FSAE赛车空气动力学套件组合设计分析

发布时间：2019-09-13 13:38

【摘要】：FSAE赛车的空气动力学套件及各套件的交互作用对赛车的设计和性能至关重要。传统空气动力学套件的设计通过对单个组件确定造型,对其分析后修改和优化,造型单一且较少考虑各套件间的交互作用。文章基于雷诺平均湍流方程并结合Realizable k-ε湍流模型,建立三维FSAE赛车外流场计算模型,运用正交实验设计方法,考虑各套件间的交互作用,分析了不同套件组合对赛车空气动力学性能的影响。结果表明:负升力的增加也会伴随空气阻力减小,存在优化设计方案;各组件对整车空气动力学性能的影响程度为定风翼前鼻翼扩散器;套件间配合对提高整车空气动力学性能至关重要,应尽量使各套件间气流顺畅过渡。通过实车试验测试,进一步验证了该分析模型及结论的正确性。
【图文】：

造型设计,鼻翼

图１前鼻翼造型设计图２．１．２尾部扩散器扩散器是最有效的空气动力学套件，装载在赛车底部，将底盘下部的气流梳理后快速导出，增加气流的速度，使得扩散器上部的气流气压大于底部的气流压力，从而形成气压差，增大下压力，使轮胎有更好的抓地力［９－１０］。扩散器的长度和出口角度与扩散器的效果息息相关，因此设计了３组扩散器造型，如图２所示。图２尾部扩散器造型设计图２．１．３定风翼定风翼的作用是提供足够的下压力，并能优化尾部气流，减小赛车的气动阻力。定风翼翼片截面与机翼截面相反，其形状是底部拱曲顶部较平，从而使得底部气流流速加快，压强减小，形成上下压差，产生负升力。因此不同的翼型会产生不一样的效果，本次设计选用了目前比较常用的ＮＡＣＡ翼型、ＣＨ１０翼型和ＧＯＥ翼型截面，且选用３层翼片的设计方式来解决气流分离问题，在翼片攻角和离地间隙都相同的情况下，仅从翼片翼型造型设计方案考虑其对设计结果的影响，如图３所示。图３定风翼的造型设计图２．２整体模型建立与计算区域网格划分为了更准确地分析空气套件的设计效果及其对ＦＳＡＥ赛车跑动时周围空气流场所造成的扰动影响，需要将设计的空气动力学套件模型装配在ＦＳＡＥ赛车整车上进行模拟仿真。本文根据车身组ＦＳＡＥ赛车车身造型，结合上述设计的空气动力学套件在赛车车身的实际安装位置，建立完整的ＦＳＡＥ赛车模型。整车模型长为３．０６１ｍ，宽为１．３６７ｍ，高为１．２０７ｍ，其渲染效果如图４ａ所示。合并小的面，并且简化细小特征后，同时考虑到赛车车手对气动力的影响，整体模型简化如图４ｂ所示。在所分析的空气动

扩散器,造型设计,尾部

图１前鼻翼造型设计图２．１．２尾部扩散器扩散器是最有效的空气动力学套件，装载在赛车底部，将底盘下部的气流梳理后快速导出，增加气流的速度，使得扩散器上部的气流气压大于底部的气流压力，从而形成气压差，增大下压力，使轮胎有更好的抓地力［９－１０］。扩散器的长度和出口角度与扩散器的效果息息相关，因此设计了３组扩散器造型，如图２所示。图２尾部扩散器造型设计图２．１．３定风翼定风翼的作用是提供足够的下压力，并能优化尾部气流，减小赛车的气动阻力。定风翼翼片截面与机翼截面相反，其形状是底部拱曲顶部较平，从而使得底部气流流速加快，压强减小，形成上下压差，产生负升力。因此不同的翼型会产生不一样的效果，本次设计选用了目前比较常用的ＮＡＣＡ翼型、ＣＨ１０翼型和ＧＯＥ翼型截面，且选用３层翼片的设计方式来解决气流分离问题，在翼片攻角和离地间隙都相同的情况下，仅从翼片翼型造型设计方案考虑其对设计结果的影响，如图３所示。图３定风翼的造型设计图２．２整体模型建立与计算区域网格划分为了更准确地分析空气套件的设计效果及其对ＦＳＡＥ赛车跑动时周围空气流场所造成的扰动影响，需要将设计的空气动力学套件模型装配在ＦＳＡＥ赛车整车上进行模拟仿真。本文根据车身组ＦＳＡＥ赛车车身造型，结合上述设计的空气动力学套件在赛车车身的实际安装位置，建立完整的ＦＳＡＥ赛车模型。整车模型长为３．０６１ｍ，宽为１．３６７ｍ，高为１．２０７ｍ，其渲染效果如图４ａ所示。合并小的面，，并且简化细小特征后，同时考虑到赛车车手对气动力的影响，整体模型简化如图４ｂ所示。在所分析的空气动
【作者单位】：武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51305318) 中国博士后科学基金资助项目(2015M582484) 湖北省自然科学基金资助项目(2015CFB277;2014CFB176) 武汉市科技计划资助项目(2013011803010606-4)
【分类号】：U469.696;U463

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