第一章 绪论
1.1 汽车空气动力学的重要性
1.1.1 汽车空气动力学的作用及重要性
汽车空气动力学是研究空气与汽车相对运动时的现象和作用规律的一门科学。汽车空气动力学特性对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、安全性和舒适性都有重要的影响。
1.1.2汽车空气动力学的研究方法
实验研究：理论分析和数值计算的基础，并用来检验理论结果的正确性和可靠性；
理论分析：能指导实验和数值计算，它在大量实验基础上，归纳和总结出相应的规律，同时通过理论自身的发展反过来指导实验，并为数值计算提供理论模型；
数值计算：可以弥补实验研究和理论分析的不足。
1.1.3 汽车空气动力学的研究内容
1.气动力及其对汽车性能的影响
2.流场与表面压强
3.发动机和制动器的冷却特性
4.通风、采暖和制冷
5.汽车空气动力学专题研究（例如改善雨水流径、减少表面尘土污染、降低气动噪声、侧向风稳定性以及刮水器上浮等专题研究）
1.2 汽车空气动力学的发展
人们在对汽车陆地速度的追求中，无论汽车外形怎么变化，它的发展始终贯穿着汽车空气动力学这根脉络。
1.2.1汽车空气动力学的四个发展阶段
（1）基本形造型阶段
基本形是人们直接将水流和气流中的合理外形应用到汽车上。这个阶段的主要特点是已经开始从完整的车身来考虑空气动力学问题，并且较明确的将航空空气动力学的研究成果运用于汽车车身。相对于马车来说，这个阶段汽车的气动阻力系数明显改善。但是仍然没有认识到地面效应的影响，而且造型实用型不强，没有获得广泛应用。
（2）流线形造型阶段
特点：地面效应已被人们所认识。人们用空气动力学观点指导汽车造型，试图降低气动阻力，并获得了可观的进展。同时，开始对内流阻力及操纵稳定性有了认识。
（3）细部最优化阶段
汽车设计应首先服从汽车工程的需要，即首先要充分保证总布置、安全、舒适性和制造工艺的要求，并在保证造型风格的前提下，进行外形设计，然后对形体细部(如圆角半径、曲面弧度、斜度及扰流器等)逐步或同时进行修改，控制以及防止气流分离现象的发生，以降低阻力，称为“细部优化法”
（4）整体最优化阶段
首先确定一个符合总布置要求的理想的低阻形体，在其发展成实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离，这种设计方法称为形体最佳化法。
1.2.2汽车空气动力学的发展趋势
1.气动造型与美学造型完美结合
2.强调车身整体曲面光顺平滑
3.以低阻形体开发的整体气动造型与低车身高度
4.空气动力学附加装置与整体造型协调融合
5.车身表面无附件化
6.充分利用后出风口格栅及发动机排放改善后尾流状况
第二章 汽车空气动力学概述
2.1 汽车气动力和力矩的产生和计算
2.2 气动力和力矩及其对汽车性能的影响
2.3 汽车表面的压力分布
2.4 汽车外形与空气动力特性的关系
2.1 汽车气动力和力矩的产生和计算
2.1.1 汽车空气动力学坐标系
2.1.2 汽车气动力和力矩的产生
2.1.3 汽车气动力和力矩的计算
2.2 气动力和力矩及其对汽车性能的影响
2.2.1 气动阻力
1.气动阻力的概念
2.不同车型的气动阻力系数范围
3.气动阻力的分类：
压差阻力、摩擦阻力、诱导阻力、干扰阻力、内流阻力
分别解释这五种气动阻力的产生原因以及它们分别占总气动阻力的百分比。
2.2.2 气动升力
1. 汽车气动升力系数与横摆角关系特性曲线
2. 气动升力对汽车操纵稳定性的影响
3. 克服升力的汽车造型措施
2.2.3 气动侧向力
1. 汽车气动侧向力系数与横摆角关系特性曲线
2. 各种外形汽车气动侧向力系数的横摆角关系特性曲线
2.2.4 横摆力矩
1. 各种外形汽车横摆力矩系数的横摆角关系特性曲线
2. 克服横摆力矩的汽车造型措施
2.2.5 纵倾力矩
1. 汽车纵倾力矩系数与横摆角关系特性曲线
2. 各种外形汽车纵倾力矩系数与纵倾角的关系特性曲线
2.2.6 侧倾力矩
1. 汽车侧倾力矩系数与横摆角关系特性曲线
2. 各种外形汽车侧倾力矩系数与横摆角的关系特性曲线
2.3 汽车表面的压力分布
2.3.1 车身表面压力系数Cp
2.3.2 几种典型轿车的纵向对称面表面压力分布
2.3.3 轻型客车和货车的表面压强分布
2.3.4 大客车的表面压强分布
2.3.5 车身表面压力的测量
2.4汽车外形与空气动力特性的关系
2.4.1前端形状对空气动力特性的影响
2.4.2风窗玻璃与发动机罩形状对空气动力特性的影响
一、风窗玻璃与发动机罩形状
二、发动机罩与挡风玻璃的夹角
三、发动机罩与风窗玻璃的三维曲率及结构
2.4.3顶盖外形对空气动力特性的影响
2.4.4车身侧面外形对空气动力特性的影响
2.4.5后窗周围形状对空气动力特性的影响
一、轿车尾部对空气动力特性的影响
二、后窗倾角对空气动力特性的影响
三、后风窗斜度对空气动力特性的影响
四、后车体的横向收缩对空气动力特性的影响
五、尾部造型式样对空气动力特性的影响
六、车尾高度对空气动力特性的影响
七、后扰流器对空气动力特性的影响
2.4.6车身底部外形对空气动力特性的影响
一、离地间隙的影响
二、车身底部纵倾角的影响
三、车身底部曲率的影响
第三章 汽车空气动力学基础
3.1 流体的性质
3.1.1真实流体和理想流体
真实流体具有流动性、压缩性、粘性、热传导性和表面张力。分析真实流体和理想流体之间的区别。
真实流体（粘性流体）：必须考虑粘性和热传导性的流体
理想流体（完全流体）：无粘性和无热传导性的流体
3.1.2流体的密度、压强和温度
密度、压强和温度是表征流体状态的三个基本参数，三者不是相互独立的，而是存在一定的关系。完全气体的状态方程P=ρRT。
对于路面上行驶的汽车(包括赛车)所达到的最高速度都低于声速的1/3，可以认为空气是不可压缩的，其密度不变。根据美国标准，在海平面条件（P＝101.325kPa，T＝288K）下，大气密度＝1.225kg/m3。
3.1.3流体的压缩性和膨胀性
若温度不变，流体的体积随压强的增加而缩小，这种特性称为流体的压缩性。通常用压缩率表示。
若压强不变，流体的体积随温度升高而增大，这种特性称为流体的膨胀性。通常用体胀系数表示。
3.1.4流体的粘性
流体具有抵抗各层之间相对滑动的性质，叫做粘性。
空气动力汽车原理
粘性定律
不同速度层之间必有摩擦力存在，单位面积的摩擦力称为摩擦应力，记为τ，速度梯度越大的地方摩擦应力越大。
运动粘度υ=μ/ρ，在流动问题里，惯性力总是与粘性力并存，和往往以组合形式出现，该比值称为运动粘度。
真实流体都具有粘性，但在很多情况下，流体的粘性对流动的影响很小，可以忽略不计，因此假设流体为“理想流体”。
3.1.5流体的热传导性
绝大多数流体的热传导性都是各向同性的，其热传导规律遵从傅立叶定律：单位面积和时间的热量变化q与温度梯度成正比，热量变化的正方向与温度梯度相反。q=-KdT/dy
3.2 流体阻力的理论
3.2.1 圆柱体的流态和阻力
置于理想流体中的圆柱体的流动在不同的雷诺数下，例如Re<<1，Re≈10，Re≈100以及Re>>1000，会出现不同的现象。
3.2.2 流线形物体的流态和阻力
置于理想流体中的流线体，不论流速大小如何，流态几乎保持定常状态。
用圆柱体和一个流线形物体进行阻力比较实验，该圆柱体的直径为流线形物体的长度。实验表明，当流速低时，二者具有同样的阻力，而当流速高时，流线形物体的阻力明显小于圆柱体物体的阻力。这一性质被人们采用，即为减小阻力而采用流线形。
3.3 流体静力学和动力学方程
3.3.1 流体静力学概念和方程
基本概念——流态与雷诺数，边界层，流场、流线和流谱。
3.3.2 流体动力学方程
连续性方程，伯努利方程
3.4 汽车的绕流特性
3.4.1 汽车外部流问题
3.4.2 汽车内部流问题
3.4.3 汽车外部扰流和内部扰流的关系
第四章 汽车空气动力学设计
4.1 汽车空气动力特性对汽车性能的影响
4.1.1 汽车空气动力特性对动力性的影响
汽车空气动力特性是指汽车在流场中所受到的以阻力为主的包括升力、侧向力的三个气动力及其相应的力矩（即六分力）的作用而产生的车身外部和内部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、泥土、灰尘的附着和上卷、刮水器上浮以及发动机冷却、驾驶室内通风、空气调节等特性。
评价汽车动力性的主要指标：汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。
气动阻力与最高车速的关系
气动阻力与汽车加速度的关系
4.1.2汽车空气动力特性对经济性的影响
气动阻力占总阻力的比例
消耗于气动阻力的功率
气动阻力与燃料消耗量的关系
4.1.3 汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响
升力与纵倾力矩对操纵稳定性的影响
侧向力及横摆力矩对操纵稳定性的影响
侧倾力矩对操纵稳定性的影响
4.2 汽车空气动力学设计准则
4.2.1对汽车造型的要求：
在满足结构设计、美学、人体工程学（居住性）以及法规要求的同时，降低气动阻力是汽车空气动力学设计的准则。
4.2.2汽车造型设计与空气流态之间的关系
汽车的空气动力学设计就是以满足气流沿光滑表面流动的创造性的设计。气流沿汽车表面流动时，由于气流的惯性和粘性，而产生分离、涡流等状态，并伴随产生气动噪声，同时气动阻力增加，所以成功的设计应维持气流沿汽车光滑的表面流动。
为设计出光滑的汽车车身表面，应保证曲线的连续性、曲线曲率的连续性，以及线的曲率变化的连续性。在车身外形设计过程中，需反复修正曲线的连续性。通过外形的基本构思和空气动力特性最佳处理这两个过程，巧妙地运用曲线的特性，在符合美学要求的前提下进行汽车的空气动力学设计，这是汽车空气动力学开发的重要程序。
4.3 汽车空气动力学设计方法
4.3.1 汽车空气动力学设计程序
1.基本外形的创造
2.空气动力特性分析
3.风洞试验
4.3.2 汽车气动阻力的估算
4.4 最佳气动外形
4.4.1 最佳气动外形设计的几条原则
从空气动力学观点来分析什么样的造型是具有最佳气动外形的汽车，改善汽车空气动力特性的方法。
4.4.2 汽车造型的发展变化
1.空气动力学对未来汽车造型的影响
通过平宁法里纳的车身设计程序来分析空气动力学对未来汽车造型的影响。
2. 汽车造型的个性化与多样化
3. 汽车造型的趋势
第五章 汽车发动机冷却系的空气动力特性以及驾驶室的通风特性
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