进入21世纪,我国高速公路通车里程跃居世界第二位,汽车实用车速大幅度提高,对于高速行驶的汽车,气动力对其各性能的影响占主导地位,所以良好的空气动力性能是必不可少的。汽车空气动力特性是汽车的重要特征之一,对汽车的各主要性能指标都影响显著。由于汽车气动阻力正比于车速的平方,且气动阻力引起的功率消耗又正比于车速的立方。因此,改善汽车气动特性不仅可以降低其气动阻力,更可以提高燃油效率,改善汽车的燃油经济性。传统的减阻方法显然已经遇到了瓶颈,探索新型气动减阻方法的需求日益突出。已有的研究表明,自然界许多生物表面的非光滑结构往往能起到十分可观的减阻效果,受到这一启发,将非光滑表面减阻的思路引用到汽车气动减阻上,以进一步降低汽车车身的气动阻力。本文将凹坑型、凸包型和沟槽型三种不同形式非光滑表面分别布置在MIRA阶梯背模型尾部,利用数值仿真分析方法和MIRA模型风洞试验方法对比分析各个形态非光滑表面的气动减阻效果。最后利用优化方法对凹坑型、凸包型和沟槽型三种不同形式非光滑表面同时进行优化设计,对比分析优化结果。为非光滑气动减阻提供参考和设计依据。首先,运用CFD数值分析方法,采用V2F模型对光滑MIRA模型以及分别在尾部布置凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面的MIRA阶梯背模型进行数值仿真分析,并将光滑模型的仿真分析结果与风洞试验数据进行对比,确保仿真的准确性和可靠性,并得到非光滑模型相比于原光滑模型的气动减阻率。结果发现布置在MIRA阶梯背模型尾部的非光滑表面均具有显著的减阻效果。其次,将不同尺寸透明薄膜加工成凹坑型非光滑表面,将其分别粘贴在MIRA阶梯背模型的底部、顶部和尾部,并在湖南大学HD-2风洞试验室中进行风洞试验,得到各组模型的气动阻力值。将对应数值仿真结果于试验结果进行对比分析,进一步验证仿真结果的准确性。最后,以气动阻力为优化目标,非光滑单元体几何特征参数——深度、横向间距和纵向间距为变量,采用Kring模型和遗传优化方法对凹坑型、凸包型和沟槽型三种非光滑表面同时进行优化设计,得到优化后非光滑表面的特征参数及气动阻力,根据优化后的非光滑表面特征参数建立相应模型,应用CFD数值仿真分析的方法验证优化结果的准确性。CFD数值仿真分析结果表明布置在MIRA阶梯背模型尾部的凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面均具有一定减阻效果,减阻率分别为2.26%、1.69%和1.23%。首次在湖南大学HD-2风洞中开展了非光滑MIRA模型风洞试验,数值仿真结果与试验结果相比误差极小,验证了数值仿真结果的准确性和非光滑表面减阻的可靠性。最后同时对凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面进行优化设计,相比优化前的气动阻力系数,优化后的减阻率分别达到4.41%、3.97%和4.11%。本文旨在为车身非光滑表面减阻提供方法参考和参数设计依据,类似非光滑表面均可参照本文非光滑表面形态选取以及几何参数优化设计方法进行设计,为后续研究减少人力和物力消耗。