【摘要】：FSAE賽車的空氣動力學(xué)套件及各套件的交互作用對賽車的設(shè)計和性能至關(guān)重要。傳統(tǒng)空氣動力學(xué)套件的設(shè)計通過對單個組件確定造型,對其分析后修改和優(yōu)化,造型單一且較少考慮各套件間的交互作用。文章基于雷諾平均湍流方程并結(jié)合Realizable k-ε湍流模型,建立三維FSAE賽車外流場計算模型,運用正交實驗設(shè)計方法,考慮各套件間的交互作用,分析了不同套件組合對賽車空氣動力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:負(fù)升力的增加也會伴隨空氣阻力減小,存在優(yōu)化設(shè)計方案;各組件對整車空氣動力學(xué)性能的影響程度為定風(fēng)翼前鼻翼擴散器;套件間配合對提高整車空氣動力學(xué)性能至關(guān)重要,應(yīng)盡量使各套件間氣流順暢過渡。通過實車試驗測試,進一步驗證了該分析模型及結(jié)論的正確性。
【圖文】：

圖１前鼻翼造型設(shè)計圖２．１．２尾部擴散器擴散器是最有效的空氣動力學(xué)套件，裝載在賽車底部，將底盤下部的氣流梳理后快速導(dǎo)出，增加氣流的速度，使得擴散器上部的氣流氣壓大于底部的氣流壓力，從而形成氣壓差，增大下壓力，使輪胎有更好的抓地力［９－１０］。擴散器的長度和出口角度與擴散器的效果息息相關(guān)，因此設(shè)計了３組擴散器造型，如圖２所示。圖２尾部擴散器造型設(shè)計圖２．１．３定風(fēng)翼定風(fēng)翼的作用是提供足夠的下壓力，并能優(yōu)化尾部氣流，減小賽車的氣動阻力。定風(fēng)翼翼片截面與機翼截面相反，其形狀是底部拱曲頂部較平，從而使得底部氣流流速加快，壓強減小，形成上下壓差，產(chǎn)生負(fù)升力。因此不同的翼型會產(chǎn)生不一樣的效果，本次設(shè)計選用了目前比較常用的ＮＡＣＡ翼型、ＣＨ１０翼型和ＧＯＥ翼型截面，且選用３層翼片的設(shè)計方式來解決氣流分離問題，在翼片攻角和離地間隙都相同的情況下，僅從翼片翼型造型設(shè)計方案考慮其對設(shè)計結(jié)果的影響，如圖３所示。圖３定風(fēng)翼的造型設(shè)計圖２．２整體模型建立與計算區(qū)域網(wǎng)格劃分為了更準(zhǔn)確地分析空氣套件的設(shè)計效果及其對ＦＳＡＥ賽車跑動時周圍空氣流場所造成的擾動影響，需要將設(shè)計的空氣動力學(xué)套件模型裝配在ＦＳＡＥ賽車整車上進行模擬仿真。本文根據(jù)車身組ＦＳＡＥ賽車車身造型，結(jié)合上述設(shè)計的空氣動力學(xué)套件在賽車車身的實際安裝位置，建立完整的ＦＳＡＥ賽車模型。整車模型長為３．０６１ｍ，寬為１．３６７ｍ，高為１．２０７ｍ，其渲染效果如圖４ａ所示。合并小的面，并且簡化細(xì)小特征后，同時考慮到賽車車手對氣動力的影響，整體模型簡化如圖４ｂ所示。在所分析的空氣動

圖１前鼻翼造型設(shè)計圖２．１．２尾部擴散器擴散器是最有效的空氣動力學(xué)套件，裝載在賽車底部，將底盤下部的氣流梳理后快速導(dǎo)出，增加氣流的速度，使得擴散器上部的氣流氣壓大于底部的氣流壓力，從而形成氣壓差，增大下壓力，使輪胎有更好的抓地力［９－１０］。擴散器的長度和出口角度與擴散器的效果息息相關(guān)，因此設(shè)計了３組擴散器造型，如圖２所示。圖２尾部擴散器造型設(shè)計圖２．１．３定風(fēng)翼定風(fēng)翼的作用是提供足夠的下壓力，并能優(yōu)化尾部氣流，減小賽車的氣動阻力。定風(fēng)翼翼片截面與機翼截面相反，其形狀是底部拱曲頂部較平，從而使得底部氣流流速加快，壓強減小，形成上下壓差，產(chǎn)生負(fù)升力。因此不同的翼型會產(chǎn)生不一樣的效果，本次設(shè)計選用了目前比較常用的ＮＡＣＡ翼型、ＣＨ１０翼型和ＧＯＥ翼型截面，且選用３層翼片的設(shè)計方式來解決氣流分離問題，在翼片攻角和離地間隙都相同的情況下，僅從翼片翼型造型設(shè)計方案考慮其對設(shè)計結(jié)果的影響，如圖３所示。圖３定風(fēng)翼的造型設(shè)計圖２．２整體模型建立與計算區(qū)域網(wǎng)格劃分為了更準(zhǔn)確地分析空氣套件的設(shè)計效果及其對ＦＳＡＥ賽車跑動時周圍空氣流場所造成的擾動影響，需要將設(shè)計的空氣動力學(xué)套件模型裝配在ＦＳＡＥ賽車整車上進行模擬仿真。本文根據(jù)車身組ＦＳＡＥ賽車車身造型，結(jié)合上述設(shè)計的空氣動力學(xué)套件在賽車車身的實際安裝位置，建立完整的ＦＳＡＥ賽車模型。整車模型長為３．０６１ｍ，寬為１．３６７ｍ，高為１．２０７ｍ，其渲染效果如圖４ａ所示。合并小的面，，并且簡化細(xì)小特征后，同時考慮到賽車車手對氣動力的影響，整體模型簡化如圖４ｂ所示。在所分析的空氣動
【作者單位】： 武漢理工大學(xué)現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(51305318) 中國博士后科學(xué)基金資助項目(2015M582484) 湖北省自然科學(xué)基金資助項目(2015CFB277;2014CFB176) 武漢市科技計劃資助項目(2013011803010606-4)
【分類號】：U469.696;U463

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3 姜立Z

本文編號：2535682