力研究都已经进行了很多年，不过大多数研究都集中在车辆的前端和后端（这两部分对总阻力的贡献率达到了85%以上），而对于车辆的横向外轮廓没有足够的重视。但车辆的横向外轮廓却对气动阻力有很大影响，尤其是对于在高速上行驶的巴士。这里就讨论一下车辆的横向外轮廓与气动阻力的关系。
无论对于轿车、卡车还是公共汽车的气动阻力研究都已经进行了很多年，不过大多数研究都集中在车辆的前端和后端（这两部分对总阻力的贡献率达到了85%以上），而对于车辆的横向外轮廓没有足够的重视。但车辆的横向外轮廓却对气动阻力有很大影响，尤其是对于在高速上行驶的巴士。这里就讨论一下车辆的横向外轮廓与气动阻力的关系。
仿真和边界条件
此处CFD仿真软件为ANSYS CFX。
假设条件：
• 气流为稳态且不可压缩
• 工作环境：27℃
• 模型：SST K-Omega
• 没有任何动力系统总成的简化底部
边界条件：
• 速度入口: 60, 100 & 120 Km/h
• 压力出口: p=0
不同横向轮廓的仿真实验：
以B4.0为基础模型，B4.1，B4.2为实验模型，如下图所示：
B4.1两侧用平板，顶部看似平直，但其曲率半径20m（考虑积水的问题）。B4.2具有在两个区域内侧弯曲的侧面，一个在座位上方，另一个在裙部水平处 —曲率量的限制约束是：座位上方的乘客头部空间和裙部水平处的轮端突出位置（轮螺母不应突出到裙部外侧）。
为了更好的理解基础模型的变化，将基础模型与变形体重叠，并沿图示横截面截开：
当与基础模型相比时，变型B 4.1和B4.2的正面投影面积由于横向轮廓的变化而具有轻微变化（小于1％）。
对于三个模型，分别在60km/h、100km/h、120km/h三种速度工况下进行模拟。下图为所得三种模型Cd值。
此Cd值仅仅用于比较研究，其真实的Cd值还应该考虑外围组件，如后视镜、HVAC单元等。
不同模型在120km/h的阻力分布
从上表可以看出:车辆前部和后部对阻力的影响最大，另外，B4.2中车轮对阻力的影响显著增加，这是因为车轮与空气流接触增加。实际上，车轮被轮拱整流罩覆盖，这减轻了车轮对阻力的贡献。
3种模型在120km/h时空气速度分布比较
侧面和顶部对总阻力的直接摩擦阻力贡献不如预期变化显著。然而，由侧部和顶部形成的轮廓间接地影响压力阻力，这从前端和后端阻力的显着差异是明显的。这也可以上图所示的速度轮廓中推断出。模型B4.2中，在前端顶角处的速度轮廓显示均匀过渡，而在模型B 4.1中，速度轮廓是突变的。
总结：
横向外轮廓对空气动力学的影响一直都被人们所忽略了，而它对阻力的影响却不可小视，我们可以通过改变侧面的曲率，车顶以及上侧梁等，来减小巴士的阻力系数，从而提高燃油消耗率。然而，在巴士上能够做出一定改变来减小阻力的因素却很有限，未来巴士可以从以下几方面着手：
•定制轮拱整流罩
• 车底板以及可变高度悬架
• 采用楔背式车后背
仿真和边界条件
此处CFD仿真软件为ANSYS CFX。
假设条件：
• 气流为稳态且不可压缩
• 工作环境：27℃
• 模型：SST K-Omega
• 没有任何动力系统总成的简化底部
边界条件：
• 速度入口: 60, 100 & 120 Km/h
• 压力出口: p=0
不同横向轮廓的仿真实验：
以B4.0为基础模型，B4.1，B4.2为实验模型，如下图所示：
B4.1两侧用平板，顶部看似平直，但其曲率半径20m（考虑积水的问题）。B4.2具有在两个区域内侧弯曲的侧面，一个在座位上方，另一个在裙部水平处 —曲率量的限制约束是：座位上方的乘客头部空间和裙部水平处的轮端突出位置（轮螺母不应突出到裙部外侧）。
为了更好的理解基础模型的变化，将基础模型与变形体重叠，并沿图示横截面截开：
当与基础模型相比时，变型B 4.1和B4.2的正面投影面积由于横向轮廓的变化而具有轻微变化（小于1％）。
对于三个模型，分别在60km/h、100km/h、120km/h三种速度工况下进行模拟。下图为所得三种模型Cd值。
此Cd值仅仅用于比较研究，其真实的Cd值还应该考虑外围组件，如后视镜、HVAC单元等。
不同模型在120km/h的阻力分布
从上表可以看出:车辆前部和后部对阻力的影响最大，另外，B4.2中车轮对阻力的影响显著增加，这是因为车轮与空气流接触增加。实际上，车轮被轮拱整流罩覆盖，这减轻了车轮对阻力的贡献。
3种模型在120km/h时空气速度分布比较
侧面和顶部对总阻力的直接摩擦阻力贡献不如预期变化显著。然而，由侧部和顶部形成的轮廓间接地影响压力阻力，这从前端和后端阻力的显着差异是明显的。这也可以上图所示的速度轮廓中推断出。模型B4.2中，在前端顶角处的速度轮廓显示均匀过渡，而在模型B 4.1中，速度轮廓是突变的。
总结：
横向外轮廓对空气动力学的影响一直都被人们所忽略了，而它对阻力的影响却不可小视，我们可以通过改变侧面的曲率，车顶以及上侧梁等，来减小巴士的阻力系数，从而提高燃油消耗率。然而，在巴士上能够做出一定改变来减小阻力的因素却很有限，未来巴士可以从以下几方面着手：
•定制轮拱整流罩
• 车底板以及可变高度悬架
• 采用楔背式车后背
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