胡克汽车空气动力学手册

德国高版次经典图书
汇集德国空气动力学全行业专家智慧
基于号称“汽车空气动力学圣经”的胡克教授主编的前5版改版升级
在德华人专家倾力翻译
中国汽车工程学会空气动力学分会专家审稿
精装图书，印刷精美

本书是在胡克教授任主编的第5版《汽车空气动力学》一书基础上进行的改版，因胡克教授年龄原因，更换了主编，为对胡克教授表示敬意，特将其名字列入第6版书名中。本书全面描述了汽车空气动力学各方面的zui新技术发展情况，包括车辆空气动力学及设计，流体机理，油耗、功率及车辆稳定性，乘用车、跑车及赛车、商用车、摩托车、安全头盔的空气动力学，气动声学，暖风与空调技术，风洞技术，测量与测试技术，数字模拟技术。本书适合车身造型工程师、设计师、技术人员阅读使用，也可供车辆工程专业师生参考使用。

前言
符号表
第1章绪论1
1 .1汽车空气动力学的任务1
1 .1 .1目标参数1
1 .1 .2汽车空气动力学表述方法2
1 .1 .3相邻专业领域5
1 .2汽车空气动力学的发展6
1 .2 .1传承与发展6
1 .2 .2超前于时代6
1 .2 .3控制参数CD9
1 .2 .4为乘用车寻找外形9
1 .2 .5“借鉴的”外形10
1 .2 .6流线型12
1 .2 .7开创性的参数研究19
1 .3从马车到汽车20
1 .3 .1冲压成形20
1 .3 .2浮桥（平底船）式车身21
1 .3 .3单厢车身24
1 .4车尾类型27
1 .4 .1Kamm型27
1 .4 .2快背型29
1 .4 .3阶背型30
1 .4 .4直背型31
1 .5方向稳定性31
1 .6商用车33
1 .7摩托车和头盔37
1 .8内流38
1 .8 .1发动机舱38
1 .8 .2乘员舱39
1 .9开发策略39
1 .9 .1细部优化39
1 .9 .2形体优化42
1 .9 .3极限值45
1 .10造型与空气动力学48
1 .11开发工具50
1 .11 .1风洞50
1 .11 .2评价方法51
1 .11 .3传统方法54
1 .11 .4整体性方法56
第2章空气动力学物理基础59
2 .1流体力学基本方程59
2 .1 .1守恒定律59
2 .1 .2流场的运动学和动力学59
2 .1 .3连续性方程62
2 .1 .4欧拉方程63
2 .1 .5伯努利方程64
2 .1 .6势论方程64
2 .1 .7纳维-斯托克斯方程65
2 .1 .8守恒定理的积分形式67
2 .2无摩擦流体动力学70
2 .2 .1关于流线图的解释70
2 .2 .2平面流动模型71
2 .2 .3涡流77
2 .3有摩擦流体动力学81
2 .3 .1雷诺数81
2 .3 .2普朗特边界层概念82
2 .3 .3边界层的分离84
2 .3 .4边界层湍流86
2 .3 .5简单物体的阻力89
2 .3 .6多体系统95
2 .3 .7过流的管系97
2 .4附录105
2 .4 .1空气的密度和黏度105
2 .4 .2压缩性的影响106
第3章能耗和行驶性能108
3 .1空气阻力所占的比重108
3 .2行驶阻力的理论110
3 .2 .1滚动阻力110
3 .2 .2空气阻力111
3 .2 .3斜坡力112
3 .2 .4加速力113
3 .2 .5行驶总阻力113
3 .2 .6举例113
3 .3行驶性能114
3 .3 .1加速性能和加速弹性114
3 .3 .2爬坡性能114
3 .3 .3优选车速115
3 .4能耗117
3 .4 .1油耗的计算方法118
3 .4 .2耗油量的测量以及它与二氧化碳排放量和能耗的转换关系120
3 .5车辆的测试循环122
3 .5 .1车辆测试循环的历史122
3 .5 .2新欧洲行驶循环（NEFZ）122
3 .5 .3适用于混合动力车的NEFZ 123
3 .5 .4美国的测试循环124
3 .5 .5亚洲的测试循环125
3 .5 .6WLTP世界轻型车辆测试规程125
3 .5 .7实际循环125
3 .6降低能耗的途径127
3 .6 .1能流图127
3 .6 .2发动机的效率和特性图128
3 .6 .3辅机129
3 .6 .4传动系统130
3 .6 .5车的重量131
3 .6 .6滚动阻力131
3 .6 .7空气阻力132
3 .7降低空气阻力的方法133
3 .7 .1继续降低阻力的可能性133
3 .7 .2重量当量133
3 .7 .3按回报率考虑的方法134
3 .8关于油耗的法规和证书135
3 .8 .1欧盟的法规135
3 .8 .2欧盟的二氧化碳标注136
3 .8 .3美国的法规137
3 .8 .4美国的二氧化碳标注137
3 .8 .5亚洲的法规139
第4章空气作用力对乘用车的影响140
4 .1空气作用力及其系数142
4 .2乘用车的流场现象146
4 .2 .1死水现象146
4 .2 .2纵向涡流152
4 .2 .3穿流152
4 .2 .4环境影响153
4 .2 .5雷诺数的影响155
4 .3空气阻力组成分析156
4 .3 .1压差阻力和摩擦阻力156
4 .3 .2微元阻力158
4 .3 .3零部件的空气动力学影响分析159
4 .4空气作用力和空气作用力矩的其他组成部分174
4 .4 .1升力和俯仰力矩174
4 .4 .2横向力和横摆力矩175
4 .4 .3滚转力矩177
4 .5空气作用力的影响178
4 .5 .1基本形状的影响179
4 .5 .2冷却空气的影响233
4 .5 .3附件243
4 .5 .4干涉267
4 .6空气动力学方面的开发过程281
4 .6 .1目标定义281
4 .6 .2项目的里程碑以及工具282
4 .6 .3示例286
4 .7系列生产的车辆的阻力和升力288
4 .7 .1依据车辆等级竞争的概述288
4 .7 .2阻力面积CD×Ax289
4 .7 .3根据EADE进行环比291
4 .7 .4车辆设计方案的影响292
4 .7 .5设备和动力化的影响294
4 .7 .6能在天花板上行驶吗？296
4 .8未来的发展297
4 .9供参考的车体几何形状299
4 .9 .1SAE参考车体299
4 .9 .2Ahmed车体300
4 .9 .3DrivAer车体301
第5章空气动力学和行驶稳定性305
5 .1非稳态气动力和气动力矩305
5 .1 .1超车过程305
5 .1 .2侧风307
5 .2车辆动力学效应329
5 .2 .1单轨模型329
5 .2 .2升力特性332
5 .2 .3降低前后轴载荷的空气动力学设计339
5 .2 .4侧风稳定性340
第6章功能、安全和舒适348
6 .1部件负荷348
6 .1 .1部件负荷及其检测348
6 .1 .2车门、车盖和外后视镜350
6 .1 .3刮水器352
6 .2敞篷行驶的舒适度357
6 .2 .1目标357
6 .2 .2车篷敞开时的气流358
6 .2 .3敞篷车风噪的产生358
6 .2 .4热舒适度358
6 .2 .5结构解决方案——敞篷车363
6 .2 .6结构解决方案——滑动天窗365
6 .3免脏367
6 .3 .1免脏基础367
6 .3 .2外来污垢370
6 .3 .3自身脏污378
第7章冷却和过流382
7 .1对冷却的要求382
7 .1 .1代表性的运行状态382
7 .1 .2部件和系统383
7 .1 .3进一步的要求384
7 .2冷却系统385
7 .2 .1发动机冷却循环385
7 .2 .2传热基础知识386
7 .2 .3热交换器类型387
7 .2 .4车辆中的热交换器389
7 .3过流391
7 .3 .1工作点391
7 .3 .2冷却模块392
7 .3 .3风扇393
7 .4整个系统的优化394
7 .4 .1冷却空气质量流量的计算395
7 .4 .2过流的影响参数397
7 .4 .3进气口和冷却空气流道399
7 .4 .4散热器矩阵400
7 .4 .5风扇402
7 .4 .6发动机舱404
7 .4 .7空气出口405
7 .5冷却气流的测量技术406
7 .5 .1叶片风速计406
7 .5 .2压力测量406
7 .5 .3光学测量方法407
7 .5 .4热线风速仪407
第8章绕流噪声410
8 .1绕流噪声对于汽车内部和外部噪声的影响410
8 .2气动噪声的形成 413
8 .3气动声学测量技术414
8 .3 .1气动声学风洞414
8 .3 .2内部噪声测量415
8 .3 .3外部噪声测量415
8 .3 .4车身声噪的测量418
8 .3 .5使用特殊仪器对声源定位418
8 .4主要噪声源和降噪方法419
8 .4 .1泄漏419
8 .4 .2外后视镜420
8 .4 .3风窗刮水器420
8 .4 .4天线421
8 .4 .5A柱423
8 .4 .6空腔谐振424
8 .4 .7滑动天窗——开口噪声425
8 .4 .8车轮轮罩425
8 .4 .9底板426
8 .4 .10运用特殊声学玻璃降低车内噪声426
8 .4 .11敞篷汽车427
8 .5心理声学的观点427
8 .5 .1侧向来流条件下不同声学特性的评价428
8 .5 .2利用静态造涡器来进行仿真429
8 .5 .3利用动态造涡器来进行仿真430
8 .5 .4噪声合成430
第9章高性能车辆432
9 .1引言432
9 .1 .1定义432
9 .1 .2简短预览432
9 .2发展史摘要432
9 .2 .1赛车432
9 .2 .2创纪录车438
9 .2 .3跑车444
9 .3车辆类型448
9 .4赛道454
9 .5法规455
9 .6空气动力学、车辆性能和操控性能457
9 .6 .1空气阻力457
9 .6 .2下压力459
9 .6 .3平衡462
9 .6 .4行驶性能467
9 .6 .5效率467
9 .6 .6冷却和通风470
9 .6 .7斜向来流472
9 .6 .8尾流473
9 .7零部件气动力学475
9 .7 .1基本车体475
9 .7 .2翼板478
9 .7 .3扰流板与格尼486
9 .7 .4地面效应489
9 .7 .5扩散器493
9 .7 .6进气口和排气口499
9 .7 .7导流元件505
9 .7 .8车轮507
第10章商用车510
10 .1目标分类510
10 .2行驶阻力与燃料消耗 511
10 .3商用车空气动力学的发展历史 514
10 .4商用车空气动力学基础 516
10 .4 .1正面/侧面来流517
10 .4 .2法律上的框架条件519
10 .5商用车空气动力学研发工具 521
10 .5 .1商用车迎接挑战521
10 .5 .2模型风洞521
10 .5 .3大风洞524
10 .5 .4计算流体力学模拟526
10 .5 .5采用轮毂测试装置的行驶车辆试验方法526
10 .6货车空气阻力的优化 528
10 .6 .1流动和压力的特性关系528
10 .6 .2驾驶室530
10 .6 .3驾驶室的后视镜和安装附件534
10 .6 .4发动机舱内的流动537
10 .6 .5底盘539
10 .6 .6挂车和车厢541
10 .6 .7概念货车549
10 .7公共汽车的空气阻力优化 552
10 .7 .1流动与压力的特征关系552
10 .7 .2车辆前部552
10 .7 .3后视镜553
10 .7 .4刮水器556
10 .7 .5车辆底部557
10 .7 .6车轮和轮盖557
10 .7 .7发动机舱内的流动557
10 .7 .8车尾558
10 .8空气动力学的相互作用 560
10 .8 .1纵队行驶560
10 .8 .2翻车和侧风的敏感性561
10 .8 .3空气动力学作用于车辆部件上562
10 .8 .4灰尘涡流563
10 .8 .5吸入热空气563
10 .8 .6废气管理563
10 .9车辆脏污问题564
10 .9 .1提出任务和研究方法564
10 .9 .2外来脏污566
10 .9 .3自身脏污566
第11章摩托车的空气动力学569
11 .1引言569
11 .2历史回顾和现代摩托车的构造570
11 .2 .1摩托车空气动力学的历史570
11 .2 .2现代摩托车的类型574
11 .2 .3特殊类型的摩托车577
11 .3摩托车空气动力学的任务580
11 .3 .1空气动力产生的力和力矩580
11 .3 .2空气动力学和纵向动力学581
11 .3 .3空气动力学和横向动力学587
11 .3 .4冷却和发动机所需要的气流594
11 .3 .5防风和防雨596
11 .3 .6气动声学597
11 .4研发的方法598
11 .4 .1研发的流程598
11 .4 .2计算流体力学仿真（CFD）599
11 .4 .3风洞609
11 .4 .4路试615
11 .4 .5展望——研发方法的发展趋势619
11 .5空气动力学设计的实例619
11 .5 .1改善阻力和升力的空气动力学措施619
11 .5 .2对风道、冷却气流和避免受热的布局621
11 .5 .3挡风挡雨的措施622
11 .6展望625
第12章安全头盔626
12 .1保护功能和结构626
12 .2摩托车头盔627
12 .2 .1空气动力学627
12 .2 .2气动声学632
12 .2 .3通风和雨淋测试638
12 .3敞篷赛车头盔641
12 .3 .1历史641
12 .3 .2空气动力学和通风641
12 .3 .3声学642
12 .4测量和模拟技术644
12 .4 .1划界644
12 .4 .2风洞645
12 .4 .3气动力645
12 .4 .4气动声学和假人头部测量技术647
12 .4 .5流场的数值计算（CFD）647
第13章风洞和测量技术650
13 .1风洞的任务650
13 .2风洞物理学652
13 .2 .1风洞的构造和功能652
13 .2 .2风洞喷管655
13 .2 .3试验段 659
13 .2 .4收集口665
13 .2 .5驻室667
13 .2 .6扩散段668
13 .2 .7导流角669
13 .2 .8整流网669
13 .2 .9蜂窝器670
13 .2 .10声学的防轰鸣措施670
13 .2 .11地板模拟680
13 .2 .12非稳态流动和阵风模拟686
13 .2 .13风洞校正689
13 .3风洞中的测量699
13 .3 .1试验过程699
13 .3 .2流速测量700
13 .3 .3压力测量705
13 .3 .4气动力和气动力矩的测量711
13 .3 .5流动的可视化处理717
13 .3 .6对汽车脏污的研究720
13 .3 .7发动机冷却试验723
13 .3 .8加热和空调试验725
13 .3 .9道路行驶试验测量728
13 .3 .10气候风洞和热风洞中的附加装置735
13 .4模型技术——无量纲特征值737
13 .5已建成的汽车风洞742
13 .5 .11∶1比例尺的汽车风洞742
13 .5 .2模型风洞748
13 .5 .3气候风洞和热风洞750
13 .5 .4风洞概况和对比测量755
13 .6展望757
第14章数值方法759
14 .1有摩擦流动的三维模拟760
14 .1 .1有摩擦流动的三维模拟概述761
14 .1 .2气体动力学理论基础763
14 .1 .3格子（Lattice）方法764
14 .1 .4纳维-斯托克斯方法773
14 .1 .5旋转的几何结构（车轮、风扇）的模拟799
14 .1 .6多孔介质（热交换器）的模拟800
14 .1 .7求解方法801
14 .1 .8硬件和对标分析813
14 .1 .9CFD在研发过程中的集成应用817
14 .1 .10展望819
14 .2汽车气动声学仿真821
14 .2 .1引言821
14 .2 .2空气动力源和气动声源的计算823
14 .2 .3车外的声源和声场824
14 .2 .4噪声向车内的传播827
14 .2 .5实例830
14 .2 .6总结和展望838
参考文献839