应用射流改善流场的货运客车空气动力减阻装置的制作方法

本发明涉及汽车空气动力减阻技术领域，具体为一种适用于重型货运客车、利用射流改善气流流场的空气动力减阻装置。

背景技术：

在能源危机的大背景下，地面占有率仅为1％的重型货运客车就消耗掉了燃油总量的17％。据资料显示，当货运客车行驶速度超过80km/h时，气动阻力占总阻力的50％，并且随着货运客车行驶速度变大，气动阻力占比不断变大。而在气动阻力中，压差阻力又占据了绝对主导地位。

目前家用轿车通过不断优化气动外形，使得车身不断接近流线型，逐步降低油耗。但是，由于重型货运客车的限制，车厢一直是规矩的长方体，其目的是为了方便货物的装运，同时也造成了巨大的气动阻力。

车厢尾部是货运客车形状变化最剧烈的部分，气流流过车尾突然失去壁面附着，就会在车尾处形成巨大的尾迹分离区，且所形成的分离区面积巨大，巨大的分离区产生严重的速度亏损，使得卡车车尾形成巨大的低压区，而车头正对气流，使气流减速、滞止，形成高压区。车头和车尾高低压区共同作用产生巨大的压差阻力，这就是气动阻力产生的关键。

导流板具有引导气流转向的作用，导流板的加入可以减小尾部分离区面积，从而减小压差阻力。在导流板长度一定时，转向角度越大，尾部分离区面积减小效果越明显，但由于逆压梯度的存在，导流板转角过大时，气流仍然会产生分离。

基于上述现有技术中存在的技术问题，本领域技术人员需要针对重型货运客车气动阻力大的问题研发一种能够减小气动阻力、以降低货运客车油耗的减阻装置。

技术实现要素：

本发明提供了一种适用于重型货运客车、并利用射流改善气流流场的空气动力减阻装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的应用射流改善流场的货运客车空气动力减阻装置，该减阻装置集成于货运客车车厢尾部，其特征在于，该减阻装置包括：

导流板组件，所述导流板组件包括两段导流板，分别为第一导流板和第二导流板；

传动组件，所述传动组件与所述导流板组件传动连接以驱动所述导流板组件远离车厢翻转展开、或朝向车厢翻转闭合；

射流组件，所述射流组件包括气泵，所述气泵的出气端连通有引气管，所述引气管的射流口延伸至所述第一导流板和第二导流板的连接处；

所述第一导流板具有与水平面倾斜向下延伸的倾斜段；

所述第二导流板呈相对于水平面倾斜向下延伸的结构；

所述第二导流板与水平面的倾斜角大于所述倾斜段与水平面的倾斜角。

进一步的，所述第一导流板靠近车厢一端形成有安装体，所述安装体一体成型有第一部和第二部；

所述第一部通过铰链与车厢铰接，所述安装体通过所述第一部与车厢形成转动连接；

所述传动组件驱动导流板组件远离车厢翻转展开时，所述第二部与车厢边缘贴靠。

进一步的，所述导流板组件为一体成型结构；

所述第一导流板分为水平延伸的水平段、以及沿水平方向倾斜向下延伸的所述倾斜段；

所述倾斜段与水平面所成倾斜角为θ1，θ1为12°～15°；

所述第一导流板靠近所述第二导流板一端向下弯曲形成有结构体，所述结构体与第一导流板围绕形成为射流气体腔，且所述射流气体腔预留有朝向第二导流板的气流口；

所述引气管的射流口将射流气体由所述气流口引出；

所述第二导流板通过所述结构体与所述第一导流板一体成型；

所述第二导流板与水平面所成倾斜角为θ2，θ2为35°～40°。

进一步的，所述第一导流板的倾斜段靠近所述第二导流板一端的端部竖直向下延伸有第一竖直体，所述结构体朝向所述第二导流板一端的端部竖直向上延伸有第二竖直体；

所述第一竖直体与所述第二竖直体相互靠近并预留有间隙，该间隙为所述气流口；

所述第二导流板与所述第二竖直体固连。

进一步的，所述传动组件包括电机，所述电机的输出端铰接有连杆；

所述第一导流板与所述安装体的连接处具有轴座；

所述连杆远离伺服电机一端与所述导流板组件铰接于所述轴座。

进一步的，货运客车车厢尾部集成有三套该减阻装置，且三套所述减阻装置分别集成于所述货运客车车厢尾部的上部和两侧。

在上述技术方案中，本发明提供的一种应用射流改善流场的货运客车空气动力减阻装置，具有以下有益效果：

1、本发明的减阻装置整体呈附件装置，成本低，可以在现有技术中的货运客车的技术上进行改装，无需对车辆进行换装，不会影响货物装载，并且通过射流改善分离区流场，大幅度减小气动阻力，实现节约能耗；

2、本发明的减阻装置通过传动组件实现导流板组件都的收放，在不适用时可以节约空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的应用射流改善流场的货运客车空气动力减阻装置的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的应用射流改善流场的货运客车空气动力减阻装置的第一导流板和第二导流板的连接处结构放大图。

附图标记说明：

1、车厢尾部；2、第一导流板；3、第二导流板；6、结构体；

201、水平段；202、倾斜段；

401、第一部；402、第二部；403、铰链；

501、连杆；502、轴座；503、滑轨；

601、气流口；602、第一竖直体；603、第二竖直体。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1至图2所示；

本实施例的应用射流改善流场的货运客车空气动力减阻装置，该减阻装置集成于货运客车车厢尾部1，其特征在于，该减阻装置包括：

导流板组件，导流板组件包括两段导流板，分别为第一导流板2和第二导流板3；

传动组件，传动组件与导流板组件传动连接以驱动导流板组件远离车厢翻转展开、或朝向车厢翻转闭合；

射流组件，射流组件包括气泵，气泵的出气端连通有引气管，引气管的射流口延伸至第一导流板2和第二导流板3的连接处；

第一导流板2具有与水平面倾斜向下延伸的倾斜段202；

第二导流板3呈相对于水平面倾斜向下延伸的结构；

第二导流板3与水平面的倾斜角大于倾斜段202与水平面的倾斜角。

具体的，本实施例公开了一种能够集成于重型货物客车车厢尾部的空气动力减阻装置，其主要以射流来破坏车厢尾部1分离区的低压环境，确保车厢尾部1和车头不会存在较大的压差，从而实现降低空气阻力的设计目的；该减阻装置主要包括导流板组件、传动组件和射流组件；其中，导流板组件区别于现有技术中使用的导流板，本实施例的导流板组件形成为两段导流板，分别为上述的第一导流板2和第二导流板3；为了形成气流的导流，第一导流板2和第二导流板3均需相对于水平面倾斜设置，同时，第一导流板2和第二导流板3相对于水平面的倾斜角度不同；再者，本实施例的减阻装置在第一导流板2和第二导流板3之间集成了射流组件，射流组件通过气泵产生射流气体，并且通过引气管将射流气体引导至第一导流板2和第二导流板3之间，由于该处容易形成低压分离区，通过射流气体驱使气流朝向第二导流板3流动，并破坏低压分离区，最终减小了车厢尾部1和车头的压差，实现降低空气阻力的目的。另外，考虑到收放问题，将导流板组件设计成能够收纳的结构，其通过传动组件完成展开和闭合，节约空间。

另外，需要说明是：本实施例的射流组件和传动组件的控制均来源于货运客车内部，利用货运客车的控制器作为射流组件和传动组件的主控制器，司机在驾驶室内就可以实现对射流组件和传动组件的控制。

优选的，本实施例中第一导流板2靠近车厢一端形成有安装体，安装体一体成型有第一部401和第二部402；本实施例的第一部401和第二部402通过中间结构件形成为“z”形的一体式结构，该第一部401和第二部402的设计目的在于能够为实现导流板组件的转动连接提供安装结构；

具体为：

第一部401通过铰链403与车厢铰接，安装体通过第一部401与车厢形成转动连接；本实施例所选用的铰接方式为铰链，铰链驱动转轴转动时能够驱使安装体转动，进而驱动与其一体成型的导流板组件转动，以这种连接方式形成实现导流板组件的展开或闭合，在车速低于70km/h、或者其他不需要使用空气导流时将导流板整体收纳起来，节约了空间。

其中，上述的传动组件驱动导流板组件远离车厢翻转展开时，第二部402与车厢边缘贴靠。

优选的，本实施例中导流板组件为一体成型结构；

第一导流板2分为水平延伸的水平段201、以及沿水平方向倾斜向下延伸的倾斜段202；

倾斜段202与水平面所成倾斜角为θ1，θ1为12°～15°；

第一导流板2靠近第二导流板3一端向下弯曲形成有结构体6，结构体6与第一导流板2围绕形成为射流气体腔，且射流气体腔预留有朝向第二导流板3的气流口601；

引气管的射流口将射流气体由气流口601引出；

第二导流板3通过结构体6与第一导流板2一体成型；

第二导流板3与水平面所成倾斜角为θ2，θ2为35°～40°。

另外，基于上述实施例公开的内容，第一导流板2的倾斜段202靠近第二导流板3一端的端部竖直向下延伸有第一竖直体602，结构体6朝向第二导流板3一端的端部竖直向上延伸有第二竖直体603；

第一竖直体602与第二竖直体603相互靠近并预留有间隙，该间隙为气流口601；

第二导流板3与第二竖直体603固连。

该处主要介绍了导流板组件的具体结构，导流板组件在预制时一体成型，结构稳定性较好；第一导流板2靠近第二导流板3一端形成为与水平面成一定角度的倾斜段202，倾斜段202与第二导流板3均能够将该处的气体朝向后下方导流；而第一导流板2远离第二导流板3一端的水平段201与车厢边缘基本齐平，这样能够更好的对车厢尾部1气流进行引流，并逐渐将气流引导至导流板组件，最终沿导流板组件的表面流向车辆后下方。

考虑到需要利用射流的方式对低压分离区形成破坏，在第一导流板2和第二导流板3之间形成为结构体6，该结构体6弯曲地形成为三面包围结构，结构体6的上部通过第一导流板2封闭，同时，上述的第一竖直体602和第二竖直体603相互靠近并预留有间隙，该间隙即为射流的气流口601，装配时，射流组件包括气泵和引气管，气泵可以考虑安装于车辆或者减阻装置的任意位置，但需要保证的是与气泵连通的引气管的射流口位于结构体6所围成空间内，且需要包括射流口的出气朝向气流口601，并最终驱使射流气体由气流口601喷出并沿第二导流板3表面驱使该处的空气向后下方流动，以此来破坏该处的低压分离区，降低了车厢尾部1和车头的压差。

优选的，本实施例中传动组件包括电机，电机的输出端铰接有连杆501；第一导流板2与安装体的连接处具有轴座502；连杆501远离伺服电机一端与导流板组件铰接于轴座502。

作为优选的传动组件的结构为：电机选用伺服电机，伺服电机固定于车厢外壁，伺服电机输出端与丝杠相连，丝杠上有一滑块可在滑轨中移动，滑块连接在连杆501上带动导流板组件转动。该处仅说明了传动组件的一种结构，而对于常规的机械结构只要能够满足驱使导流板组件展开和闭合均属于本实施例的减阻装置可以应用的范围，因此，本实施例中的传动组件可以有多种能够实现上述功能的结构，而并不局限于上述结构。

首先，传动组件是为了实现导流板组件展开和闭合而设计的，转轴是铰接中常见的结构，利用转轴实现连杆501和导流板组件的转动连接，在电机的驱动下，连杆501摆动就会驱使导流板组件整体向下或向上摆动，以此形成展开或闭合。当然，本实施例中的减阻装置作为货运客车的一个附属配件，其也可以考虑利用拆装的方式集成在货运客车的车厢尾部1，即需要进行减阻时，停车并将该减阻装置安装在车厢尾部1指定位置，而不需要进行减阻时，将该减阻装置整体拆除掉并存放在指定位置即可。而拆装的结构相比转动连接的结构就更加容易，只需要在车厢尾部1合适位置设计好安装座，并利用螺栓等紧固件完成装配即可。

优选的，本实施例中货运客车车厢尾部1集成有三套该减阻装置，且三套减阻装置分别集成于货运客车车厢尾部1的上部和两侧。

本实施例的电机选用伺服电机，其具有反馈功能，属于自动化控制上较为常用的电机，操控性较好。当车辆速度达到70km/h时，打开气泵，气流口601开始沿第二导流板3向车辆后方射流，此时，车辆主控器读取货运客车行驶速度，从而判断来流风速，进而调整气泵输出压力，通过控制主流和射流速度比，使整套装置处于最佳状态。

该减阻装置射流的作用主要分为两部分：

第一、可以改善客车整体的气动状态，弥补其气动外形的不足，减小卡车的气动阻力。

第二、客车车厢尾部1射流同时可起到增加推力的作用，一定程度上减小了车辆的驱动力。

但射流同时也会消耗一定的功率，因此需要实时监控来流速度，并调控射流压力，以使射流和来流速度比达到最佳。

在货运客车行驶低速高速行驶时，货运客车整车雷诺数均很大，处于雷诺自模区，低速高速下流动相似。此时射流对货运客车阻力的改善可以认为仅取决于货运客车来流速度v1与射流速度v2之比v1/v2、和来流流量m1(正对卡车的气流流量m1＝0.5ρv^2*a，a为卡车正对来流面积。)与射流流量m2之比m1/m2。

尾部导流板设计宽度为8mm气流口向后喷射射流，即应用过程中速度比为唯一影响射流改善流场效率的因素。在实验室阶段，利用相似原理，在来流面积与射流面积比为125时，综合考虑到射流的收益与消耗，最佳的速度比为0.3～0.4，在相同状态下可减小功率消耗约25％。

在上述技术方案中，本发明提供的一种应用射流改善流场的货运客车空气动力减阻装置，具有以下有益效果：

本发明的减阻装置整体呈附件装置，成本低，可以在现有技术中的货运客车的技术上进行改装，无需对车辆进行换装，不会影响货物装载，并且通过射流改善分离区流场，大幅度减小气动阻力，实现节约能耗；

本发明的减阻装置通过传动组件实现导流板组件都的收放，在不适用时可以节约空间。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。