论文部分内容阅读
摘 要：文章简要的阐述了基于汽车空气动力学设计的方法，未来汽车外形设计所具有的特点，以及现如今车身设计方面所遇到的优化随机性、盲目性等问题，并提出一种采用数学的迭代思维辅以计算机编程的方法，在一定程度上解决了该问题。
关键词：空气动力学；车身设计；迭代思维
引言
汽车已成为世界上最普遍的交通工具，在人们生活中不可或缺，中国成为世界上汽车保有量最大的国家，但随之而来的问题就是汽车的尾气污染，汽车的耗油等问题。此时空气动力学在汽车上的应用就显得尤为重要。通过CFD软件对汽车进行气动阻力分析，可以有效地调整汽车的外形设计，从而达到减小启动阻力系数的目的。虽然每次的外形改变影响的阻力系数很少，但对于汽车保有量巨大的中国来说，降低的油耗是很可观的，并且可以提高汽车加速度和最大行驶速度。如今的汽车造型设计师不仅需要空气动力学知识，而且还必须有高雅的艺术品位和丰富的艺术知识。本文就从汽车造型的优化着手来说明空气动力学对汽车的影响.
1汽车造型设计的方法
1.1局部最优化方法
基本思路是在满足功能、功能、工艺学、人机工程学、安全法规以及美学造型等方面的要求下设计出汽车车身造型，然后进行空气设计程序，即在汽车空气动力学家的参与下，对原有车型细部如圆角半径、曲面弧度、斜度等进行少量局部的修改，或者加装扰流器、尾翼等气动部件与装置，一是启动降低，流态更加稳定更趋合理。此方法的优点是：操作简单，在流线型较差的车上有较好的效果。尤其是在目前的CFD仿真上成为国内外汽车空气动力学分析的重要手段。通过对原始模型仿真，从结果中得出某细节修改的模型，再重新进行仿真分析。像这样循环反复，最终达到自己预期的目标。这种方法在现实设计中运用广泛。
1.2整体最优化
整体最优化是基于空气动力学原理，在汽车造型设计初期获得极佳的气动特性的理想外形，接着再根据功能结构需求，调整集合的局部外形，使其满足人机工程学、国家安全法规等各个必要因素的汽车[1]。所以，对于这种汽车的空气动力学设计，初期的理想外形就显得格外重要。该方法从最初就把汽车外形的空气动力学性能放在第一位，全车身的整体造型呈流线型，这就对设计师提出了很高的要求。而在国内车企的设计中，车身设计大体完成后再开始考虑整体气动性能，因此，此种方法在实际应用中并不多见。
1.3仿生学在汽车造型中的应用
仿生学是对生物系统的结构原理，形状及行为进行研究，并将这一特点用用于工程实践中的一门学科，是一种基于生命科学、工程技术、物质科学等领域的综合性学科。在生活的其他领域，仿生学已经被广泛的运用[2]。在汽车设计的初期，仿生学就开始被运用在造型设计之中。例如最初仿造的水滴形状，甲壳虫形汽车，鱼形汽车。[29]所以仿生学是一门渗透性很强的学科，可以和现如今很多其他学和相互融合，并应用到其中，给人们带来意想不到的结果.非光滑表面的减阻原理在汽车上的可行性试验已经有了较好的模型分析，并证明了其有一定的减阻效果[3]。这种减阻方法，不仅不会给使用带俩附加设备或额外能量消耗及空间占用，仅依靠直接改变壁面形状就能产生减阻效果。如果真正能将其应用到汽车及其它实际生活中，将会有很大的发展。
2汽车造型设计中的问题
2.1造型优化设计之间中的冲突
局部最优化设计之间可能会有冲突问题。在局部最优化设计中常常单独分析模拟要优化设计的部分以节省计算时间。但实际上汽车在行驶的过程中各部分的流场是一个整体相互影响。当两个单独模拟证明有效的设计方案应用在同一车型中，可能会有副作用，产生人力物力无谓的浪费。
2.2造型优化设计的盲目性
在局部最优化设计中，设计往往选取某些细节进行模拟分析以达到优化效果。但是对这些细节的选取是重中之重。在实际设计过程中，进行最优化设计时，汽车的总体外形已经初步成型，留给细节优化的空间其实已经很小。
3解决方案
基于迭代思想的造型优化设计方法步骤如下：通过CFD软件模拟出原始车型的气动阻力系数，列出所需要进行局部优化的部分，开始改动第一个局部，若通过优化找到最佳设计则进行第四步，以第三步优化的模型为基础处，进行下一个局部的优化设计以此类推，直到所有局部优化完成并获得较好的减阻效果。通过这种不断的迭代求解，从而期望得到一个全局最优解。
5结论
经过以上讨论分析我们可以得出以下结论：空气动力学在汽车上的运用会越来与广泛，将会结合仿生学等其他学科对汽车的外形进行改进和优化。随着电动汽车的发展，以前空气动力学在造型上的很多限制将会消失，更具美感和气动性能的汽车将会出现。数学方法的更新将会影响汽车外形设计与改进所需要的时间精力，外形优化会避免盲目性、随机性。
参考文献
[1]ChengChunZhang.RenLuquan.LiuQingping.VonJiabo.QinYongming.Spinintobionicconcavesurfacetoreduceresistancetest[J]airdynamicsof2008（1）.
[2]RenLuquan.ZhuoJunYang.HanZhiwu.RenLuquan.YangZhuojuan.HanZhiwubiologicalnonsmoothsurfacewearbionicapplicationprospect[J]Journal ofagriculturalmachinery2005，36（7）.
[3]WuJun.Studyontheaerodynamiccharacteristicsofthevehicleoutflowfieldturbu lencemodelandthenewconceptvehicle：HunanUniversity，Changsha：HunanUni -versity，2006，23-30.
关键词：空气动力学；车身设计；迭代思维
引言
汽车已成为世界上最普遍的交通工具，在人们生活中不可或缺，中国成为世界上汽车保有量最大的国家，但随之而来的问题就是汽车的尾气污染，汽车的耗油等问题。此时空气动力学在汽车上的应用就显得尤为重要。通过CFD软件对汽车进行气动阻力分析，可以有效地调整汽车的外形设计，从而达到减小启动阻力系数的目的。虽然每次的外形改变影响的阻力系数很少，但对于汽车保有量巨大的中国来说，降低的油耗是很可观的，并且可以提高汽车加速度和最大行驶速度。如今的汽车造型设计师不仅需要空气动力学知识，而且还必须有高雅的艺术品位和丰富的艺术知识。本文就从汽车造型的优化着手来说明空气动力学对汽车的影响.
1汽车造型设计的方法
1.1局部最优化方法
基本思路是在满足功能、功能、工艺学、人机工程学、安全法规以及美学造型等方面的要求下设计出汽车车身造型，然后进行空气设计程序，即在汽车空气动力学家的参与下，对原有车型细部如圆角半径、曲面弧度、斜度等进行少量局部的修改，或者加装扰流器、尾翼等气动部件与装置，一是启动降低，流态更加稳定更趋合理。此方法的优点是：操作简单，在流线型较差的车上有较好的效果。尤其是在目前的CFD仿真上成为国内外汽车空气动力学分析的重要手段。通过对原始模型仿真，从结果中得出某细节修改的模型，再重新进行仿真分析。像这样循环反复，最终达到自己预期的目标。这种方法在现实设计中运用广泛。
1.2整体最优化
整体最优化是基于空气动力学原理，在汽车造型设计初期获得极佳的气动特性的理想外形，接着再根据功能结构需求，调整集合的局部外形，使其满足人机工程学、国家安全法规等各个必要因素的汽车[1]。所以，对于这种汽车的空气动力学设计，初期的理想外形就显得格外重要。该方法从最初就把汽车外形的空气动力学性能放在第一位，全车身的整体造型呈流线型，这就对设计师提出了很高的要求。而在国内车企的设计中，车身设计大体完成后再开始考虑整体气动性能，因此，此种方法在实际应用中并不多见。
1.3仿生学在汽车造型中的应用
仿生学是对生物系统的结构原理，形状及行为进行研究，并将这一特点用用于工程实践中的一门学科，是一种基于生命科学、工程技术、物质科学等领域的综合性学科。在生活的其他领域，仿生学已经被广泛的运用[2]。在汽车设计的初期，仿生学就开始被运用在造型设计之中。例如最初仿造的水滴形状，甲壳虫形汽车，鱼形汽车。[29]所以仿生学是一门渗透性很强的学科，可以和现如今很多其他学和相互融合，并应用到其中，给人们带来意想不到的结果.非光滑表面的减阻原理在汽车上的可行性试验已经有了较好的模型分析，并证明了其有一定的减阻效果[3]。这种减阻方法，不仅不会给使用带俩附加设备或额外能量消耗及空间占用，仅依靠直接改变壁面形状就能产生减阻效果。如果真正能将其应用到汽车及其它实际生活中，将会有很大的发展。
2汽车造型设计中的问题
2.1造型优化设计之间中的冲突
局部最优化设计之间可能会有冲突问题。在局部最优化设计中常常单独分析模拟要优化设计的部分以节省计算时间。但实际上汽车在行驶的过程中各部分的流场是一个整体相互影响。当两个单独模拟证明有效的设计方案应用在同一车型中，可能会有副作用，产生人力物力无谓的浪费。
2.2造型优化设计的盲目性
在局部最优化设计中，设计往往选取某些细节进行模拟分析以达到优化效果。但是对这些细节的选取是重中之重。在实际设计过程中，进行最优化设计时，汽车的总体外形已经初步成型，留给细节优化的空间其实已经很小。
3解决方案
基于迭代思想的造型优化设计方法步骤如下：通过CFD软件模拟出原始车型的气动阻力系数，列出所需要进行局部优化的部分，开始改动第一个局部，若通过优化找到最佳设计则进行第四步，以第三步优化的模型为基础处，进行下一个局部的优化设计以此类推，直到所有局部优化完成并获得较好的减阻效果。通过这种不断的迭代求解，从而期望得到一个全局最优解。
5结论
经过以上讨论分析我们可以得出以下结论：空气动力学在汽车上的运用会越来与广泛，将会结合仿生学等其他学科对汽车的外形进行改进和优化。随着电动汽车的发展，以前空气动力学在造型上的很多限制将会消失，更具美感和气动性能的汽车将会出现。数学方法的更新将会影响汽车外形设计与改进所需要的时间精力，外形优化会避免盲目性、随机性。
参考文献
[1]ChengChunZhang.RenLuquan.LiuQingping.VonJiabo.QinYongming.Spinintobionicconcavesurfacetoreduceresistancetest[J]airdynamicsof2008（1）.
[2]RenLuquan.ZhuoJunYang.HanZhiwu.RenLuquan.YangZhuojuan.HanZhiwubiologicalnonsmoothsurfacewearbionicapplicationprospect[J]Journal ofagriculturalmachinery2005，36（7）.
[3]WuJun.Studyontheaerodynamiccharacteristicsofthevehicleoutflowfieldturbu lencemodelandthenewconceptvehicle：HunanUniversity，Changsha：HunanUni -versity，2006，23-30.