基于CFD的低速赛车前后翼设计

发布时间：2017-09-16 22:10

  本文关键词：基于CFD的低速赛车前后翼设计

  更多相关文章： 计算流体力学 多目标优化 FSAE 下压力 负升力翼

【摘要】：FSAE赛车是一种小型的敞开轮式赛车,具有加速能力强、质量轻、体积小、灵活性高等特点。相比其他种类的赛车比赛,FSAE比赛赛道宽度窄、弯道多、直道短,因而速度较小,属于低速方程式赛车。本文的研究重点是探究下压力对低速赛车性能的影响并开发一套适合FSAE比赛的负升力翼。空气动力学是赛车运动至关重要的一环,空气动力学设计的优劣将直接影响赛车性能,已经成为赛车比赛取胜的关键。本文截取典型的FSAE比赛赛道并进行模拟分析,证明了气动下压力能够明显提升FSAE赛车的赛道表现。通过添加辅助的空气动力学装置,能够为运动赛车提供气动下压力。负升力翼就是典型的方程式赛车气动力学装置。FSAE比赛对气动装置有严格的规则限制,多片组合翼可以在有限的设计空间内获取更大的下压力。本课题引入多目标优化方法,对多片翼组合方式进行优化,选择最优的攻角设置和翼间间隙,保证阻力系数较小的同时获得尽可能大的下压力。利用计算流体力学方法对赛车进行数值模拟可以获得运动赛车周围的气体流动信息,帮助分析赛车的下压力水平和进行前后翼的下压力平衡。分析结果表明:不加前后翼时,赛车升力系数为正,运动赛车会受到升力作用并导致附着力丢失;加装前后翼后,赛车在速度为20m/s时可产生441.0N的下压力。为了验证数值模拟精度和前后负升力翼对赛车性能的影响,本文对HNU2015赛车进行了实车测试。测试分为稳态直线测试和极限回转测试两部分。稳态直线测试可获得赛车在固定风速下的弹簧位移数据,进而可以计算赛车的实时轮荷值并求得下压力。直线稳态测试证明了CFD数值模拟对赛车下压力的求解具有较高的精度。极限回转测试可以获得运动赛车的纵向和侧向加速度数据,对比不加装前后翼与加装前后翼的HNU2015赛车极限回转测试的“g-g”图,证明了装配前后翼可以明显提高赛车弯道极限性能。
【关键词】：计算流体力学 多目标优化 FSAE 下压力 负升力翼
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.696
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-18
• 1.1 Formula SAE比赛介绍13
• 1.2 选题背景和意义13-14
• 1.3 国内外研究现状及动态14-17
• 1.4 研究目标17
• 1.5 研究内容和技术路线17-18
• 第2章 汽车空气动力学与计算流体力学18-30
• 2.1 空气动力学基本理论18-22
• 2.1.1 流体18-19
• 2.1.2 流体的粘性19-20
• 2.1.3 伯努利方程20-21
• 2.1.4 层流与湍流21-22
• 2.2 汽车气动力22-24
• 2.2.1 气动力与气动力矩22-23
• 2.2.2 气动力对汽车性能的影响23-24
• 2.3 计算流体力学24-29
• 2.3.1 计算流体动力学基本方程25-27
• 2.3.2 湍流模型27-28
• 2.3.3 数值离散方法28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 负升力与圈速预测30-36
• 3.1 负升力30-32
• 3.2 赛道圈速模拟32-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 翼型设计及翼型优化36-52
• 4.1 负升力翼36-38
• 4.1.1 翼型36-38
• 4.1.2 翼的气动力38
• 4.2 前后翼设计38-51
• 4.2.1 多片翼38-40
• 4.2.2 FSAE规则对气动装置的限制40
• 4.2.3 前后翼设计与匹配40-43
• 4.2.4 翼型选择43-45
• 4.2.5 多片翼优化45-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 整车数值模拟与测试52-67
• 5.1 整车数值模拟52-62
• 5.1.1 整车数值模拟过程52-56
• 5.1.2 无翼赛车外流场分析56-58
• 5.1.3 带翼赛车外流场分析58-62
• 5.2 实车测试62-66
• 5.2.1 稳态直线测试63-65
• 5.2.2 极限回转测试65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论与展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 附录A 圈速模拟代码73-81

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本文编号：865711