CN114278437A - 一种车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆，所述车辆底盘上设置微型燃气轮机，所述燃气轮机进气端朝向车头设置、出气端朝向车尾设置，所述燃气轮机的排气从车尾喷出。本发明通过车辆尾部喷出的高压、高速、高温气流对车身周围空气进行引流，结构简单，效果优越。

Description

一种车辆

技术领域

本发明属于车辆领域，具体涉及一种通过主动引流实现车辆风阻系数降低的气动布局。

背景技术

车辆行驶时，所要克服的阻力有机件损耗阻力、轮胎产生的滚动阻力及空气阻力。

风阻，顾名思义就是车辆行驶时来自空气方面的阻力。一般来说，车辆高速行驶时，外型阻力是最主要的空气阻力来源。外型所造成的阻力来自车后方的真空区以及尾部湍流(如图1所示，车辆往前行驶，图中车头位于左侧、车尾位于右侧；如图2所示，为图1的俯视图，图中车头位于上方、车尾位于下方)，真空区越大，阻力就越大；湍流团越大，车辆的外形阻力越大。

目前尚需要一种结构简单并且能够有效减弱车后真空区和湍流的气动布局。

发明内容

本发明的目的在于针对车辆行驶时车后真空区以及湍流造成的空气阻力问题，提供一种低风阻车辆。

为实现上述目的，本发明采取下述方案：

一种车辆，所述车辆上设置燃气轮机，所述燃气轮机进气端朝向车头设置、出气端朝向车尾设置，所述燃气轮机的排气从车尾的排气管道喷出。所述燃气轮机出气端设置涡扇装置，涡扇装置包括相连接的涡轮风扇和电机。

更进一步地，燃气轮机为微型燃气轮机。

更进一步地，涡轮风扇的直径大于透平的直径，涡轮风扇是涵道风扇；

和/或，电机与车辆内储能装置和/或耗电设备电连接。

涡轮风扇的直径大于透平的直径，可引射外部低温气体，既可以降低燃气轮机排出气体的温度，又可以增大尾部气体的补充量，进一步减小真空区。更进一步地，所述燃气轮机包括转轴、压气机、燃烧室和透平，所述转轴上的进气端和排气端分别套设压气机和透平，所述压气机和透平与所述转轴固定连接；所述燃烧室环绕设置在压气机及透平外围；所述压气机的出气口连通燃烧室进口，燃烧室出口连通透平进气口，透平出气口与涡轮风扇的进气口连通。

更进一步地，所述涡轮风扇尾端设置电机，所述涡轮风扇和电机通过轴连接；所述涡轮风扇及电机位于燃气轮机出气端和车辆出气口之间的风道内。

更进一步地，电机与车辆内储能装置和/或耗电设备电连接，储能设备可为电池，耗电设备可以为空调、车灯、车机系统等。车辆可以包括多个储能装置和耗电设备，电机可以与其中部分电连接。

电机与储能装置连接可将回收的能量进行储藏，例如可以作为混合动力车辆的续航补充；电机与耗电设备连接可直接将回收的能量进行利用，减少能量储藏时不可避免的损失，提高能量利用效率。

更进一步地，电机为启发一体式电机，车辆还包括电机控制器，电机控制器的工作模式包括：

电机控制器控制电机为发电机，燃气轮机的排气带动涡轮风扇转动进而带动电机发电；

电机控制器控制电机为电动机，电机带动涡轮风扇以第一转动方向转动；

电机控制器控制电机为电动机，电机带动涡轮风扇以与第一转动方向相反的第二转动方向转动。

所述车辆底盘设置有底出气口，所述燃气轮机的排气端通过支路连通底出气口，所述支路与排气管道相连且所述支路与所述排气管道可选择地开闭。所述支路为下支路。

更进一步地，所述支路位于燃气轮机与涡轮风扇之间，对应于涡轮风扇的排气管道至少在与所述支路的连接处为双管设置，所述涡轮风扇位于所述双管的其中一个内，对应于燃气轮机的排气管道与所述双管之间具有换向阀，所述支路具有阀门。

通过底出气口及支路、涡扇装置的设置，实现了车辆底部气体抽取并从车尾排出，以减小车辆底部气体压力，增大车辆顶部下压力的技术效果，并进一步增大尾部气体的补充量，减小真空区；排气管道的双管道设置可更高效地利用涡扇装置，一般行驶时通过阀门的调整可实现尾气排出方向的改变，又可实现支路不增加涡扇装置的情况下将排气管道中的涡扇装置用于车辆底部气体的抽取。

更进一步地，电机为启发一体式电机；所述车辆顶部设置顶出气口，所述燃气轮机的排气端通过支路连通顶出气口，所述支路与排气管道相连且所述支路与所述排气管道可选择地开闭。所述支路为上支路。

更进一步地，顶出气口朝向车头方向倾斜。

更进一步地，所述涡扇装置位于燃气轮机与支路之间，所述支路与排气管道之间设置换向阀；

或，所述支路位于燃气轮机与涡扇装置之间，所述支路至少在与排气管道的连接处为双管设置，所述双管的各管分别与排气管道之间设置换向阀。

更进一步地，车辆还包括制动控制器，制动控制器根据车辆的制动踏板的制动深度判断是否开启支路以及是否开启电机带动涡轮风扇转动以增强排气。

通过顶出气口及支路、涡扇装置的设置，实现了将燃气轮机排气应用到下压车身提高摩擦力、提高制动能力的效果。

本发明与现有技术相比的优点在于：

通过尾部喷出的高压、高速、高温气流对车身周围空气进行引流，结构简单，效果优越。通过燃气轮机出气端设置涡扇装置，可以将多余的能量进行回收，提高能量利用率，涡扇装置优选为带电机的涡轮风扇，可将高压高速高温气体的能量通过涡轮风扇的转动带动为电机转动，产生电能并加以利用。

附图说明

图1是现有车辆所受风阻流向示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是水滴形车型所受风阻流向示意图；

图4是奔驰IAA概念车所受风阻流向示意图；

图5是本发明燃气轮机及涡轮风扇发电结构示意图；

图6是本发明的结构示意图及所受风阻流向示意图；

图7是本发明车底排气结构示意图；

图8是本发明车顶排气结构示意图；

图9是本发明排气管道为双管设置，一般行驶时的结构示意图；

图10是本发明排气管道为双管设置，抽气行驶时的结构示意图；

图11是本发明上支路的结构示意图；

图12是本发明上支路的结构示意图；

图13是本发明上支路为双管设置的结构示意图；

图14是本发明上支路为双管设置的结构示意图。

附图标记：13-出气口，14-管道，15-车头，16-车尾，17-排气管道，171-换向阀，171a-换向阀，171b-换向阀，172-第二排气管道，173-第一排气管道，174-阀门，18-底出气口，19-支路，2-微型燃气轮机，20-顶出气口；21-转轴，22-压气机，23-燃烧室，24-透平，25-电机一，30-涡扇装置，31-涡轮风扇，32-电机，33-轴，4-鸭翼式动力学组件。

具体实施方式

理论上讲，车辆最理想的外形为水滴形，如图3所示(图中车头位于上方、车尾位于下方)。两侧的空气沿着水滴的尾端逐渐融合到一起，最终形成方向一致、流速相同的气流。

现实情况下，将车辆外型制造成水滴形是不现实的。现有车辆中外型最接近水滴形的车辆是奔驰IAA概念车，如图4所示，(图中车头位于左侧、车尾位于右侧，尾部阴影区域为鸭翼式动力学组件)。

该车速度较高行驶时，能够在尾部探出一组鸭翼式动力学组件，将周围的空气进行引流，减少车辆后方的湍流。这种方式的缺点也很明显：第一，尾部探出较尖的鸭翼式组件，不符合车辆安全法规的要求；第二，车辆尾部可伸缩的鸭翼式结构复杂，成本较高，并且缩回时占据了大量车内空间。

微型燃气轮机排气压力大(0.2MPa)，并且温度较普通活塞式发动机大大增加(270摄氏度)，这为主动射流设计提供了可能性。

本申请主要通过燃气轮机向车尾排出高温、高压、高速气体，以减小车尾真空区和湍流的气动布局，同时，涡扇装置的设置，可回收燃气轮机排出气体的能量，提高能量利用率。

实施例

一种车辆，所述车辆底盘上设置微型燃气轮机2，所述微型燃气轮机2进气端朝向车头15设置、出气端朝向车尾16设置，所述微型燃气轮机2的排气从车尾的排气管道17喷出。如图6所示，由车头15至微型燃气轮机2设置有管道14供气体从车头15进入微型燃气轮机2，微型燃气轮机2排出的气体经管道14从车尾的排气管道17的出气口13排出。参见图5，所述微型燃气轮机2出气端设置涡扇装置30，其包括涡轮风扇31，所述涡轮风扇31尾端设置电机32，所述涡轮风扇31和电机32通过轴33连接，优选地，电机32外壳固定在底盘上；所述涡轮风扇31及电机32位于燃气轮机2出气端和车辆出气口13之间的风道内。

所述燃气轮机的高温、高压尾气主动排放到车外，在车后形成高温、高压、高速气柱，主动填补车辆行驶时车后真空区，减少车身前后压力差。另外，车后的高温高压气柱可以对车身周围的空气进行引流，使车身两侧的气流在车后平稳过渡，减少湍流的产生，主动降低车辆的风阻系数。

在一些可选的实施例中，参见图5，所述微型燃气轮机2包括转轴21、压气机22、燃烧室23和透平24，所述转轴21上的进气端和排气端分别套设压气机22和透平24，所述压气机22和透平24与所述转轴21固定连接；所述燃烧室23环绕设置在压气机22及透平24外围；所述压气机22的出气口连通燃烧室23进口，燃烧室23出口连通透平24进气口；气体经压气机22压缩后进入燃烧室23燃烧，之后推动透平24转动做功，透平24排出的气体与涡轮风扇31的进气口连通。

在一些可选的实施例中，电机32可以是发电机，微型燃气轮机2出气端射出的气体能够带动涡轮风扇31旋转，进而带动电机32发电，电机32发出的电可以输送至车辆中的储能装置，如电池，也可以直接输送至车辆中的耗电设备，如空调、车灯等。

在一些可选的实施例中，电机32可以是启发一体式电机，当电机32作为电动机时，电机32可以与车内储能装置连接。电机32带动涡轮风扇31旋转并经由出气口13朝向车尾喷射气体，以推动车辆向前行进。作为电动机的电机32可以在车辆行驶过程中为车辆补充动力，也可以在车辆起步阶段提高车辆起步速度。车辆还包括电机控制器，电机控制器的工作模式包括：

电机控制器控制电机为发电机，燃气轮机的排气带动涡轮风扇转动进而带动电机发电；

电机控制器控制电机为电动机，电机带动涡轮风扇以第一转动方向转动；

电机控制器控制电机为电动机，电机带动涡轮风扇以与第一转动方向相反的第二转动方向转动。

由于微型燃气轮机2出气端射出的气体具有一定的速度和热量，通过涡轮风扇31和电机32可以对该部分能量进行回收和利用，以提高车辆能源利用率。

在一些可选的实施例中，所述转轴21上位于压气机22前端还设置电机一25，所述电机一25为启发一体式电机，所述启发一体式电机先作为电动机带动所述压气机旋转，待加速到所述燃气轮机独立运行后作为发电机发电。

在一些可选的实施例中，涡轮风扇31的直径大于透平24的直径，涡轮风扇31可以是涵道风扇，在透平24吹动涡轮风扇31旋转时，能够引射外部低温(相对于透平24射出气体)空气经由涡轮风扇31从出气口13排出，以增加出气口13排出气体的流量，从而更好地填充车尾真空区和打散湍流团，以降低风阻。同时，能够对透平24射出气体降温，回收能量的同时减弱热气流对车外环境、其他车辆、人等的影响。

在一些可选的实施例中，参见图7，所述车辆底盘上设置底出气口18，所述燃气轮机2的排气端通过支路19连通底出气口18，所述支路19为下支路，其与排气管道17相连并在连接处设置换向阀171。当车辆正常行驶时，排气管道17开启；车辆停止时，当人员去往车辆尾部时，打开换向阀171，关闭排气管道17，开启支路19，使排气从底出气口18排出，以免灼伤或者直喷于车尾人员。

在一些可选的实施例中，底出气口18与支路19之间设置涡轮风扇31和电机32，支路19位于透平24和涡轮风扇31之间。在车辆行驶过程中，换向阀171打开，电机32可以是发电机用于储能或者可以是电动机以增加涡轮风扇31的抽气功率，在车身高稳定需求情况下，涡轮风扇31经由支路19抽取车辆底部的空气，使得车辆底部压力进一步降低，车辆顶部与底部之间的压差增大，进而为车辆提供更高的下压力，使得车辆车轮与行驶路面之间的摩擦力增加，从而使车辆行驶更稳定，缩短刹车距离，尤其应用于运动型车或跑车赛车时，可以使车辆的过弯稳定性得到大幅提高。同时，由于车底空气被抽走，车底气流对车辆的空气阻力减小，从而降低了车辆风阻。

在一些可选的实施例中，支路19位于燃气轮机2与涡扇装置30之间，参见图9、图10，排气管道17至少在与所述支路19的连接处为双管设置，所述涡扇装置30位于所述双管的其中一个内，对应于燃气轮机的排气管道17与所述双管之间具有换向阀171，所述支路具有阀门174。其中，涡扇装置30位于第一排气管173，一般行驶时，阀门174打开，燃气轮机排气口与第一排气管道173连通(如图9所示)，抽气行驶时，阀门174关闭，燃气轮机排气口与第二排气管道172连通(如图10所示)，第一排气管道173与支路19连通，通过能量回收装置30中的电机32带动涡轮风扇31转动，实现车辆底部气体的抽取并向车尾排出。

在一些可选的实施例中，参见图8，所述车辆顶部设置顶出气口20，所述燃气轮机2的排气端通过支路19连通顶出气口20，支路19为上支路，所述支路19与排气管道17相连并在连接处设置换向阀171。所述能量回收装置30位于燃料轮机2与支路19之间，如图11所示，当车辆正常行驶时，排气管道17开启；如图12所示，车辆停止时，当人员去往车辆尾部时，打开换向阀171，关闭排气管道17，开启支路19，使排气从顶出气口20排出，以免灼伤或者直喷于车尾人员。

而且，由于车辆在制动过程中，车头会下压，车尾略微翘起，这样会影响车辆后轮的制动效果。换向阀171打开，排气从顶出气口20排出，在车辆制动时能够为车辆尾部提供下压力，以减小车尾翘起程度，使得车辆车轮与行驶路面之间的摩擦力增加，提高车辆后轮抓地力，以增强制动效果。

在一些可选的实施例中，如图13、14所示，支路19位于微型燃气轮机2与涡扇装置30之间，涡扇装置包括涡轮风扇31，所述涡轮风扇31尾端设置电机32，所述涡轮风扇31和电机32通过轴33连接。所述支路19至少在与排气管道17的连接处为双管设置，所述双管的各管分别与排气管道之间设置换向阀，换向阀分别为171a和171b。当换向阀171a和171b均关闭时，排气经涡扇装置30后从车尾排出；在车辆制动过程中，换向阀171a和171b均打开，微型燃气轮机2的排气经支路19从车顶排出，而且电机32可以是电动机以使涡轮风扇31从车尾抽气并经支路19从车顶排出，以提高顶出气口20的排气量，以增强制动效果。

在一些可选的实施例中，支路19的顶出气口20朝向车头方向倾斜。这样，排气在向上喷出提供下压力的同时也向前喷出以提供制动力，增强车辆制动时的制动效果。

在一些可选的实施例中，车辆还包括制动控制器，制动控制器基于制动踏板的制动深度判断是否打开换向阀171。例如，当制动深度达一阈值(如50％)，则开启换向阀171，提高制动效果。再根据进一步制动深度判断是否开启电机带动风扇增强排气，进一步增强制动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有燃气轮机，所述燃气轮机的排气从车尾的排气管道喷出，所述燃气轮机出气端设置涡扇装置，所述涡扇装置包括相连接的涡轮风扇和电机。

2.根据权利要求1所述的一种车辆，其特征在于，涡轮风扇的直径大于透平的直径，涡轮风扇是涵道风扇；

和/或，电机与车辆内储能装置和/或耗电设备电连接。

3.根据权利要求1所述的一种车辆，其特征在于，所述燃气轮机包括转轴、压气机、燃烧室和透平，所述转轴上的进气端和排气端分别套设压气机和透平，所述压气机和透平与所述转轴固定连接；所述燃烧室环绕设置在压气机及透平外围；所述压气机的出气口连通燃烧室进口，燃烧室出口连通透平进气口，透平出气口与涡轮风扇的进气口连通。

4.根据权利要求1所述的一种车辆，其特征在于，电机为启发一体式电机，车辆还包括电机控制器，电机控制器的工作模式包括：

电机控制器控制电机为发电机，燃气轮机的排气带动涡轮风扇转动进而带动电机发电；

电机控制器控制电机为电动机，电机带动涡轮风扇以第一转动方向转动；

电机控制器控制电机为电动机，电机带动涡轮风扇以与第一转动方向相反的第二转动方向转动。

5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述车辆底盘设置有底出气口，所述燃气轮机的排气端通过支路连通底出气口，所述支路与排气管道相连且所述支路与所述排气管道可选择地开闭。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述支路位于燃气轮机与涡扇装置之间，对应于涡扇装置的排气管道至少在与所述支路的连接处为双管设置，所述涡扇装置位于所述双管的其中一个内，对应于燃气轮机的排气管道与所述双管之间具有换向阀，所述支路具有阀门。

7.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述车辆顶部设置顶出气口，所述燃气轮机的排气端通过支路连通顶出气口，所述支路与排气管道相连且所述支路与所述排气管道可选择地开闭。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，顶出气口朝向车头方向倾斜。

9.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述涡扇装置位于燃气轮机与支路之间，所述支路与排气管道之间设置换向阀；

或，所述支路位于燃气轮机与涡扇装置之间，所述支路至少在与排气管道的连接处为双管设置，所述双管的各管分别与排气管道之间设置换向阀。

10.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，车辆还包括制动控制器，制动控制器根据车辆的制动踏板的制动深度判断是否开启支路以及是否开启电机带动涡轮风扇转动以增强排气。

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