CN105365905A - 地面车辆表面空气吹拂系统 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种地面车辆表面空气吹拂系统，主要由进气口，空气增压器，驱动电动机，高压空气导管，排气气刀，电源控制器构成。通过合理分布排气气刀的位置，本系统喷出的高压空气气流可以在车头正面和车头两侧形成一层屏蔽气帘，从而影响车头表面的压力分布，降低车头受到的空气阻力。此外，通过在拖车车体迎风侧面上喷出斜向的高压空气气流，可以降低大侧风对拖车行驶安全性的不利影响。本系统可用于各种地面车辆的运输过程，以实现节能减排。

Description

地面车辆表面空气吹拂系统
技术领域
本发明涉及地面车辆运动时空气阻力的降低。
背景技术
地面上运动的各种车辆都会受到车轮摩擦力和空气阻力的影响。由于空气阻力的大小与车辆行驶速度的平方成正比，因而在高速行驶时，车辆需要消耗更多的能量来克服空气阻力。特别是，对于跑车和赛车，为了克服远大于车轮摩擦力的空气阻力，往往需要配备大功率的汽车发动机或驱动电动机。
汽车在高速行驶时受到的空气阻力主要是压力阻力，包括迎面阻力和压差阻力。迎面阻力是空气迎头撞上车头而产生的阻力。一般通过把车头及前部车体设计成流线型结构来降低迎面阻力。在车辆运行工况允许的条件下，一些常规汽车或混合动力车型，通过临时关闭位于车头前部的散热器进风口，来降低作用在发动机表面上的迎面阻力；另一些电动汽车车型，甚至取消了位于车头前部的进风口。
压差阻力是由车尾的结构形状突变引起的，层流的空气气流在车尾变成湍流，形成一个压力低于周围环境大气压的负压区。车尾负压和车头正压之间的压差形成一个与车辆行驶方向相反的力，即压差阻力。通过改善车尾的结构造型，可以减小压差阻力。
在设计车辆外形时，如运动跑车及方程式赛车，通过优化车头、车体和车尾的空气动力学特性，可以获得较小的阻力系数，从而降低空气阻力。
另一种改变空气动力学特性的应用是空气气帘。在一些商场或其它公共场所，门口安装的空气气帘喷出具有一定压力(速度)和流量的气流，不但可以隔绝室内和室外不同温度的空气，而且便于人员或车辆进出。冬季，空气气帘可以把供暖设备产生的热空气封闭在室内，同时把室外的冷空气挡在门外；夏季，空气气帘可以把空调系统产生的冷空气封闭在室内，同时把室外的热空气挡在门外。此外，空气气帘还能够屏蔽室外一定强度的自然风。
车辆造型的流线型设计与空气气帘的屏蔽功能之间的共同之处在于，通过改变空气气流的流动方向，可以降低运动风力或自然风力对某个区域的不利影响。
发明内容
本发明设计一种地面车辆表面空气吹拂系统，主要由进气口，空气增压器，驱动电动机，高压空气导管，排气气刀，电源控制器构成(见图1A)。其中，空气增压器可以是离心式，或轴流式，或复合式；也可以具有一级，两级，或多级增压结构。
在车辆行驶时，驱动电动机启动，带动空气增压器工作。车头前面的部分空气通过进气口被吸入空气增压器，经过压缩或增压之后，产生的高压空气通过高压空气导管进入排气气刀，最后从排气气刀的排气口(孔)喷出，吹拂车头上表面(或正面)和车头两侧面(见图1B)。
通过合理分布排气气刀的位置，及设定适当的气刀排气口(孔)的喷气方向，喷出的高压空气气流可以在车头上表面和车头两侧面形成一层保护气帘。这层气帘不但可以屏蔽车头前方和车头两侧运动风力(即车辆运动造成的迎面空气气流)对车头表面的冲击(撞击)，而且可以改变车头上表面和车头两侧面的边界层空气流动的速度和方向，进而影响车头表面的压力分布，以达到降低车头空气阻力的目的。
另一方面，通过优化设计进气口的结构(见图3B)，可以利用车辆运动引起的车头空气压力增强效应(即运动风力)，再经过涡轮(或其它方式)增压，以便达到所需的气刀排气口(孔)压力。如果通过进一步提高驱动电动机的转速，增加吸入空气增压器的空气流量，可以在进气口处形成一个相对的负压区，从而降低作用在进气口上的阻力；在特别情况下，甚至可以在进气口处产生一个向前拉的吸引力，而不是通常的向后推的空气阻力。
为了更好地利用高压空气气流的吹拂效应，应该对具体车辆的车头结构形状进行优化改进；同时，根据车辆行驶的速度高低，通过调节驱动电动机的转速，可以改变空气增压器产生的高压空气气流的压力和流量，以便在车头上表面和车头两侧面形成合适的保护气帘(屏蔽层)；从而，最大限度地减小作用在车头和车体上的空气阻力。
对于拖挂卡车，其拖车车体或集装箱一般比较长(见图4A)。在正常风力天气的情况下，通过在拖车车体两侧前部边缘喷气的方式，可以喷出水平向后方向的高压空气气流，影响其表面的压力分布，进而减小作用在拖车车体两侧表面上的空气阻力。
在大风天气的情况下，大侧风可能会影响车辆行驶的稳定性，甚至引发翻车事故。为了降低大侧风对拖车行驶安全性的不利影响，通过切换拖车车体表面气刀的位置，从拖车车体底部边缘喷出斜向(向后，向上，向外一定角度)的高压空气气流。从而，改变大侧风气流在拖车车体迎风侧面上的流动速度和方向，减小作用在拖车车体迎风侧面上的横向推力，提高拖车行驶的稳定性和安全性。
附图说明
图1A是轿车表面空气吹拂系统的结构示意图。
图中：1-空气增压器；2-驱动电动机；3-电源控制器；4-高压空气导管；5-被吸入的车头空气；6-车头喷出的高压空气；7-车辆行驶方向；8-车顶空气气流；9-车体两侧空气气流；10-车底空气气流。
图1B是轿车表面空气吹拂系统的进排气结构示意图。
图中：1-进气口；2-排气气刀；3-车头上表面高压空气气流；4-车头两侧表面高压空气气流。
图2A是吉普车和两厢车表面空气吹拂系统的结构示意图。
图中：1-空气增压器；2-驱动电动机；3-电源控制器；4-高压空气导管；5-被吸入的车头空气；6-车头喷出的高压空气；7-风挡喷出的高压空气；8-车辆行驶方向；9-车顶空气气流；10-车体两侧空气气流；11-车底空气气流。
图2B是吉普车和两厢车表面空气吹拂系统的进排气结构示意图。
图中：1-进气口；2-排气气刀；3-车头上表面高压空气气流；4-车头两侧表面高压空气气流；5-风挡表面高压空气气流。
图3A是卡车和商用车表面空气吹拂系统的结构示意图。
图中：1-空气增压器；2-驱动电动机；3-电源控制器；4-高压空气导管；5-被吸入的车头空气；6-车头喷出的高压空气；7-风挡喷出的高压空气；8-车辆行驶方向；9-车顶空气气流；10-车体两侧空气气流；11-车底空气气流。
图3B是卡车和商用车表面空气吹拂系统的进排气结构示意图。
图中：1-进气口；2-排气气刀；3-车头上表面高压空气气流；4-车头两侧表面高压空气气流；5-风挡表面高压空气气流。
图4A是拖挂卡车表面空气吹拂系统的结构示意图。
图中：1-空气增压器；2-驱动电动机；3-电源控制器；4-高压空气导管；5-被吸入的车头空气；6-车头喷出的高压空气；7-风挡喷出的高压空气；8-车辆行驶方向；9-车顶空气气流；10-车体两侧空气气流；11-车底空气气流；12-拖车高压空气导管(柔性管)；13-拖车车体两侧前部边缘排气气刀；14-喷出的水平方向高压空气气流；15-拖车车体两侧底部边缘排气气刀；16-喷出的斜向高压空气气流。
图4B是拖挂卡车表面空气吹拂系统的进排气结构示意图。
图中：1-进气口；2-排气气刀；3-车头上表面高压空气气流；4-车头两侧表面高压空气气流；5-风挡表面高压空气气流。
图5A是平头车辆(卡车，公共汽车，旅游车)表面空气吹拂系统的结构示意图。
图中：1-空气增压器；2-驱动电动机；3-电源控制器；4-高压空气导管；5-被吸入的车头空气；6-车头喷出的高压空气；7-车辆行驶方向；8-车顶空气气流；9-车体两侧空气气流；10-车底空气气流。
图5B是平头车辆表面空气吹拂系统的进排气结构示意图。
图中：1-进气口；2-排气气刀；3-车头上表面高压空气气流；4-车头两侧表面高压空气气流。
图6A是平头拖挂卡车表面空气吹拂系统的结构示意图。
图中：1-空气增压器；2-驱动电动机；3-电源控制器；4-高压空气导管；5-被吸入的车头空气；6-车头喷出的高压空气；7-车辆行驶方向；8-车顶空气气流；9-车体两侧空气气流；10-车底空气气流；11-拖车高压空气导管(柔性管)；12-拖车车体两侧前部边缘排气气刀；13-喷出的水平方向高压空气气流；14-拖车车体两侧底部边缘排气气刀；15-喷出的斜向高压空气气流。
图6B是平头拖挂卡车表面空气吹拂系统的进排气结构示意图。
图中：1-进气口；2-排气气刀；3-车头上表面高压空气气流；4-车头两侧表面高压空气气流。
图7A是长途公共汽车及大型旅游车表面空气吹拂系统的结构示意图。
图中：1-空气增压器(外置式)；2-驱动电动机；3-电源控制器；4-被吸入的车头空气；5-车头喷出的高压空气；6-车辆行驶方向；7-车顶空气气流；8-车体两侧空气气流；9-车底空气气流。
图7B是长途公共汽车及大型旅游车表面空气吹拂系统的进排气结构示意图。
图中：1-进气口(外置式)；2-车头风挡排气气刀；3-车头下部垂直排气气刀；4-车头风挡表面高压空气气流；5-车头下部右侧表面高压空气气流；6-车头下部左侧表面高压空气气流。
具体实施方式
地面车辆表面空气吹拂系统应该根据车辆类型(如轿车，运动越野车，多功能车，面包车，公共汽车，旅游车，卡车，集装箱托运车等等)，结构外形，及大小尺寸，设计成不同的标准化产品，便于维修或更换。
不同类型的地面车辆应该配备与之相匹配的地面车辆表面空气吹拂系统。对于不同类型的地面车辆，应该优化设计其车头和车体的外形结构，并做具体的空气动力学实验和分析，以便更有效地利用地面车辆表面空气吹拂系统。
根据车辆的具体情况，空气增压器的安装位置可以是内嵌式，或外置式。内嵌式的空气增压器与车头结构混为一体，比较安全，可靠和美观。外置式的空气增压器对车头的原始内部结构改动较小，比较适合旧车改造。
在一些车辆上安装地面车辆表面空气吹拂系统，可能对原有车头部件的功能结构造成不良影响。应该通过车型试验和结构调整，找到合理的折中方案。
此外，考虑到拖挂卡车的转向情况，拖车高压空气导管应采用柔性管。拖车上应该安装电控阀门，用于在不同的拖车侧面排气气刀之间，切换高压空气气流。

Claims (6)

1.一种地面车辆表面空气吹拂系统，包括进气口，空气增压器，驱动电动机，高压空气导管，排气气刀，电源控制器，其特征在于排气气刀喷出的高压空气气流在车头正面和车头两侧形成一层屏蔽气帘，改变车头表面的边界层空气流动的速度和方向，进而影响车头表面的压力分布，减小车头受到的空气阻力。
2.根据权利要求1所述的一种地面车辆表面空气吹拂系统，其特征在于通过提高驱动电动机的转速，增加吸入空气增压器的空气流量，在进气口处形成一个相对的负压区，从而降低作用在进气口上的阻力，甚至产生一个向前拉的吸引力。
3.根据权利要求1所述的一种地面车辆表面空气吹拂系统，其特征在于高压空气导管把空气增压器产生的高压空气同时输送到多个位置的排气气刀，以便对车辆的不同部位吹拂。
4.根据权利要求1所述的一种地面车辆表面空气吹拂系统，其特征在于大型平头车辆采用外置式空气增压器，排气气刀成丁字形分布，便于对现有车辆进行技术改造。
5.根据权利要求1所述的一种地面车辆表面空气吹拂系统，其特征在于通过从拖车车体两侧前部边缘排气气刀，喷出水平向后方向的高压空气气流，减小作用在拖车车体两侧表面上的空气阻力。
6.根据权利要求1所述的一种地面车辆表面空气吹拂系统，其特征在于通过从拖车车体迎风侧面的底部边缘排气气刀，喷出斜向的高压空气气流，减小大侧风作用在拖车车体迎风侧面上的横向推力，提高拖车行驶的稳定性和安全性。
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