可伸缩汽车尾件是为厢式货车而设计的尾部挂件，目的是减小其高速行驶时的空气阻力。大型货车是形状不规则的非流线型结构，其尾部为突然截尾式，当此种货车高速行驶时，将产生反向形状阻力阻碍汽车前行，在80km/h时，克服这种阻力需要花费总油耗的40%。采用加装尾件的方式能有效的降低此种阻力，降低运输成本和燃料的消耗，减少有害污染物排放，缓解温室效应，保护人类生态环境。为了提高尾件的可利用性，采用可伸缩结构，在低速行驶时，尾件处于收缩状态，在高速行驶时，处于展开状态。故此设计不仅节能，也不影响汽车正常行驶。
标签： 流线型尾件；优化气动特性；节能减排；厢式货车；减小阻力降低油耗
一、研究背景及其意义
1.1研究背景。
随着汽车技术进步和公路设施条件的逐步完善，货运汽车的速度也越来越快。公路运输具有便捷、直达的优点使汽车货运量增长迅速，但其耗油量也逐年增长，货运汽车的耗油量在我国耗
油量总量中占很大的比重。随着地球能源的枯竭，石油价格逐年攀升，人类生存环境受到严重的威胁。节能环保是对人类科技进步提出的新要求，安全、环保、节能是新世纪汽车发展的新理念、新主题。美国能源部所属的重卡办公室的研究报告指出，当一辆标准的重型卡车满载，以 100km/h 的速度行驶时，所需燃料的 65%用于克服空气阻力[1]。对于运载工具来说，节能就是要减小阻力。为了降低厢式货车的阻力，人们进行了许多有效的探索和改革。国内外一直有人从事这方面的研究工作。例如将车体尽量设计成流线型、安装前上部整流罩、前下部整流罩、车身前端面的锥形分流器、主动控制边界层法、驾驶室与箱体之间加装井字形栅格、加装后部栅格、尾涡中心安装喷射装置、安装气流导管、车厢底部加装侧板、车厢尾部加装尾板、侧流涡带、旋涡挡板、高动量挡泥板等。厢式货车的箱体因为受到运载货物和体积的限制，基本上都成一长方体，不可能将其设计为流线型；同时考虑到效益和成本问题厢式货车也不能加装过于复杂和高成本的附加装置来减小气动阻力。本文用数值模拟的方法研究一种简单可行、成本低廉、绿环保的减阻装置来有效的减小厢式货车的气动阻力。
1.2 制备目的。
当汽车在水平路面上匀速行驶时，行驶阻力由滚动阻力和空气阻力构成。汽车行驶时的空气阻力与车速的平方成正比，当汽车速度逐渐增加时，气动阻力在所有阻力中的比重逐渐增加。货车由于其较大的迎风面积以及受使用要求限定的多种多样的车厢结构，使它们难以具有较低的气动阻力系数和最佳的空气流态。某些货车当车速达到60km/h时，气动阻力就己超过总阻力的50%。而当车速达到100km/h时，气动阻力约占汽车行驶总阻力的75%-80%[2]。
气动阻力所消耗的功率占发动机产生的功率相当大的比例，这是因为消耗于气动阻力的功率与速度的三次方成正比。由于货车的迎风面积受到货运要求以及相关政策法规的限制而不易于进一步减小，所以降低空气阻力系数是现代汽车高速运输降低油耗，提高燃油经济性的主要措施之一。对于从事货运工作的大型集装箱货车，其年均行驶里程长，降低气动阻力产生的节油效果将是非常可观的。
分析表明，改善货车的空气动力学特性，将目前的气动阻力系数由0.6-0.8降低到0.35-0.45是有可能的[3]，气动阻力系数的降低不仅带来运输成本的降低，而且因燃料消耗的减少而降低了有害污染物排放以及温室效应气体的排放，从而对保护人类生态环境也有着十分重要的意义。
1.3研究意義。
（1）节能和保护环境
（2）缩短开发周期，降低开发成本
（3）提高我国汽车自主开发能力
二、技术原理及实验分析
采用GAMBIT对标准简易厢式货车模型和加装不同弦长尾件的货车模型进行物理模型建模和网格画分，通过fluent/CFX对模型进行数值模拟，分析其外部流场特性和阻力的产生机理并计算出其形态阻力，得出加装尾件的货车将会减小15.70%的空气阻力的结论并确定出最佳形状的尾部挂件。
2.1标准简易厢式货车模型的数值模拟。
计算模型采用简易厢式货车模型，模型的长宽高分别为360mm*140mm *100mm。根据货车的实际速度，空气可认为低速不可压缩流体，由于货车模型左右对称，不考虑侧风的情况下，
其外部流场也是左右对称的，在数值计算的时候，为了节省网格，采用半模型进行。模型前取3倍的车长，后取5倍的车长，左侧取5倍的车宽，上方取车高5倍，右侧为车身的中心对称面，生成计算区域。其边界条件为：计算域的前面为速度进口边界条件，速度取 30m/s，湍动粘度比和湍流强度取 Fluent 软件的默认值。模型的纵向对称面，计算域的侧面和上下面都为对称边界条件。计算域的后面为压力出口边界条件，P=0，P 为相对压力。车身采用静止壁面，无滑移固体条件。湍流模型选取RNG k-ε模型。本文采用的求解方法是 SIMPLE 算法；压力方程为标准，能量方程为二阶的离散化方法[1]。
2.2加装尾件的模型数值模拟。
2.2.1计算模型的确立。
整个计算域、边界条件、网格结构以及网格划分和标准模型一致。
2.2.2计算结果与分析。
在后期的数值计算中显示，在尾件尺寸一定的条件下，加装不同形状的流线形尾件都能有效的减阻，本文计算了曲线弧度切面与水平面倾角（见图 1）分别为 5°、10°、15°、20°时的
节能汽车网流线模型情况。数值计算结果显示在15°倾角时减阻效果较好，数值见下表。
针对 15°倾角的流线尾件进行了改进。利用维托辛斯基风洞收缩段曲线设计尾板，15°倾角维托辛斯基曲线板减阻效果最好。
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