CN101973318A - 高速车辆低风阻节能外壳结构 - Google Patents

Abstract

高速车辆低风阻节能外壳结构，属于减少空气阻力的表面结构领域。包括壳体，其特征在于：壳体的表层(1)上均布多个六角形凹槽(4)，所述的六角形凹槽(4)呈蜂窝状集群分布，所述的每个六角形凹槽(4)由六角形开口、六角形凹槽底平面(5)以及六个等面积的等腰梯形侧壁连接组成。具有可有效降低空气阻力系数、结构简单、成本低、经久耐用、且保证人员乘坐空间；可用于整体、局部位置表面的新型车辆外壳设计或现有车辆的外壳改装。其六角形凹槽的独特设计充分利用安装平面的有效面积，使减阻效果达到最佳状态。

Description

高速车辆低风阻节能外壳结构

技术领域

高速车辆低风阻节能外壳结构，属于交通工具用减少空气阻力的表面结构领域，具体涉及一种高速车辆低风阻节能外壳结构。

背景技术

沿水平道路匀速行驶的汽车阻力主要由空气阻力和滚动阻力组成。滚动阻力与车速无关，而空气阻力的功率与车速的三次方成正比。因此，车辆高速行驶时的阻力主要来源于空气阻力。有关测试表明，车速超过60km/h时用于克服空气阻力的功率和燃料消耗占行驶总功率和燃料消耗的30％～40％，因此，减阻即意味着节能。

如果不考虑流体粘性、设流体为理想流体，流动不产生边界层和分离旋涡流动，车辆所受到的空气阻力为零，但实际上，车辆行驶中所受的空气阻力即是空气的粘性所致，空气的粘性与车辆表面摩擦产生的摩擦阻力约占空气阻力的15％；空气粘性形成的边界层流动引起汽车尾部流动分离形成涡流，尾部涡流流动使得车身前、后部产生压差，形成的压差阻力占车辆空气阻力的85％！因此，控制车辆尾部的空气的分离流动、减小分离旋涡区域，是减少车辆前、后部压差，降低空气阻力的关键。

目前减少空气阻力的主要手段就是对车辆进行修形，如采用流线型外形，虽可一定程度的降低空气阻力，却往往在保证人员乘坐空间的同时受到人机工程学的限制而导致车辆不能保证具有最佳的流线型外观，因而造成行驶下形成的空气阻力还是相当可观的。

此外，也有少数改变表面结构的做法，如专利号为200810150487.6的中国专利，专利号为02129311.2的中国专利，均可用于减小微尺度下的表面流体摩擦、使流体粘附失效，一定程度上减小流动阻力、减小能耗、节省能源。但此类专利存在有明显的缺点：一是制造的技术要求、成本较高，且制造难度较大、过程繁杂；二是表面的精细微观结构在使用环境中的热胀冷缩、酸碱变化等严酷影响下易损坏且损坏后不易被发现，天长日久微小凹槽内积存的污垢不易清洗，对表面微观结构的稳定构成严重威胁，遇到降雨及冰雪天气，雨水冰雪侵袭后形成的水膜及冰霜层后的表面很容易将微观的减阻功能结构掩盖而导致功能失效；使用寿命及减阻效果也会随使用次数的增多而减少，使用成本较高。而且如前所述的表面功能失效在车辆表面分布很有可能是不均匀的，这就给应用此种发明的车辆在高速行驶中带来不稳定因素！

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种进一步降低空气阻力、结构简单、成本低、经久耐用、可降低大乘坐空间车辆空阻系数的高速车辆低风阻节能外壳结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该高速车辆低风阻节能外壳结构，包括壳体，其特征在于：壳体的表层上均布多个六角形凹槽，所述的六角形凹槽呈蜂窝状集群分布，所述的每个六角形凹槽由六角形开口、六角形凹槽底平面以及六个等面积的等腰梯形侧壁连接组成。

表层下方还牢固贴合一减震层，减震层顶面为与表层相对应的六角形凹槽，减震层底面为平面。

所述的的表层上均布的六角形凹槽的开口等边六边形边长L为4.5-5.5cm，六角形凹槽底平面等边六边形边长I为3.03-4.03cm，凹槽深度H为1.0-2.0cm，6个等面积的等腰梯形侧壁腰长T为1.41-2.83cm，每个六角形凹槽开口平面间距N为0.5-1.5cm，等腰梯形侧壁与六角形凹槽底平面之间的夹角α为135°。

所述的表层为可塑性轻质高强度材料，减震层为轻质高强度弹性泡沫材料。

所述的表层厚度为0.7～2mm，减震层厚度为5～20mm。

所述的减震层下部增设有改装贴合用底层。适用于现有车辆的改装。

所述的改装贴合用底层为高强度粘合材料，粘合于现有车辆的光滑表层。

所述的改装贴合用底层厚度为0.5～1.5mm。具体数据可根据不同车辆整体设计的要求而做相应的改变，而单个六角形凹槽单元模块表面结构特征不做改变。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：1、外观设计前卫独特、减阻效果佳：独特的六角形凹槽设计，充分的利用了安装平面的有效面积，最大程度的推后分离点的位置，减少尾流区域的面积，使减阻效果达到最佳状态；

2、减少油耗和排放：以大型高风阻系数车辆为例，气动阻力系数降低30％，以80km/g的车速行驶时可降低油耗12％-13％；气动阻力系数降低20％，可降低油耗7％-9％；气动阻力降低10％，可降低油耗3％-5％；

3、动力性增加：通过力学分析表明车辆气动阻力减少后，车辆发动机用于抵抗风阻所做的多余功在减小风阻后可以立刻体现到动力输出增加上，其动力性增强；

4、稳定性和安全性提高：侧风能降低车辆操纵稳定性和安全性，表现在行驶方向的偏移及剧烈侧风下车身的摆动甚至倾侧翻倒，降低风阻系数可减小侧风对车身的影响，提高行车稳定性和安全性。

具有可有效降低空气阻力系数、结构简单、成本低、经久耐用、且保证人员乘坐空间的高速车辆低风阻节能外壳结构；可用于整体、局部位置表面的新型车辆外壳设计或现有车辆的外壳改装。其六角形凹槽的独特设计充分利用安装平面的有效面积，使减阻效果达到最佳状态。

附图说明

图1是本发明单个六角形凹槽的剖视图示意图。

图2是本发明单个六角形凹槽的俯视图示意图。

图3是本发明安装于平整平面局部示意图。

图4是本发明在非平整平面加装前的定位示意图。

图5是本发明在非平整平面加装过程示意图。

其中：1、表层  2、减震层  3、改装贴合用底层  4、六角形凹槽  5、六角形凹槽底平面。

图1～5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～5对本发明做进一步说明：

具体实施方式

参照附图1～5：

实施例1

新型车辆外壳设计采用该高速车辆低风阻节能外壳结构，对于壳体的表层1足够厚的，直接模压成带呈蜂窝状集群分布六角形凹槽4的壳体即可。

对于高档快速车，壳体由表层1和牢固贴合在一起的减震层2组成，壳体的表层1上均布多个六角形凹槽4，所述的六角形凹槽4呈蜂窝状集群分布，每个六角形凹槽4由较大六角形开口、较小六角形凹槽底平面5以及六个等面积的等腰梯形侧壁连接组成，减震层2顶面为与表层1相对应的六角形凹槽4，减震层2底面为平面。所述的表层1为可塑性轻质高强度材料，其六角形凹槽4的开口等边六边形边长L为5cm，六角形凹槽底平面5等边六边形边长I为3.53cm，凹槽深度H为1.5cm，6个等面积的等腰梯形侧壁腰长T为2.1cm，每个六角形凹槽4开口平面间距N为1cm，等腰梯形侧壁与六角形凹槽底平面5之间的夹角α为135°，表层1厚度为0.7～2mm，减震层为轻质高强度弹性泡沫材料，减震层2厚度为5～20mm。

由于本发明壳体的表层1上制作的六角形凹槽4采用蜂窝式集群排布，可将等六边形开口的六角形凹槽4数量在单位面积中排列至最大，充分的利用了表面的有效面积。

表层1采用可塑性轻质高强度材料，如铝合金、钢板、玻璃钢纤维、碳纤维等；减震层2采用轻质高强度弹性泡沫材料，如泡沫橡胶等，以达到吸收共振及风噪的目的。

对于小面积区域跟据具体壳体的局部表层1的大小可选择图1所示的六角形凹槽4尺寸的1/2或1/4的缩小比例的单元模块按蜂巢结构排列。

工作过程如下：

高速行驶的车辆，前方会有一高压区，而后方会有一个负压尾流区，车体表面在高速情况下会出现气流粘附。尾流的范围越大紧贴车后的负压区越大，车体前、后部即会产生压差，以致形成压差阻力；同时高速行驶的车辆表面气流粘附会产生摩擦阻力，且随车速的提高而越来越明显。本发明集群分布的六角形凹槽4表面结构可使空气流动形成一层紧贴车体表面的负压紊流边界层，使得平滑的气流沿车身往后方多流动一些，从而推后了分离点的位置，减小了尾流的负压范围，车体前、后部的压差得到减小；同时紧贴车体表面的负压紊流边界层也剥离了车体表面的气流粘附从而减少摩擦阻力，以此使车辆所受的阻力比平滑表面要少的多。经多次应用家用汽油发动机轿车试验表明，应用本发明在100km/h速度下行驶油耗减少了至少10％。

实施例2：

本发明单独制作成现有车辆的外壳改装套件。运用计算机CAD等设计技术，先获取具体改装车辆车身表面结构特征资料，再切取单个六角形凹槽4为单元模块，将该单元模块在安装表面上按蜂窝式、对称原则进行排布，在排列完毕后精确记录下每个个体化单元模块之间的关系，如图4所示，并记录下来；然后依据记录所得的单元模块位置关系应用数控机床制造出本发明的贴合现有车辆表面安装部位的改装用外壳结构模型，如图5所示。最后用所得的模型制造冲压件或生产用翻模模具来批量生产改装套件。

另外，对于现有车辆个别及特殊情况需要应用本发明，可依据实际车体情况用实体单元模块排列固定后用高精细塑泥平滑处理间隙做成等比例模型，用阴阳翻模复制技术得到玻璃钢、碳纤维等纤维材料的成品。

最后，固定本发明改装套件使用改装贴合用底层3。如需加强固定本发明改装套件，应在六角形凹槽底平面5的中心点位置应用铆钉固定，且应用铆钉必须遵循对称的原则。

表层1的六角形凹槽4的开口等边六边形边长L为4.5cm，六角形凹槽底平面5等边六边形边长I为3.03cm，凹槽深度H为1.0cm，6个等面积的等腰梯形侧壁腰长T为1.41cm，每个六角形凹槽4开口平面间距N为0.5cm，等腰梯形侧壁与六角形凹槽底平面5之间的夹角α为135°。

实施例3：

本发明单独制作成现有车辆的外壳改装套件，对于优秀气动外形车辆局部关键风阻位置可以加以进一步的优化改良。具体实施是用较小面积安装于车体外部、空气流动分离的各个分离点，根据不同外观的车辆安装在不同的位置，可达到一定的风阻系数优化效果。具体效果：使车辆表面形成边界层，推后分离点的位置，减小尾流区域来减少车体前、后部的压差，减小压差阻力，以达到有效减阻、节能、保持车辆高速行驶时的稳定性和安全性的目的。既保证了车辆外形的美观，又起到了减阻的效果，实现节能、减排。

表层1六角形凹槽的开口等边六边形边长L为5.5cm，六角形凹槽底平面5等边六边形边长I为4.03cm，凹槽深度H为2.0cm，6个等面积的等腰梯形侧壁腰长T为2.83cm，每个六角形凹槽开口平面间距N为1.5cm，等腰梯形侧壁与六角形凹槽底平面5之间的夹角α为135°。

另外，本发明除应用在车辆外亦可尝试性应用在船舶领域，如邮轮等，减少水中的流体阻力达到节能的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.高速车辆低风阻节能外壳结构，包括壳体，其特征在于：壳体的表层(1)上均布多个六角形凹槽(4)，所述的六角形凹槽(4)呈蜂窝状集群分布，所述的每个六角形凹槽(4)由六角形开口、六角形凹槽底平面(5)以及六个等面积的等腰梯形侧壁连接组成。

2.根据权利要求1所述的高速车辆低风阻节能外壳结构，其特征在于：表层(1)下方还牢固贴合一减震层(2)，减震层(2)顶面为与表层(1)相对应的六角形凹槽(4)，减震层(2)底面为平面。

3.根据权利要求1所述的高速车辆低风阻节能外壳结构，其特征在于：所述的表层(1)上均布的六角形凹槽(4)的开口等边六边形边长L为4.5-5.5cm，六角形凹槽底平面(5)等边六边形边长I为3.03-4.03cm，凹槽深度H为1.0-2.0cm，6个等面积的等腰梯形侧壁腰长T为1.41-2.83cm，每个六角形凹槽(4)开口平面间距N为0.5-1.5cm，等腰梯形侧壁与六角形凹槽底平面(5)之间的夹角α为135°。

4.根据权利要求1所述的高速车辆低风阻节能外壳结构，其特征在于：所述的表层(1)为可塑性轻质高强度材料，减震层(2)为轻质高强度弹性泡沫材料。

5.根据权利要求1-4任一所述的高速车辆低风阻节能外壳结构，其特征在于：所述的表层(1)厚度为0.7～2mm，减震层(2)厚度为5～20mm。

6.根据权利要求1所述的高速车辆低风阻节能外壳结构，其特征在于：所述的减震层(2)下部增设有改装贴合用底层(3)。

7.根据权利要求6所述的高速车辆低风阻节能外壳结构，其特征在于：所述的改装贴合用底层(3)为高强度粘合材料，粘合于车辆光滑表层。

8.根据权利要求6所述的高速车辆低风阻节能外壳结构，其特征在于：所述的改装贴合用底层(3)厚度为0.5～1.5mm。

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