为什么要研究轮胎外轮廓对气动阻力的影响？

在全球环境日益恶化与汽车保有量持续剧增的矛盾下，节能、环保和安全成为未来汽车发展的三大主题。据报道，传统动力汽车气动阻力因数降低10%，燃油经济性提升3%，电动汽车气动阻力因数降低2%，续航里程延长10 km。当车速为60 km·h-1时，动力汽车气动阻力约占汽车阻力的50%，轮胎气动阻力占汽车气动阻力的30%，而电动汽车气动阻力在汽车阻力中的占比是动力汽车的4. 4倍，这意味着轮胎气动阻力在电动汽车阻力中占比较大。

目前，绝大多数乘用车阻力降低研究都是针对车身、后视镜等，当车身设计达到瓶颈时，轮胎气动阻力的减小问题就变得十分重要。轮胎花纹和外轮廓对气流的分离作用将会直接影响轮胎及其周围的流动旋涡的尺寸和大小，从而对整车气动特性产生影响。研究得出，205/55R16轮胎在宽度方向存在10 mm的差异将会导致汽车气动阻力发生2%的变化，并且轮胎气动特性与其安装的汽车具有相互独立的关系，这说明独立轮胎流场分析具有重要意义。B. Schnepf等通过风洞试验分析了独立轮胎尾涡流场结构，指出花纹结构的不同会影响胎侧气流分离和尾涡结构。杨志刚等研究了轮胎宽度对周围流场结构特性的影响，得出轮胎宽度每减小5%，独立轮胎气动阻力减小9. 2%，整车模型气动阻力减小2%。E. Mercker等分别测试了不同宽度和花纹的轮胎气动特性，结果发现光面轮胎气动阻力最低。但是，G. Wickern等采用封闭轮辋的光面轮胎和花纹轮胎进行对比试验，结果却表明花纹轮胎具有更低的气动阻力。T. Hobeika等对不同花纹的轮胎与光面轮胎进行气动特性试验对比，结果发现纵沟会减小轮胎气动阻力，而侧沟则会增大轮胎气动阻力。

已有研究表明，通过降低轮胎气动阻力可有效改善汽车气动特性并减小其阻力，但轮胎外轮廓对轮胎气动特性影响的研究鲜有报道。为分析轮胎外轮廓对气动阻力的影响，本工作选取185/65R14乘用车轮胎（3种外轮廓）作为研究对象，通过数值分析研究轮胎外轮廓对气动阻力的影响，并结合流场特性分析3种外轮廓轮胎下气动阻力因数差异的原因。

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数值仿真计算

1.1

　轮胎模型

对185/65R14乘用车轮胎进行简化，半胎外轮廓结构参数如图1所示，其中H为上胎侧高，R1为胎面弧度半径，R2为胎肩弧度半径，R为胎肩与胎侧过渡圆弧半径，L1为胎肩纵沟距胎面中心距离，L2为轮胎行驶面宽....