基于气动弹性分析的带小翼汽车尾翼的设计与优化
发布时间：2022-02-22 17:43
尾翼作为一种出色的空气动力学附加装置,能够帮助减小汽车所受升力又或者改善汽车尾部流场特性,已在汽车上得到了广泛使用,但汽车尾翼在发挥自身功效的同时不可避免会在翼尖产生三维绕流而生成翼尖涡,翼尖涡会引起额外诱导阻力甚至破坏尾翼原本的气动特性。为了减小汽车尾翼翼尖诱导涡的影响,进一步提高普通尾翼的气动性能,本文期望能够设计出一种能达到此目的的汽车尾翼翼尖附加装置。经研究,最早应用于飞机机翼的翼尖小翼,能够利用机翼翼尖产生的三维绕流为机翼提供额外的升力和前进的推力,该独特的作用机理同样适合用在汽车尾翼上,以进一步提高普通汽车尾翼的气动性能。然而,由于汽车的尾部流场与航空器有较大差别,使传统的航空器翼型很难满足汽车用翼尖小翼的设计需求,同时翼尖小翼的附加会使尾翼翼面因额外的弹性变形而产生新的气动载荷分布,这就需要对车用翼尖小翼进行设计和优化。本文首先利用准均匀B样条曲线来拟合翼型,再对拟合的翼型进行小翼的三维参数化建模,紧接着使用双向流固耦合的分析方法,通过System Coupling来耦合求解Fluent与Static Structural,实现了稳态流场与静力学结构的耦合计算,以考虑静气...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 汽车气动附件的国内外研究现状
1.2.2 气动弹性问题的国内外研究现状
1.3 本文研究的主要内容
2 流固耦合的理论基础与实现方法
2.1 结构动力学分析
2.2 计算流体力学理论
2.2.1 雷诺输运定理
2.2.2 流动控制方程
2.2.3 控制方程的离散
2.2.4 网格划分技术
2.2.5 湍流模拟
2.3 流固耦合实现方法
2.3.1 流固耦合边界面的边界条件
2.3.2 动网格理论与实现
2.3.3 网格插值
2.3.4 基于System Coupling的流固耦合计算
2.4 静气动弹性收敛性判定
2.5 本章小结
3 车用翼尖小翼的三维参数化建模
3.1 车用翼尖小翼基准翼型的选取
3.2 车用翼尖小翼翼型的参数化拟合
3.3 车用翼尖小翼主体与过渡段的三维参数化建模
3.4 本章小结
4 带小翼汽车尾翼的多目标优化
4.1 设计变量与优化目标的选取
4.2 优化方法
4.3 优化流程
4.4 本章小结
5 静气动弹性影响下新型尾翼的优化结果与气动性能分析
5.1 模型几何外形参数与材料性能
5.2 静气动弹性数值计算网格划分与边界条件设置
5.3 静气动弹性分析实现过程
5.4 优化结果分析
5.5 数值计算结果分析
5.6 静气动弹性影响下新型尾翼的风洞试验
5.7 本章小结
6 带小翼汽车尾翼的动气动弹性响应研究
6.1 汽车尾部三维流场中新型尾翼的振动形式分析
6.2 动气动弹性数值计算边界条件与网格划分策略
6.3 模态结果分析
6.4 新型尾翼的动气动弹性响应风洞
6.4.1 试验仪器与设备
6.4.2 测点布置
6.5 动气动弹性数值计算方法
6.6 数值计算结果分析
6.7 风洞试验结果分析
6.8 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学校期间发表的学术论文及取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ALE有限元法的流固耦合强耦合数值模拟[J]. 何涛. 力学学报. 2018(02)
[2]一种改进的B样条翼型参数化方法[J]. 张骥,朱春钢,冯仁忠,刘明明,张恒洋. 图学学报. 2016(03)
[3]基于DDES算法的有扰流片腔体气动噪声分析[J]. 刘瑜,童明波,Zhiwei Hu. 空气动力学学报. 2015(05)
[4]基于复合映射法及B样条的翼型参数化方法[J]. 张珅榕,蔡卫军,杨春武,崔鑫山. 鱼雷技术. 2015(03)
[5]基于驾驶模拟器的FSC赛车操纵稳定性主观评价研究[J]. 韩海兰,李刚,贾丽娟,韩忠浩. 农业装备与车辆工程. 2015(01)
[6]三种翼型参数化方法的研究[J]. 孙勤,张俊彦,邹汝红. 湘潭大学自然科学学报. 2013(03)
[7]基于小生境多目标粒子群算法的输电网检修计划优化[J]. 刘文颖,谢昶,文晶,王佳明,王维洲. 中国电机工程学报. 2013(04)
[8]振荡压气机叶栅叶片表面非定常响应以及气弹稳定性分析[J]. 郑赟,杨慧,田晓. 振动与冲击. 2012(03)
[9]基于底部隔板的厢式货车的气动减阻[J]. 胡兴军,杨博,郭鹏,王靖宇,杨洋,安阳. 吉林大学学报(工学版). 2011(S2)
[10]几种翼型参数化方法研究[J]. 廖炎平,刘莉,龙腾. 弹箭与制导学报. 2011(03)
硕士论文
[1]基于自适应遗传算法的多目标优化研究[D]. 顾鹏程.南京航空航天大学 2016
[2]基于流固耦合的风力发电机叶片气弹稳定性分析[D]. 郭琪琪.湘潭大学 2013
[3]基于自由曲线建模方法的翼梢小翼优化设计[D]. 潘秀东.上海交通大学 2011
[4]基于流固耦合的叶片气动弹性分析[D]. 张瑞琴.南京航空航天大学 2009
本文编号：3639933
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 汽车气动附件的国内外研究现状
1.2.2 气动弹性问题的国内外研究现状
1.3 本文研究的主要内容
2 流固耦合的理论基础与实现方法
2.1 结构动力学分析
2.2 计算流体力学理论
2.2.1 雷诺输运定理
2.2.2 流动控制方程
2.2.3 控制方程的离散
2.2.4 网格划分技术
2.2.5 湍流模拟
2.3 流固耦合实现方法
2.3.1 流固耦合边界面的边界条件
2.3.2 动网格理论与实现
2.3.3 网格插值
2.3.4 基于System Coupling的流固耦合计算
2.4 静气动弹性收敛性判定
2.5 本章小结
3 车用翼尖小翼的三维参数化建模
3.1 车用翼尖小翼基准翼型的选取
3.2 车用翼尖小翼翼型的参数化拟合
3.3 车用翼尖小翼主体与过渡段的三维参数化建模
3.4 本章小结
4 带小翼汽车尾翼的多目标优化
4.1 设计变量与优化目标的选取
4.2 优化方法
4.3 优化流程
4.4 本章小结
5 静气动弹性影响下新型尾翼的优化结果与气动性能分析
5.1 模型几何外形参数与材料性能
5.2 静气动弹性数值计算网格划分与边界条件设置
5.3 静气动弹性分析实现过程
5.4 优化结果分析
5.5 数值计算结果分析
5.6 静气动弹性影响下新型尾翼的风洞试验
5.7 本章小结
6 带小翼汽车尾翼的动气动弹性响应研究
6.1 汽车尾部三维流场中新型尾翼的振动形式分析
6.2 动气动弹性数值计算边界条件与网格划分策略
6.3 模态结果分析
6.4 新型尾翼的动气动弹性响应风洞
6.4.1 试验仪器与设备
6.4.2 测点布置
6.5 动气动弹性数值计算方法
6.6 数值计算结果分析
6.7 风洞试验结果分析
6.8 本章小结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学校期间发表的学术论文及取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ALE有限元法的流固耦合强耦合数值模拟[J]. 何涛. 力学学报. 2018(02)
[2]一种改进的B样条翼型参数化方法[J]. 张骥,朱春钢,冯仁忠,刘明明,张恒洋. 图学学报. 2016(03)
[3]基于DDES算法的有扰流片腔体气动噪声分析[J]. 刘瑜,童明波,Zhiwei Hu. 空气动力学学报. 2015(05)
[4]基于复合映射法及B样条的翼型参数化方法[J]. 张珅榕,蔡卫军,杨春武,崔鑫山. 鱼雷技术. 2015(03)
[5]基于驾驶模拟器的FSC赛车操纵稳定性主观评价研究[J]. 韩海兰,李刚,贾丽娟,韩忠浩. 农业装备与车辆工程. 2015(01)
[6]三种翼型参数化方法的研究[J]. 孙勤,张俊彦,邹汝红. 湘潭大学自然科学学报. 2013(03)
[7]基于小生境多目标粒子群算法的输电网检修计划优化[J]. 刘文颖,谢昶,文晶,王佳明,王维洲. 中国电机工程学报. 2013(04)
[8]振荡压气机叶栅叶片表面非定常响应以及气弹稳定性分析[J]. 郑赟,杨慧,田晓. 振动与冲击. 2012(03)
[9]基于底部隔板的厢式货车的气动减阻[J]. 胡兴军,杨博,郭鹏,王靖宇,杨洋,安阳. 吉林大学学报(工学版). 2011(S2)
[10]几种翼型参数化方法研究[J]. 廖炎平,刘莉,龙腾. 弹箭与制导学报. 2011(03)
硕士论文
[1]基于自适应遗传算法的多目标优化研究[D]. 顾鹏程.南京航空航天大学 2016
[2]基于流固耦合的风力发电机叶片气弹稳定性分析[D]. 郭琪琪.湘潭大学 2013
[3]基于自由曲线建模方法的翼梢小翼优化设计[D]. 潘秀东.上海交通大学 2011
[4]基于流固耦合的叶片气动弹性分析[D]. 张瑞琴.南京航空航天大学 2009
本文编号：3639933
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