方程式赛车尾翼优化设计

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汽车尾翼改装的空气动力学原理

汽车尾翼改装的空气动力学原理如今，在城市和乡村的公路，一辆辆汽车是现代交通的重要标识。

为了让车辆在行驶时更加具备稳定性和速度，科技不断地发展新的改进方案，其中之一就是汽车尾翼的改装。

汽车尾翼改装不仅提升了车辆的整体外观，也加强了车辆的空气动力学效能。

本篇文章将从空气动力学方面来探讨汽车尾翼改装。

一、空气动力学概述空气动力学是研究流体(包括气体和液体)在所描述的条件下所发生的力和运动的科学和工程学科。

在汽车行业中，空气动力学是对车辆所受空气力的研究。

空气动力学问题最初是在亚历山大·格拉汉姆·贝尔(Alexander Graham Bell)等人的研究中提出的，他们研究发现，当飞机飞行时，受到空气中动力的影响。

二、汽车尾翼的功能汽车尾翼是位于车体后部的装饰件，可以加强汽车在高速巡航时的稳定性。

尾翼能够在高速情况下改变车身后部的压力分布，增加下压力，从而增加操纵稳定性。

同时，它还可以增加空气动力学减阻，增加车辆速度。

三、空气动力学原理尾翼的空气动力学原理大致可分为三类：抬升、阻力和空气阻力。

在汽车行驶的时候，空气会减弱汽车的速度和稳定性，因此研究空气动力学原理非常重要。

汽车尾翼的设计采用空气动力学的原理，以减少阻力和增强空气气流，提高汽车效率。

抬升力是指空气流动在尾翼上方产生的向上的力。

当汽车在高速行驶时，空气流经尾翼时，会在翼型的上弯面产生低压，而在下弯面产生高压，因而产生向上的力，从而改善汽车的稳定性。

而减阻力就是指在空气阻力作用下降低汽车速度的力。

尾翼对于减阻特别有效，因为它能够减少空气阻力。

翼型可以使空气流动光滑，减少截面积并减少空气阻力。

另外，空气阻力是汽车在运动情况下所受到的阻力，而汽车尾翼的作用就是减少空气阻力。

当汽车在高速运行时，尾翼可以改变汽车的流线型，通过设计翼型和尾翼夹角来使汽车产生向后的力，从而减少空气阻力。

四、尾翼的设计和选购汽车尾翼的设计应该考虑到花纹和翼型的要求。

FSAE赛车车身与空气动力学套件设计及其仿真

10.16638/ki.1671-7988.2019.13.045FSAE赛车车身与空气动力学套件设计及其仿真段磊，刘绍娜，黄炯炯，杨耀祖（盐城工学院，江苏盐城224001）摘要：为了提高赛车的成绩，FSAE赛车上通常会引入空气动力学套件来提高整车的操纵性。

文章通过CFD对定风翼翼型、迎角、翼片布置等因素进行分析，确定了具备良好气动特性的定风翼设计方案；通过调整风压中心的位置影响车辆的实际轴荷分配，进而影响整车的转向特性；对赛车车身及涂装渲染的设计；通过CFD分析，整车升阻比达到2.9，整车具有较好的气动特性。

关键词：中国大学生方程式赛车；空气动力学；CFD中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)13-134-03Design and Simulation of Body and Aerodynamics Suite for FSAE Racing CarDuan Lei, Liu Shaona, Huang Jiongjiong, Yang Yaozu( Yancheng Institute of Technology, Jiangsu Yancheng 224001 )Abstract: In order to improve the performance of the car, the FSAE car usually introduces an aerodynamic package to improve the handling of the vehicle. In this paper, CFD is used to analyze the factors such as the fixed-air wing type, Angle of attack, and wing layout, so as to determine the Design scheme of the fixed-air wing with good aerodynamic characteristics. By adjusting the position of the wind pressure center to affect the actual axle load distribution of the vehicle, and then affect the steering characteristics of the vehicle, the design of the car body and painting rendering, through CFD analysis, the lift-to-drag radio of the vehicle reaches 2.9, and the vehicle has good aerodynamic characteristics.Keywords: Chinese College Students Formula; Aerodynamics; CFDCLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)13-134-03前言空气动力学套件可以增大作用于车轮的垂直载荷可以有效提高车轮的侧偏刚度[1]，而通过空气动力学手段可以在不增加赛车附重的情况下增加整车的下压力，特别是在弯道时可以增加了轮胎的抓地力，提高了过弯速度，增强了整车的行驶稳定性。

FSAE赛车踏板总成的优化设计

1引言在汽车理论中，车辆越轻，其整体性能与经济性会越好[1]；但同时不能忽略了部件的强度与人机工程的需要。

在大学生方程式赛车的设计中，每一个部件都应充分考虑强度、人机工程和轻量化。

一套好的踏板总成，可以使得车手在驾驶赛车时更加轻松，可以调节踏板位置的机构，满足了不同身材车手的需求，同时利用软件优化结构，可以让踏板为整车轻量化作出贡献。

2相关背景2.1大赛简介中国大学生方程式汽车大赛（下简称“FSAE”）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。

FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。

FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。

比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。

在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。

同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、赛车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。

2.2设计背景武汉理工大学WUT车队往年的赛车上，并未对踏板进行过优化设计，其中含有很多冗余的结构，增加了整个部件的质量，且关键位置的强度不足，在练车过程中，出现过踏板底板断裂的情况。

同时在历届的赛事中，WUT车队的踏板设计未曾将人机工程考虑在设计过程之中，而在赛事答辩过程中，其中有30分为人机工程分数，人机工程不仅使得车手有更好的驾驶体验，同时有利于车队在静态项目中获得更好的成绩。

规则中的人机工程项目主体分为3个要求，分别为：赛车是否满足不同体型的人？操控及仪表是否满足便捷？能否超越安全性要求？3设计方案与选型3.1主缸布置形式主缸的布置形式有前置式、后置式和立式，前置式有建构简单、拆卸方便的特点，但伸出车头的部分过长，一定程度上影响了赛车的灵活性；后置式主缸外观美观，节约空间，但布置的方式较为复杂，制动力的调节较为复杂；立式主缸有节约空间、安装方便等特点，但主要难度在于踏板杆与主缸体的匹配。

汽车尾翼的原理的应用

汽车尾翼的原理的应用汽车尾翼的原理•汽车尾翼是一种安装在汽车后方的空气动力学装置，用于改善汽车运动性能和稳定性。

•汽车行驶时，空气会对车辆产生阻力，而尾翼可以利用空气的流动，改变汽车周围气流的流向和速度，从而减小阻力。

•汽车尾翼通过产生下压力，增加车辆在地面上的牵引力，提高车辆的抓地力，增强转弯时的稳定性和操控性。

•汽车尾翼还可以通过改变空气的流动方式，降低车辆的空气阻力系数，减小风阻，提高汽车的速度和燃油经济性。

汽车尾翼的应用赛车运动•汽车尾翼在赛车运动中得到广泛应用，特别是在高速赛车中。

•赛车运动要求汽车具有出色的操控性和稳定性，而尾翼的使用可以大幅度提高车辆的操控性能。

•尾翼可以通过增加下压力，使车辆更加牢固地贴在地面上，增加抓地力，提高车辆的动态稳定性。

•同时，尾翼的存在也使车辆在高速行驶时减小了风阻，提高了车辆的速度。

轿车改装•在轿车改装领域，很多爱好者会在自己的轿车上安装尾翼，以提升个人化和运动化的外观风格。

•轿车尾翼的选择和安装要根据车辆的型号、风阻系数以及个人需求进行考虑。

•安装尾翼后，轿车的外观会更加动感和运动化，同时也会在一定程度上提高车辆的稳定性。

•不过，值得注意的是，在普通道路驾驶中，尾翼的实际效果可能并不明显，所以在选择和安装尾翼时要慎重考虑。

越野车应用•越野车通常具有更高的离地间隙和更强的通过能力，因此尾翼的应用相对较少。

•不过，在某些特殊情况下，尾翼也可以在越野车上发挥一定的作用。

•比如，在高速行驶过程中，尾翼可以减小风阻，提高越野车的速度和燃油经济性。

•同时，尾翼也可以通过增加下压力，提高越野车的抓地力，提升越野能力。

综合评价•汽车尾翼的原理的应用在不同场景下具有不同效果。

•在赛车运动中，尾翼可以显著提升车辆性能，增强操控性和速度。

•在轿车改装领域，尾翼可以提升个人化和运动化的外观风格。

•在越野车应用中，尾翼的效果相对较小，但仍可以在某些情况下提升车辆的性能。

•不过，尾翼的安装和选择要根据实际需求进行慎重考虑，以免带来不必要的麻烦和风险。

方程式赛车尾翼优化设计

方程式赛车尾翼优化设计方程式赛车尾翼在赛车设计中具有至关重要的作用，它能够提供额外的下压力，提高赛车的稳定性和抓地力。

尾翼优化设计是一项相对复杂的任务，需要考虑多个因素，包括流体力学、材料科学、空气动力学等。

在本文中，将对方程式赛车尾翼优化设计进行详细讨论。

首先，要优化方程式赛车尾翼的设计，需要理解尾翼的基本原理和作用。

尾翼通过改变赛车周围流动空气的速度和方向，产生向下的气流压力，从而提供额外的下压力。

下压力可以增加赛车的黏着力，使赛车更好地贴近地面，提高转弯时的稳定性和抓地力。

其次，尾翼的设计应考虑赛车的总体气动性能。

要在赛车的前后轮之间平衡下压力的分布，可以通过调整尾翼的形状、角度和位置来实现。

一般来说，尾翼的角度越大，产生的下压力越大，但也会增加阻力。

因此，在尾翼设计中需要在产生足够的下压力的同时尽量减小阻力。

此外，还需要考虑尾翼的高度、宽度等参数，以保持赛车的整体平衡性和稳定性。

另外，尾翼的材料选择也对其性能有很大影响。

常用的尾翼材料包括纤维增强塑料（FRP）、碳纤维复合材料等。

这些材料具有优良的强度和刚度，同时又相对轻量化，可以减小整个尾翼系统的质量，并提高赛车的加速性能。

在进行尾翼优化设计时，需要借助计算流体力学（CFD）模拟和实际试验。

CFD模拟可以对尾翼的气动性能进行预测和优化。

通过在计算模型中设定不同的尾翼参数，可以模拟不同工况下的气流分布和下压力分布。

根据模拟结果，可以选择最佳的尾翼设计方案，并进行实际试验验证。

此外，尾翼优化设计还需要考虑赛车的运行工况。

不同赛道、不同气候条件下，对尾翼气动性能的要求也会有所不同。

在进行尾翼设计时，需要对赛车运行工况进行全面的分析，包括车速、弯角、风向等参数。

通过对这些参数的综合考虑，可以制定出更加合理和有效的尾翼设计方案。

总之，方程式赛车尾翼的优化设计是一项复杂而重要的任务，需要考虑多个因素，包括流体力学、材料科学等。

通过综合运用计算流体力学模拟和实际试验，并结合赛车运行工况的分析，可以得出合理和高效的尾翼设计方案，为赛车的性能提升提供保障。

大学生方程式赛车车架设计与优化

技术创新31大学生方程式赛车车架设tt与优化◊常熟理工学院汽车工程学院冯弊张萌罗仕豪李彤王巍许晓怡对于大学生方程式赛车而言，赛车最终成绩评定的各项性能要求中，主要涉及重量和结构。

车架重量影响燃油经济性与动力性，结构影响其强度、可靠性及人机工程配合度，因此需要对方程式车架进行设计及优化。

随着有限元分析法的普及和计算机技术的迅猛发展，有限元分析法也广泛应用在赛车车架的设计中。

有限元技术可以贯穿在车架设计中，拓扑优化设计在设计初期阶段采用，优化材料布局，获得合理的结构方案。

这对于提高赛车的动力性、燃油经济性以及赛车的人机工程性都具有重要意义。

1引言Formula SAE比赛于1979^由美国车辆工程师协会(SAE)开创举办，参加比赛的大学生需要在一年内开发一辆排量为610cc以下的休闲赛车，该赛车同时需要满足装配简单紧凑这一要求，并且该赛车能够满足小工厂每天至少可以生产4辆这一条件。

这项比赛的重点是创造一种更具竞争力的车辆，比现有车辆更疑，更强大，更臨Formula SAE制h战本科生和研究生设计和制造微型方程赛车的能力。

它对整车的设计有一个相对较小的限制，以便为汽车的高弹性设计和自我表达提供创造力和想象空间。

比赛前的每辆车通常用于设计，制造，测试和赛车只有8至12个月。

在与来自世界各地的大学团队的交流和谈判中，比赛让每辆赛车和他们的车队都有机会展示他们的创造力和公平性。

2建模设计2.1车架的基本结构主环：它是位于驾驶员旁边或后面的滚动停止结构。

前环：一个滚动挡块位于驾驶员的脚上，靠近手柄。

防滚架：主环和前环防止侧翻。

防滚架斜撑支撑：用于从主环底部和前环支撑件拉出到主环和前环的结构。

侧边防撞区域：从座板表面到驾驶舱内框架的最低点为240mn逢320mm,车辆从前环到主环的侧面区域。

2.2车架类型的选择依据赛事规则要求，并通过査阅相关文献，总结出以下方案以供选择。

(1)单体壳一底盘结构由外部平板负载。

即车架与车身合为一体，车身就属于车架的一部分的结构。

汽车尾翼文案

汽车尾翼文案说到汽车尾翼我们一定不会陌生，我们可以经常在一些高端超跑上看到。

在参加竞赛的赛车上，夸张而复杂的汽车尾翼更是标配。

尾翼更多的出现在竞赛类车型上而不是日常用车型，肯定有其原因。

很直观的视觉感受，汽车尾翼的加装能够提升汽车的运动感。

更重要更实际的一点，尾翼加装的目的是为汽车提供下压力。

这种需求更多体现在追求速度的赛车上。

汽车尾翼最早出现在赛车上，在F1赛车上被运用到了极致。

汽车尾翼的设计原理和飞机机翼的设计原理相似。

飞机机翼的大致截面形状如下，机翼上部凸出，下部扁平。

当空气流过时，机翼上部的流速大于下部的流速，上部的空气密度小于下部的空气密度，这时候便能提供飞机所需的升力。

若要提供下压力，很简单，把飞机机翼倒置即可。

当然，具体的还有好多其他因素需要考虑到尾翼的设计当中，这只是大致的原理。

汽车的侧面轮廓和飞机机翼剖面图非常相似，都是上凸下平的造型，汽车在高速行驶时受到一种向上升的力量，即升力。

升力是飞行的基本要素，但就陆地行驶来说，升力却是不利因素，因为车轮要紧贴路面方能产生抓地力。

抓地力俞强，汽车的操纵性就愈好。

在汽车比赛中，汽车的速度往往会非常的快，这时候如果没有充足的抓地力，汽车很容易失控，后果会非常的严重。

对于赛车来说，速度是最重要的，“动力加十匹不如重量轻一斤“，加装尾翼本身就会增加汽车的风阻和重量，在提供下压力的同时最好能够减轻尾翼的重量，免得为了追求车辆的操作性而损失了速度，得不尝试。

制作尾翼最好的材料就是碳纤维了，强度大，重量轻，广泛的应用在F1和高端豪华跑车上。

如今走在街上经常看到一些家用轿车改装车，有的也会在车屁股上加个大大的尾翼，我感觉实在没有必要。

首先，以我自己的审美来看，真的没有感觉车子变得多么拉风，反而觉得很丑。

另一方面，有些汽车加装的劣质尾翼根本不能提供提供下压力，反而提供升力。

对于家用轿车而言，在日常的使用中很少能够达到需要尾翼来提供额外下压力的速度，安装个尾翼实在没有必要。

基于FSEC方程式赛车的整车压力分布测定及尾翼优化设计

基于FSEC方程式赛车的尾翼优化设计及整车压力分布测定1.实验目标：（1）通过CFD模拟不同尾翼在流场的性能进行对比优化。

（2）通过Fluent进行整车计算，得到压力云图与迹线图进行分析。

2.实验原理：FSEC是中国大学生电动方程式大赛的简称，是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛；各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操纵性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车。

本实验基于2017年上海工程技术大学锐狮电动方程式赛车，在攻角优化完成的情况下对于其尾翼进行对比再优化和整车流体分析。

一般而言，方程式赛车的气动阻力系数在0.7-1.0之间，是目前乘用车的二至四倍。

其中一方面因为赛规限制（车轮外露），另一方面是因为方程式赛车的下压力通常比阻力重要。

因此在方程式赛车空气动力学方面则需要良好的处理压力与阻力的关系和气流的流动方向，进而使赛车更有竞争力。

通常在方程式赛车行驶过程中，气流最先达到前翼，前翼控制着空气在赛车其余部位的流动，同时起到提供下压力和减小前轮气动阻力及引流的的作用；侧翼则控制着侧车身气流方向，使整车在结构上更加紧凑，同时减小了后轮的气动阻力，增加了重心处的下压力，使赛车操纵更加平稳；尾翼为赛车后部提供下压力，它占全部下压力的20%-25%。

相对于前翼与侧翼的各种要求，尾翼的用途只有一个，即在尽可能减小气动阻力的情况下提供下压力。

对于尾翼来说，想要获得较高气动压力的途径有：增加升力翼表面积；增加升力翼弧度；通过翼型开缝延迟气流分离。

对于方程式赛车，通常采用组合翼的形式。

通过翼型叠加能够获得更大的翼型攻角，升力系数也随之增加，这是因为气流经过两翼间缝隙时，通过前方翼型尾部的导流作用，使气流方向能够更加贴合后方翼型，因此后方翼型可以获得比前方翼型更大的攻角而不产生气流分离。

在尾翼设计中除了攻角的确定，其次便是翼片的组合与端板的设计；本实验在攻角确定的基础上，分别在CATIA中完成三翼板、双翼板、百叶三翼板的建模，对比不同翼数的性能比与同翼数下是否添加百叶结构的性能比，得到尾翼最终设计方案。

FSC赛车空气套件CFD优化设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅＦＳＣｒａｃｉｎｇｃａｒｄｅｓｉｇｎｒｕｌｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅａｉｒｋｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｎｇｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒａｃｉｎｇｗｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔ，ＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅＦＬＵＥＮＴｉｓｕｓｅｄｆｏｒＣｒａｂｏｄｙｍｏｄｅｌｏｒｆｔｈｅｌｏｆｗｉｅｆｌｄａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｒｏｕｇｈａｄｄｉｎｇｔｈｅｗｉｎｇｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔａｔｔａｃｋａｎｇｌｅｎｄａｃｌｅａｒａｎｃｅａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｃａｒａｎｄｃａｒｒｙｏｕｔｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｏｄｙｌｏｆｗｉｅｆｌｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｗｉｎｇｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇａｓｐｅｃｔｓｏｆｒａｃｉｎｇｌａｗ，ｈｅｔｓｔｕｄｙｉｄｅｎｔｉｉｅｆｓｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｅｖｉｃｅｓｏｎｄｉｆｅｒｅｎｔｅｖｅｎｔｓｗｈｅｎｔｕｎｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｉｒｌｏｆｗｒｏａｕｎｄｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｒａｃｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ — ｓｐｅｅｄｒａｃｉｎｇｏｆｎｅｇｔｉａｖｅｌｉｔｆｅｆｅｃｔ．ｏｒｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃａｒ ’ Ｓｈｎｄａｌｉｎｇａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｙｈａｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｔａｒｎｔｓｉｎｉｇｉｃｆａｎｃｅｏｒｆｇｕｉｄｉｎｇｒａｃｉｎｇｗｉｎｇｉｎｓｔａｌｌｅｄｃｏｒｒｅｃｔｌｙｉｄｅｎｔｉｉｅｆｄｉｎｔｈｅｗｉｎｇｄｉｆｅｒｅｎｔｅｖｅｎｔｓｗｈｅｎｔｕｎｉｎｇｓｒａｔｔｅｇｙｈａｓｃｅｒｔａｉｎｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｉｃｆａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＳＣｒａｃｉｎｇ；ｒｅａｒｗｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｉｏｔｎ；ＣＦＤ

汽车尾翼原理

汽车尾翼原理
汽车尾翼，作为汽车空气动力学中的重要组成部分，扮演着提
高车辆稳定性和降低风阻的关键角色。

汽车尾翼的设计原理是基于
空气动力学的基本原理，通过改变车辆尾部的气流特性，达到降低
风阻、增加下压力和提高稳定性的效果。

首先，汽车行驶时，车辆前部会产生气流，这些气流在车身表
面流动并形成气流分离。

当气流分离后，会在车辆尾部形成一个低
压区域，这会导致车辆尾部产生气流涡旋，增加了空气阻力，降低
了车辆稳定性。

而尾翼的设计就是为了改变这种气流特性，减小气
流分离区域，减少气流涡旋，降低空气阻力，提高车辆稳定性。

其次，汽车尾翼的设计原理还包括增加下压力。

在高速行驶时，车辆底部和车轮周围的气流会产生升力，使得车辆失去一部分接地
压力，降低了车辆的稳定性。

而尾翼的设计可以改变尾部气流的流
向和速度，产生一个向下的气流，增加车辆尾部的气动压力，提高
了车辆的下压力，增加了车辆的稳定性和操控性能。

另外，汽车尾翼的设计原理还涉及减小空气阻力。

通过改变车
辆尾部的气流特性，尾翼可以减小车辆尾部的气流涡旋，降低空气
阻力，提高车辆的行驶效率，减少燃油消耗。

这对于提高汽车的动力性能和节能环保具有重要意义。

总的来说，汽车尾翼的设计原理是基于空气动力学的原理，通过改变车辆尾部的气流特性，达到降低风阻、增加下压力和提高稳定性的效果。

尾翼的设计可以减小气流分离区域，增加下压力，并减小空气阻力，从而提高车辆的性能和稳定性。

因此，在汽车设计中，合理设计尾翼结构，对于提高汽车性能和行驶安全具有重要意义。

穿甲弹尾翼超塑成形工艺与模具的优化设计

当放宽成形工艺条件，之更适应工业生产。使
１２脱模方法分析与优化在尾翼成形后直接顶出，往会使翼片断留在往
形槽内，使模具失效这是以下三个因素综合作用
的结果，变其中任一因素，可实现顺利脱模。改即
（）文献［］ｎ２详细介绍了小端挤压成形过程的金属流动规律，明在尾翼的小端，说柱体与翼片问的相对刚性移动，使其交界处产生较大的剪切变形，大变最
形量达Ｉ１０，近材料的超塑性极限。如果工艺８％接
Ｉ超塑成形工艺方案的优化
】１挤压变形方案分析与优化
向挤压工艺的网格模拟圉，大剪切变形量只有最
４０左右。这样既可碱轻出现裂纹的倾向，可适０％又
文献［］用整体凹模，行模拟试验，果表Ｉ采进结
Ｌ４Ｃ铝合金穿甲弹尾翼是新～代钨合金脱壳穿
甲弹中的重要零件之一。其传统加工方法是用棒料经机加工制成，料利用率低、艺复杂、工周期材工加
长、成本高。文献：］Ｉ对供应态Ｌ４铝合金的超塑ｃ
翼片只有靠柱体的拉动才能出模；（）翼片呈狭长片状，２比表面积非常大．变形故比大，滑效果差，形后形槽对翼片的夹持作用润成强．模时造成的摩擦阻力很大；脱（）超塑状态下，属的流变应力很小，性极３金塑好，引起制件变形。易

FSAE赛车空气动力学套件优化设计

文章编号： 1009 − 444X （2021）01 − 0053 − 08FSAE 赛车空气动力学套件优化设计李嘉寅，刘宁宁，沈钰豪，谭博文，陈　焕，薛雨晴，黄碧雄（上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620）摘要：空气动力学作为赛车的关键领域，很大程度影响着赛车各方面性能. 在满足中国大学生方程式汽车大赛（Formular Student China ，FSC ）规则（2019赛季）的前提下，提出一种赛车空气动力学套件的改进优化方案. 使用数值累进法和控制变量法的优化方法，并通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD ）进行仿真，设计完成一套性能优异的空气动力学套件.与2018赛季车辆相比，该设计使赛车的负升力和的升阻比分别提高81%和91%，极大提升了整车的动力学性能.关键词：大学生方程式汽车大赛；空气动力学；计算流体动力学中图分类号： TH 122 文献标志码： ADesign and Optimization of AerodynamicsParts on a FSAE VehicleLI Jiayin ，LIU Ningning ，SHEN Yuhao ，TAN Bowen ，CHEN Huan ，XUE Yuqing ，HUANG Bixiong（ School of Mechanical and Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China ）Abstract ：Aerodynamics, as a significant field of racing car, largely affects all aspects of racing performance.The aerodynamics properties of the new season was redesigned on the premise of meeting the rules of Formula Student China (FSC) in season 2019. By using numerical progressive methods and control variate method to optimize, and carrying computational fluid dynamics (CFD) to simulate, a set of aerodynamics parts with outstanding performance was designed and completed. The results show that compared to the season 2018, the new design not only increases the downforce and lift-to-drag ratio of the racing car respectively by 81% and 91%, but also greatly improves its kinetic performance.Key words ：formula society of automotive engineers (FSAE)；aerodynamics ；computational fluid dynamics (CFD)大学生方程式赛车大赛（Formula Society of Automotive Engineers ，FSAE) 由国际汽车工程师学会(Society of Automotive Engineers (SAE)International)于1978年开办，在当今世界内被视作大学生的“F1方程式赛车”，该赛事不只是单纯的竞速比赛，更是一项考察车辆性能设计的比赛.参赛者需要根据比赛规则在规定时间内设计制作一辆性能优异的方程式赛车.收稿日期： 2019 − 04 − 18基金项目：上海市大学生创新创业活动计划资助项目（E3-0800-18-01205）作者简介：李嘉寅（1998 − ），男，在读本科生，研究方向为车辆工程. E-mail ：****************通信作者：刘宁宁（1987 − ），男，实验师，硕士，研究方向为车辆NVH 测控技术. E-mail ：****************第 35 卷第 1 期上海工程技术大学学报Vol. 35 No. 12021 年 3 月JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCEMar. 2021赛车同其他车辆一样，是一种高度复杂的空气动力学装置. 由于其较小的离地间隙，导致周围的气流更加复杂，使得赛车在行驶中产生更多的阻力和紊流. 在悬架、轮胎、动力方面已经改进的情况下，良好的空气动力学套件（以下简称空套）则可以极大提高赛车性能. 其主要目标是在引进较小阻力的前提下提供较高的下压力来增加汽车的抓地力，产生牵引力. 空气动力学下压力作为赛车性能中最重要的因素之一，在制动、转向、加速度等方面有着无可比拟的作用[1].由于气动力不同于惯性力，空套可以在较小质量增加（套件的自重）的条件下，极大增加机械抓地力，从而提高轮胎的工作效率，获得更好的路面附着条件. 目前，国外的空气动力学套件设计已步入研究整车流场平衡的阶段，而国内的相关研究虽起步较早，但近几年发展缓慢，绝大部分对空套的设计研究仍只停留在简单的翼型选择和最大限度榨取总气动负升力（即下压力）上，很少关注气动平衡对车辆动力学以及赛车底盘调教策略产生的影响.上海工程技术大学锐狮电动方程式赛车队于2017年首次引入空气动力学套件，并完成整套设计、加工、装配流程. 本文基于往届赛车的设计基础，对组合翼各翼片攻角进行优化，并将研究重点深化至气动平衡上，在设计之初就将各套件之间的影响考虑在内，以期解决前后下压力的分配不合理、上游套件对下游套件影响过大等问题.1 研究方法赛车空气动力学套件最基础和主要的组成部分是翼型. 翼型参数包括弦长、倾角、攻角、展宽比、前后缘半径等. 考虑设计成本因素，优化攻角远比从数不尽的翼型库中挑选最合适的翼型有效率得多. 良好的攻角设计组合不仅可以提供较大的下压力，而且不会产生过多阻力. FSAE赛车多采用组合翼来提高翼片获取下压力的上限，组合翼中各个翼片存在相对几何关系：主翼攻角、襟翼相对攻角、缝道（Gap）水平距离、缝道竖直距离.然而在实际设计中，这些相对几何关系都较为复杂，与最后产生的下压力并不呈现明确的线性关系，这使得设计变成多变量问题.计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）有限元分析方法能够执行CAD模型的理论测试计算. 虽然其精度比不上风洞试验，但却克服了后者的局限性. 目前，CFD可以分析从层流到湍流、定常到非定常、不可压到可压、无黏到有黏的几乎所有的流动现象[2]. 一般来讲，物体表面流体的未知量包括：流体在X、Y、Z方向上的速度、流体密度、温度和压强. 一般在赛车空气动力学中，密度和温度视为常量. 本质上，CFD通常是计算物体表面流速的改变. 本文将主要对各套件的组合翼攻角等进行优化设计分析，从而获得一套性能优异的空气动力学套件.2 模型建立及前处理2.1 三维模型2018赛季整车CAD模型如图1所示. 本研究在其设计基础上保留优良翼型及整体布置思路，然后在理论研究基础上，对空气动力学套件进行概念设计和优化选型；之后利用CATIA软件进行设计建模，前翼主翼选取升力系数和最大厚度较为均衡的AH 79-100B为翼型，通过宏命令精确导入到CATIA中. 为增大底板气流流量并减少底部能量的损失，主翼采用抬高前翼中部的变截面设计，建模使用多截面曲面功能一次成型. 襟翼的设计尽量在不损失前翼下压力的前提下减小近车身侧的弦长并提升内侧翼型的攻角，以达到将外侧气流抽吸至内侧的目的，在CATIA中同样采用变截面曲面来实现建模. 2019赛季整车CAD模型如图2所示.图 1 2018赛季整车CAD模型Fig. 1 CAD model of whole vehicle in season 2018考虑到CFD分析的时间效率，对车身及车体外部的驾驶员头盔和轮胎进行简化处理. 本文主要针对空气动力学套件进行设计分析，通过对阻· 54 ·上海工程技术大学学报第 35 卷塞比的计算得出计算域的大小：计算域长度为尾翼的10倍，高度为翼面半宽的5倍，以此保证不会出现回流，进而确保分析精度[3].2.2 控制方程和湍流模型结合赛事实际行驶工况，赛车车速一般为60 km/h ，空气密度变化不大，可以近似看成是常数，因此尾翼周围空气为不可压缩流体[4]. 根据雷诺理论，流动属于湍流，因而赛车空气动力学套件气动力的模拟属于求解湍流流动问题，采用的控制方程为三维不可压缩的雷诺平均连续方程和雷诺平均N-S 方程，即u ′i u ′j 式中：u i 为略去平均符号的雷诺平均速度分量；ρ为密度；p 为压强；、为脉动速度；σij 为应力张量分量.湍流模型采用Realizable k -ε模型[5]，该模型有利于代表各种不同尺度涡间能量谱的传递，可以有效用于不同类型的流动模拟. 该模型包括湍流动能（k ）方程和湍流耗散率（ε）方程. 关于k 的湍流动能方程为关于ε的湍流耗散方程为其中式中：μt 为湍流黏度；v 为运动黏度；ρ为密度；G k 为平均速度梯度引起的湍动能的生成项；G b 为浮力引起的湍动能的生成项；Y M 为可压缩湍流对总体耗散率的脉动膨胀的贡献项；C 2、C 1ε和C 3ε为常数；σk 与σε为关于k 与ε的湍流普朗特数；S k 与S ε为CFD 用户自定义源项；S 为平均应变率张量模量. 由于Realizable k -ε在湍流黏度计算中引入旋转和曲率有关的内容，并且ε方程的第3项不具有奇异性，这与Standard k -ε模型和RNG k -ε模型有很大区别[6].在CFD 模拟中对尾翼，前翼等空气动力学套件附近的流动特征、下压力和升阻比进行分析. 然后在完成优化的基础上进行整合计算，得到整车分析数据. 根据整车分析结果确定最终方案，并且将最终优化方案用于实车制造并进行实车性能测试.2.3 模型前处理使用STAR-CCM+完成计算域和网格的绘制，分析尾翼的计算域网格如图3所示.图 2 2019赛季整车CAD 模型Fig. 2 CAD model of whole vehicle in season 2019(a) 外部YZ X图 3 计算域网格Fig. 3 Computational domain grid第 1 期李嘉寅等：FSAE 赛车空气动力学套件优化设计· 55 ·网格大小的计算根据边界层计算器输入Y+=30，得出雷诺数Re=1×106. 下边界层总厚度d为0.021 6 m，计算得到外部体网格的单元格目标大小约为0.1 m. 由于不同的流动问题数值解法不同，需要的网格形式有一定的区别，但生成网格的方法基本一致. 网格可以分为结构网格(Structured Grid)和非结构网格(Unstructured Grid)两大类. 结构网格在空间上比较规范，网格往往是成行成列分布的，行线和列线明显；而非结构网格在空间分布上没有明显的行线和列线. 外流场计算常用的体网格类型有四面体网格(Tetrahedral Mesh)、Trimmed网格、多面体网格(Polyhedral Mesh)和边界层网格(Prism Mesh)[6].考虑到赛车造型复杂，使用非结构性网格，网格中的每个元素都可以是二维多边形或者三维多面体，其中最常见的是二维三角形以及三维四面体. 这里使用STAR-CCM+中多面体网格，其结合了四面体网格划分速度快和六面体网格精度高的特点，单个网格可同时与相邻的12或14个网格进行交互，这也极大减少了网格的数量，加快了计算效率，通常多面体网格的收敛速度比四面体要快接近一倍，比六面体也要快40%.2.4 边界条件参考文献[7]，边界类型有进口（Inlet），出口(Outlet)、对称面(Symmetry)和壁面(Wall). 进口设置为速度进口(Velocity inlet)，速度进口湍流强度为0.5%，湍流速率=4×计算域面积/计算域周长，流速u为16.67 m / s，出口设置为压力出口(Pressure outlet)，压力出口的湍流强度设置为0.5%，湍流速率=4×计算域面积/计算域周长. 为使仿真更贴近实际，地面设置为滑移壁面，滑移速度为16.67 m / s，车轮设置为旋转壁面，在地面上做纯滚动. 介质设定为空气.3 CFD优化分析3.1 前翼优化设计前翼是安装于赛车前部的空气动力学装置，为赛车前部提供下压力. 同时，前翼能够很大程度上影响前轮的升阻系数，其能够引导赛车前方的气流绕过前轮从而减少前轮大量的阻力.由于FSAE赛规中有前翼外侧离地250 mm的限制，从赛车的正投影面来看，前翼并无法完全遮挡前轮，所以需要特殊的设计来尽量引导气流绕过前轮. 就整车流场的层面而言，前翼所产生的升流会影响下游组件的工作效率，而前翼作为产生下压力的组件，这种影响不可避免，故设计中应在不过多减少下压力的情况下尽可能减小前翼的升流，前翼的下压力分配对于拥有不同转向特性的赛车也有所不同.2019年的新赛车采用前翼主要起引流作用并减少对下游组件干扰从而使侧翼下压力最大化的设计思路，同时通过尽可能多的外洗气流减少前轮迎风阻力并增加前翼的效能，设计效果如图4所示. 通过对变截面翼型的利用，减小前翼近车身侧的弦长和攻角从而减少前翼的上升气流对于下游组件的影响[6]. 该翼型还能有效增加前翼的外洗效应，减小轮胎的阻力.图 4 2019赛季赛车前翼Fig. 4 Front wing of season 2019前翼部分迹线图如图5所示. 图中深蓝色区域为前翼下翼面的低压区，由于三维流场中水平方向也存在压力流动，即翼尖涡效应，所以低压区并没有遍布整个下翼面. 为降低前翼对尾翼的影响，其攻角和弦长的减小必然会造成前翼下压力的减小，为弥补下压力的损失，主翼上安装竖直的旗翼，同时竖直旗翼能够进一步强化前翼端板对于该整体区域的气流外洗，起到减少前轮阻力，增强前翼的抽吸能力，从而在不改变弦长和攻角的情况下起到进一步提高前翼升力系数的作用.设计中为尽可能减小前翼对下游组件的影响，前翼中央采用负攻角并上抬翼面以减小前翼中部静压的大小，改善前翼对下游气流的损耗. 赛车前翼压力云图如图6所示. 从图中可以看出，中部静压明显小于侧边. 在CFD软件中，将迎风速度设置为16.67 m / s，得到2个版本赛车前翼的相关结果见表1. 与2018年赛车相比，2019年赛车前翼的下压力和对前轮的影响有相当程度的提高.· 56 ·上海工程技术大学学报第 35 卷1.713X Y Z7.44513.17818.91124.64330.376−1 200−868−536−204128460速度 / (m·s −1)压力系数图 5 赛车前翼部分迹线图Fig. 5 Part of track diagram of front wingXY Z −1 200−868−536−204128460压力系数图 6 赛车前翼压力云图Fig. 6 Pressure contour of front wing表 1 前翼分析数据表Table 1 Front wing analysis data table赛车版本负升力 / N 前轮迎风阻力 / N2018年120902019年210153.2 侧翼及扩散器优化设计侧面扩散器和尾部扩散器现已成为FSAE 赛车产生较大下压力的关键元素，其本身产生的阻力较小，在地面效应的影响下对整车的下压力提升有着至关重要的作用，且这部分设计在FSAE 中有很多应用前景，侧翼的添加，减少了扩散器壁面上气流的分离，提升临界扩散角的大小，能够有效提升侧面扩散器产生下压力的能力. 侧翼及扩散器的设计效果如图7所示. 侧翼最大程度上利用侧面空间，最大化扩散角的值，同时尽可能扩大扩散器入口的大小以获得更多气流的加速. 同时后轮附近的侧翼能够有效抑制后轮生成的乱流，减少后轮的阻力.3.3 尾翼优化设计尾翼一般使用组合翼的设计方案，通过各翼之间的引流可以让襟翼在较大的攻角下不会轻易失速，同时组合翼之间的位置调整也可以减少能量损失. 2019赛季赛车尾翼主要以获得最大的下压力作为主要目的，并具有对其他部件影响不敏感的特性. 因此通STAR-CCM+仿真试验了不同的翼型，相对攻角及间隙来确定组合翼之间的最优相对位置[8]，同时在分析中加入头枕及头盔模型使其更加接近尾翼真实的工况. 最终设计效果如图8所示.图 8 2019赛季尾翼Fig. 8 Rear wing in season 2019在尾翼翼型方面，主翼选取弯度较大且升力系数在低速时较大的CH10. 襟翼在弯度不同的翼型中通过控制变量试验得到；出于对节省计算资源的考虑，且尾翼试验流动复杂程度低，故使用1/2尾翼模型完成CFD 仿真，实际下压力为表格数据的2倍，仿真数据见表2.表 2 翼型分析数据表Table 2 Airfoil analysis data table翼型负升力（相同攻角和来流速度） / NS1223278.8Clark-Y132.8综上选用S1223作为襟翼的翼型. 考虑到CFD 分析效率及问题导向，在保证复合实际工况的条图 7 侧翼及扩散器Fig. 7 Sidepods and diffuser第 1 期李嘉寅等：FSAE 赛车空气动力学套件优化设计· 57 ·件下对分析对象进行简化，即取含头盔、座枕在内的尾翼区域局部模型进行分析，分析结果如图9和图10所示. 从图9可见，端板的保压效果非常可观，也从侧面反映了上下翼面的压力分布.−1 350−980−610−204130500压力系数XYZ图 9 尾翼局域分析压力云图Fig. 9 Local analysis pressure contour of rear wingX YZ −1 200−880−560−24080400压力系数图 10 压力云图截面图Fig. 10 Cross section of pressure contour同理，选取最佳的相对攻角. 假设主翼与第1片襟翼的相对攻角为∠1，第1片与第2片襟翼的相对攻角为∠2，仿真数据见表3. 使用1/2尾翼作为仿真对象，从表中可见，负升力为实际的一半.表 3 组合攻角分析数据表Table 3 Angle of attack analysis data ofmultiple-element wings序号∠1 / (°)∠2 / (°)负升力 / N 13236139.623336140.233436141.443437142.253438142.863439142.0由分析结果，最后选用34°、38°的相对攻角，1/2组合翼的负升力达到142.8 N ，即整体在16.67 m / s迎风速度下压力为285.6 N. 为增加扩散器的抽吸能力，提升扩散角的大小，在端板底端安装梁翼（Beam wing ），将尾翼整体的环量下移，在尽量不影响组合翼本身下压力的前提下，加强尾翼与扩散器的互相作用，提升整车的空气动力学效应. 本文中梁翼由于尺寸过小，并未起到较大的作用. 若想获得更好的效果，可以设计弦长更大的梁翼，但仍要考虑其对尾翼主翼下翼面压力分布的影响.从图10可知，驾驶员的头盔与头枕也对尾翼产生了些许影响，主翼前缘下部的低压区域呈现不自然的向后扭曲. 由于头枕位置和人机由总布置所定，并不能做太大变化，只能通过对尾翼的调整来尽可能地减小影响. 结合图10及空气动力学湍流理论可知，流体绕一定攻角的翼型流动时，会在翼型前缘背风面某处脱体，形成顺时针旋转的前缘涡，同时在后部尖缘处形成逆时针旋转的后缘涡，前缘涡与后缘涡之间存在剪切层. 随着前缘涡与后缘涡的发展和相互作用，翼体绕流的流态呈周期性变化，这一点在尾翼表现尤为明显. 为避免边界层分离，可以在后期引进被动流动控制技术，例如涡流发生器改善局部的流体状态.3.4 端板优化设计端板作为赛车中不可或缺的一部分，不只是用来隐藏翼型轮廓或作为赞助商标牌. 它最重要的一点是可以确保翼片不会出现较大的负升力损失，同时减少阻力. 如果没有端板，由于上翼型上下表面压差，空气会从高压侧迁移到低压侧造成压力损失[9]. 在端板布置方面，由于翼型上方静压升高比翼型下方静压降低要小得多，因此，机翼的影响在其下方比在其上方延伸得更远，这意味着需要在翼片的下方有更大的端板面积.前翼端板首要的目的是为了稳定压差进行保压，由于前翼安装位置的特殊性，其受到地面效应影响，所以端板保压作用好坏直接决定了前翼升力系数的大小，因此端板上安置有不同种类的保压条. 由前翼的CFD 仿真可得，在无保压组件的情况下，前翼负升力为189 N ；在有保压组件的情况下，前翼负升力为210 N ，提高将近11.11%的负升力. 同时前翼端板除了稳定压差外还需要拥有良好的引流特性，引导流向前轮的气流使其偏转到外侧或底部，从而达到减小前轮阻力的效果.尾翼端板同样可以通过一些附加组件或细节修改来加强其性能，2019与2018赛季赛车尾翼端· 58 ·上海工程技术大学学报第 35 卷板都加装了前缘缺口，如图11所示. 与前翼端板类似，尾翼端板的作用之一便是保压，而前缘缺口削减了端板的面积，从而降低了保压效果，并使得下压力小幅减少；但在侧风偏航车况下，前缘开口能成为来流进入尾翼的通道，缓解此工况下尾翼下压力由于来流不足而降低的问题，减小其空气动力学敏感度，增强了稳定性.X YZ−1 200−880−560−24080400压力系数图 11 2019赛季赛车尾翼端板压力云图Fig. 11 Pressure contour of rear wing’send plate in season 2019扩展来讲，理想的尾翼板大小取决于翼型的下压力水平，下压力较低的尾翼组合产生较小的压力变化，故对周围空气压力影响延伸的距离较小，可以使用较小的端板，反之亦然. 故2019年赛车的尾翼端板长度相较2018年的尾翼端板延长约30%.4 整车结果分析与对比图12为整车迹线图，由图可知，整车流线型良好，仅在车轮后方及车身尾部形成较大涡流. 前翼有明显外洗，中部上洗较少，符合预期设计，可有效降低前轮产生的紊流并增强前翼的抽吸作用，保证侧面扩散器有更多高能气流进入，且可看出相比尾翼影响不大. 3层尾翼的设计使气流能够更加贴合后方翼型，长端板保证了尾翼的保压效果，做到了先期预期能达到的最大下压力.2019年赛车在装配优化设计的空气动力学套件后，空气动力学指标都有较大提升，见表4. 首先负升力升高至原来的181%，增加明显，但是2019年赛车的阻力系数也增加33.66%，这是由于负升力的升高会导致压差阻力的升高，也可以说是获取下压力的代价之一. 升阻比是反映赛车空气动力学效率的一个重要指标，通过比较2版赛车可以发现，2019年赛车拥有更高效率的空气动力学套件，迎风面积的骤减也是其获得高效率的原因之一. 通过对赛车总布置以及造型的优化，相比2018年赛车，2019年赛车可有效减少过去只增加外形阻力的“无用”区域，并将它们转变为带有翼的空套部件区域.表 4 整车分析数据表Table 4 Vehicle analysis data sheet赛车版本负升力 / N阻力系数升阻比迎风面积 / m2 2018年380.1 1.01 1.45 1.3122019年686.5 1.35 2.77 1.046在气动平衡方面，2018年赛车未做出相关优化，风压中心（前后气动力平衡轴）相比重心位置（车长45∶55位置处）严重靠前，即前翼下压力占比过大. 2019年赛车对此进行了考量，最终的设计方案中，通过CFD软件去计算整车相对于过重心点水平轴气动力矩（C m）来判断风压中心距离重心的远近，最终经过软件计算所得气动力矩仅为10 N·m，可将其视为与重心基本重合.由此可见，通过正确的优化方法和设计思路来引导设计，最终能收获一套高性能的大学生方程式赛车的空套优化方案.5 结语本文分别对各空气动力学套件进行优化设计，并最终通过整车分析进行方案的验证. 结果表明：2019年赛车在负升力和升阻比的设计上进一XYZ6.11212.22418.53724.44930.561−1 000−750−500−2500250速度 / (m·s−1)压力系数图 12 整车迹线图Fig. 12 Full vehicle track diagram第 1 期李嘉寅等：FSAE赛车空气动力学套件优化设计· 59 ·步优化，负升力提升达到2018年的181%；前翼的外洗效应可以有效减少前轮紊流，并且能够显著提升前翼的升阻比和下压力；尾翼端板、相对攻角和间隙是影响其下压力的3个显著要素；侧翼和扩散器能对赛车的下压力提升起很大的作用，并同时提升前翼和尾翼的工作效率.2019年赛车的空气动力学套件的优化使得负升力和升阻比相比2018年赛车有较大的进步，对赛车性能有显著的提升，对赛车后续的设计优化具有指导实践意义.参考文献：MCBEATH S. Competition car aerodynamics [M ] . 3rdEdition. England: Veloce Publishing Limited, 2017: 8.［1］傅立敏. 汽车设计与空气动力学［M ］ . 北京. 机械工业出［2］版社, 2010: 1−25;.吕立坤. 扰流板对轿车气动特性改善的数值仿真［D ］ . 长春: 吉林大学, 2006.［3］王福军. 计算流体动力学分析［M ］ . 北京: 清华大学出版社, 2004: 185−253.［4］WILCOX D C. Turbulence modeling for CFD [M ] . 2ndEdition. La Canada: DCW Industries, 1998: 174.［5］孙文. 基于CFD 的低速赛车前后翼设计［D ］ . 长沙: 湖南大学, 2016.［6］杨炜, 谢睿轩, 曹子浩, 等. 大学生方程式赛车空气动力学套件改进［J ］ . 中国科技论文，2018，13（17）：2050 − 2054.［7］邓召文, 王兵. FSC 赛车空气套件CFD 优化设计［J ］ . 汽车实用技术，2014（3）：22 − 27.［8］曾飞云. 万得FSC 赛车空气动力学特性研究［D ］ . 锦州:辽宁工业大学, 2014.［9］（编辑：韩琳）• 科研快讯 •我校李文尧副教授带领的先进储能与传感材料团队在国内主办的中科院一区期刊Green Energy & Environment 上发表了以“Realizing optimal hydrogen evolution reaction properties via tuning phosphorous and transition metal interactions”为题的研究成果.20世纪以来，国内经济的快速发展和能源消耗，迫切需要大力发展清洁可再生的清洁能源推动未来经济发展，氢能作为一种可再生能源，成为未来能源发展的重要角色之一. 电解水析氢是氢能获取的主要途径，在这项研究工作中，该团队利用过渡金属掺杂和调控策略合成一种Co-Mo-P 化合物（非均相Co x Mo 1−x P 纳米阵列），发现通过掺杂形成的包含两种掺杂的化合物的金属磷化物和金属氧化物的纳米片层，以不完全磷化的状态和掺杂的氧化物共存的形式能有效提升电催化剂析氢能力，同时可通过调控不同金属的掺杂比例来优化催化性能. 发现Co 、Mo 金属掺杂的结构有效降低电解水析氢（阴极端）和析氧（阳极端）的电位. 最终，获得材料作为析氢催化剂获得的过电位只有51.2 mV （10 mA•cm −2时）. 同时，作为另一极电催化析氧催化剂也获得了较低的过电位353 mV （10 mA•cm −2时）. 此外，在20 h 稳定性测试过程中性能基本不变，并且作为电解水的阴阳极，获得的全水解的过电位只有1.603 V （10 mA•cm −2时），是性能优异的双功能催化剂. 该项工作得到国家自然科学基金、上海市“晨光计划”、中央高校创新基金以及英国工程和自然科学研究委员会基金的支持.· 60 ·上海工程技术大学学报第 35 卷。

赛车尾翼伯努利原理

赛车尾翼伯努利原理赛车尾翼与伯努利原理在赛车运动中，尾翼是一种非常重要的装置。

尾翼的作用是增加赛车的稳定性和抓地力，使赛车在高速行驶时能更好地贴地，提高行驶的稳定性和安全性。

尾翼的设计离不开伯努利原理。

伯努利原理是描述流体运动的基本原理之一。

它是由瑞士数学家丹尼尔·伯努利在18世纪提出的，被广泛应用于流体力学领域。

伯努利原理的核心思想是：当流体在管道或空间中流动时，流体的速度增加，压力就会降低；反之，当流体的速度减小时，压力就会增加。

赛车尾翼的设计就是基于伯努利原理的应用。

尾翼上方是气流流动的高速区域，而尾翼下方是气流流动的低速区域。

由于高速气流的速度大，根据伯努利原理，高速气流的压力就会降低。

而低速气流的速度小，根据伯努利原理，低速气流的压力就会增加。

这样，尾翼上下两侧的压力差就会产生一个向上的力，即升力。

尾翼产生的升力有两个主要作用。

首先，它可以增加赛车的下压力，提高赛车在高速行驶时的抓地力。

赛车在高速行驶时，由于空气的阻力和车轮与地面的摩擦力，赛车容易产生飘移或失控的情况。

而尾翼产生的下压力可以增加赛车与地面的接触力，提高赛车的抓地力，使赛车能更好地贴地，提高行驶的稳定性和安全性。

尾翼产生的升力还可以改善赛车的空气动力学性能。

赛车在高速行驶时，会遇到大量的空气阻力。

尾翼产生的升力可以抵消部分空气阻力，减小赛车的阻力系数，提高赛车的速度和操控性能。

尾翼的设计需要考虑多个因素，如尾翼的形状、角度和高度等。

尾翼的形状一般采用翼型设计，可以减小空气阻力和气流分离的现象。

尾翼的角度可以通过调整来改变尾翼产生的升力大小。

尾翼的高度一般根据赛车的设计要求和赛道的特点来确定。

除了尾翼，赛车的其他部位也可以利用伯努利原理来改善赛车的性能。

例如，在赛车的前部和侧部，通过设计气动套件，可以改变气流的流动状态，减小空气阻力和气流分离的现象，提高赛车的速度和操控性能。

赛车尾翼的设计离不开伯努利原理的应用。

小口径尾翼脱壳弹外弹道优化设计

小口径尾翼脱壳弹外弹道优化设计
王中原;周卫平
【期刊名称】《弹道学报》
【年(卷),期】1996(008)004
【摘要】对小口径尾翼脱壳穿甲弹结构参数在飞行弹道上对空气动力特性、外弹道特性的相互影响作了分析，建立了飞行弹道上对主要结构参数进行气动力、外弹道一体化优化设计的数学模型，利用空气动力与外弹道数值计算和最优化方法进行求解。

通过对某小口径火炮尾翼脱壳穿甲弹优化设计应用表明，优化设计后的脱壳穿甲弹主要性能优良，优化设计收到了很好的效果。

【总页数】5页(P60-64)
【作者】王中原;周卫平
【作者单位】南京理工大学动力工程学院;海军装备论证研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TJ411.7
【相关文献】
1.尾翼稳定脱壳穿甲弹全弹道优化设计研究 [J], 易文俊;汤瑞峰;曾仕伦
2.脱壳穿甲弹气动力-外弹道优化设计 [J], 王中原
3.尾翼稳定脱壳穿甲弹全弹道多目标优化设计 [J], 汤瑞峰;许国平
4.大口径尾翼稳定脱壳穿甲弹全弹道优化设计 [J], 汤瑞峰;易文俊
5.“小口径高炮用弹的外弹道气动力优化设计”通过技术鉴定 [J], 韩子鹏
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大学生方程式赛车气动性优化设计毕设论文

河北工业大学毕业论文作者：学号：110322学院：系(专业)：车辆工程题目：大学生方程式赛车气动性优化设计指导者：讲师(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2015年 05月 21 日目录1.绪论 (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2车身气动性研究现状 (2)1.3研究内容 (3)1.3.1 使用UG对车身进行建模 (5)1.3.2 前期处理 (6)1.3.3 边界条件设定 (6)1.3.4 FLUENT计算结果 (6)2.赛车空气动力学特性 (6)2.1负升力产生原理 (8)2.2空气动力学附加装置 (8)2.2.1前负升力翼 (9)2.2.2后负升力翼 (10)3 空气动力组件与车身的CAD初步模型................... 错误！未定义书签。

4 空气动力组件与车身的前期处理 (13)4.1 模型检查 (15)4.2 设置网格参数 (16)4.3 网格划分并检查质量 (17)5 空气动力组件与车身的流体分析 (17)5.1边界条件 (18)5.2 外流场分析 (19)结论 (24)参考文献 (24)致谢 (27)1. 绪论1.1课题研究的背景及意义车身流体力学是车体与周围空气相对运动的研究时产生的相互作用和运动。

气动性的优劣直接影响汽车上的经济性，动力性能，乘坐舒适性和操纵稳定性。

汽车气动性的优化设计是目前汽车车身设计的一个重要方向，这直接影响的汽车的性能。

大学方程式赛车的研究，国内车队，空已经有了一定的研究基础，气动性的优化设计已经被各个车队所重视。

在日后更高规格的比赛中气动性的优化设计已经成了必不可少的一部分，大学方程式是一场内场场地比赛，其对轮胎和场地的要求较高，在比赛的第一部分要求讲解赛车的设计理念与过程，并展示仿真分析；在比赛的第二部分就是要展示汽车的整体性能在赛制要求下以最快的速度完成比赛，方程式赛车为了跑的更快展示更大的功率就要以牺牲车重为代价，这是增加空气动力学套件就可以解决车重过轻的问题。

赛车的尾翼是什么原理

赛车的尾翼是什么原理赛车的尾翼是一种用于提高汽车性能和稳定性的装置。

它的原理是利用空气动力学的知识和气流的流动来产生下压力，增加车辆在高速行驶和转弯时的牵引力和稳定性。

首先，为了理解尾翼的工作原理，我们需要了解一些基本概念，如气动力学、空气动力学和涡流。

气动力学研究空气力学和流体力学在构造物体上的应用，而空气动力学专注于研究空气在运动物体上造成的影响。

我们知道，当汽车行驶时，车辆前方会形成一个气流，这个气流叫做直接空气流。

当直接空气流接触到车身表面时，会形成一股正压力，即气动升力。

尾翼的作用是改变直接空气流的路径和速度。

它是通过改变汽车尾部的气流动态来增加下压力的。

尾翼在汽车底部产生一个高速的气流流向后方，形成下面所说的负压力。

尾翼的形状和角度特别设计，可以在车辆行驶时产生旋转气流或涡流，这些涡流产生的负压力与直接空气流产生的正压力相互作用，从而增加车辆尾部的下压力。

尾翼的角度是非常重要的。

尾翼倾斜的角度决定了气流流经尾翼时产生的涡流的强度和方向。

当尾翼倾斜度增大时，产生的涡流强度也相应增加，进而产生的下压力也增加。

然而，尾翼倾斜角度太大会导致气流过于分离，导致产生较大的阻力，影响直线行驶的速度。

此外，尾翼的形状也发挥着重要作用。

尾翼的形状可以决定气流的分离和重合的方式和位置。

通常来说，尾翼的形状越平坦，气流分离的位置越靠后，产生的涡流越强，下压力也就越大。

相反，如果尾翼的形状很圆滑，气流分离的位置就会在较早的地方，产生的涡流较弱，下压力也就相应减小。

除了形状和角度之外，尾翼的位置也非常重要。

尾翼的位置应该尽量靠近车辆的尾部，以便尽可能接触到直接空气流。

如果尾翼位置过于靠前，会导致尾部产生高正压，反而会降低车辆的稳定性。

综上所述，赛车尾翼是通过改变汽车尾部的气流动态来产生下压力的。

通过尾翼的设计，可以使气流分离的位置迟滞，从而形成旋转气流或涡流，增加尾部的下压力，提高车辆在高速行驶和转弯时的牵引力和稳定性。

大学生方程式赛车规划布局

大学生方程式赛车设计（总体设计）摘要本次毕业设计为期二个多月，进行了方程式赛车的总体设计。

在设计中，主要运用了对比分析的方法，各项参数通过优化设计和UG、MATLAB等进行优化。

初期阶段，我们根据2011年大学生方程式汽车大赛规则确定了赛车整体布置方案，并进行论证与分析，初步确定赛车主要参数。

通过计算与对比，确定发动机型号，初选传动系最大传动比、最小传动比。

中期阶段，我们设计中使用UG6.0三维软件对各个零部件总成进行建模和整体装配，并进行悬架、转向的运动干涉分析。

利用发动机动力特性曲线特点，用MATLAB软件绘制出赛车驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图等，并详细计算赛车燃油经济性。

最后阶段，利用UG7.5进行导出赛车总体布置二维工程图，并制成总体参数表，并将第一代赛车与第二代赛车进行对比分析。

对于考虑到的实际生产中可能发生变化的悬架、车架和转向部件，预留方案。

通过本次毕业设计，了解和掌握了对汽车进行总体设计的步骤和方法，巩固了本专业的所学的专业知识，增强了搜集资料、整合资料的能力，这些将为我毕业以后从事汽车设计工作打下良好的基础。

关键词：FSAE，总体参数，参数确定，总布置、赛车动力性、燃油经济性特殊符号m a 汽车总质量kgV 最高车速km/hL 轴距 mmB1 前轮距 mmB2 后轮距 mmR 最小转弯半径mmhg 满载时质心高度mmhgˊ空载时质心高度mmD 轮胎直径mmB 轮胎宽度mmP 轮胎气压MPA 汽车迎风面积F 滚动阻力系数C空气阻力系数Do i驱动桥主减速比g i变速器传动比F汽车行驶使的空气阻力w1g i变速器Ⅰ挡传动比F车轮与路面的附着力ϕm汽车总质量au汽车行驶速度aP发动机最大功率emaxT发动机转矩eP为克服滚动阻力所消耗的功率fϕ轮胎与路面的附着系数η传动系效率tQ是百公里油耗s目录第一章FSAE赛车总体概况 (1)§1.1 FSAE赛车起源 (1)§1.2 FSAE赛车现状 (2)§1.2.1国际赛车概况 (2)§1.2.2国内赛车概况 (2)§1.2.3我校赛车概况 (2)§1.3 FSAE赛车总体设计概述 (3)§1.3.1汽车设计的规律、决策与设计过程 (3)§1.3.2 FSAE赛车主要技术要求 (3)§1.3.3 第二代赛车设计目标 (4)§1.3.4 FSAE赛车项目意义 (5)第二章FSAE赛车总体设计 (7)§2.1 总体设计目标 (7)§2.2 赛车目标参数的初步确定 (8)§2.2.1 发动机选择 (9)§2.2.2 轮胎的选择 (10)§2.2.3 传动系最小传动比的确定 (11)§2.2.4 传动系最大传动比的确定 (11)§2.3 赛车发动机选型 (12)§2.4 赛车主要设计参数的确定 (13)§2.4.1 尺寸参数 (13)§2.4.2 质量参数 (14)§2.4.3 性能参数 (15)§2.5 赛车各系统设计 (17)§2.5.1 悬架系统设计 (18)§2.5.2 转向系统设计 (19)§2.5.3 制动系统设计 (19)§2.5.4 电器系统设计 (21)§2.5.5 车身设计 (23)§2.5.6 车架设计 (23)第三章赛车动力性与燃油经济性 (25)§3.1 汽车的动力性 (25)§3.1.1 动力性的评价指标 (25)§3.1.2驱动力—行驶阻力图 (25)§3.1.3 汽车的加速能力 (28)§3.1.4 动力特性图 (29)§3.1.5 功率平衡 (31)§3.2 燃油经济性 (32)第四章赛车总体布置 (33)§4.1整车布置的基准线（面）-零线的确定 (33)§4.2各部件的布置 (34)§4.3总体设计参数表 (36)第五章结论 (37)参考文献 ........................................................... 错误！未定义书签。

浅析F1赛车尾翼工作原理

浅析F1赛车尾翼工作原理【关键词】尾翼下压力压力差流动分离压差阻力F1赛车世界锦标赛与世界杯和奥运会并称“世界三大运动”，它是世界上速度最快、成本最为昂贵的运动项目，而支持它这些头衔的正是一些最前沿高端的科学技术。

F1赛车所包含的技术不仅涉及无线电通讯、电气系统、液压等机械系统的应用，更为主体的应是空气动力学的应用。

而F1赛车的最主要的空气动力学组件便是前鼻翼和尾翼。

较之前鼻翼来说，尾翼的工作效应更简单直接，就是提供足够的下压力，将赛车后轮紧紧压在赛道上，而F1赛车的抓地力有超过2/3则是由后轮负担。

如果前轮下压力低则可以提高车速，但同时也会提高转向不足的趋势；相对的，如果后轮的下压力不足，那么会有转向过度的倾向，车尾就会开始打滑。

用本学期学习的一些流体力学的知识可以简单解释一下F1赛车尾翼的工作原理以及近几年尾翼几次更新换代的原因。

1968年是F1赛车技术史上具有里程碑意义，这一年见证了尾翼的诞生。

很多F1赛车的尾翼都采用上方3片，下方1片共4片水平翼板，外加两端各1块垂直翼端板的设计。

上方的3片翼板同样呈上下分开布局，上1片，下2片。

尾翼的原理及作用尾翼部分由于飞机机翼泪滴状的设计，根据伯努利定理，上表面较之下表面空气流速快，所以产生压力差，因而产生升力。

而当今F1尾翼的设计则正好相反，虽然其尾翼水平端板截面是变形的泪滴状，但是做成了下表面比上表面弧度更大的设计，在相同时间中下方空气通过的路程长，使得下表面空气流速更快而压强更小，形成的压差产生的合力方向向下，即产生了下压力。

F1赛车之所以需要尾翼产生下压力是因为由于其底盘平坦，而赛车上方驾驶舱以及其它部件的存在使得上部空气将通过的路程一定比底部大，这样一来，车下方的压力大于上方，产生了升力，虽然可以减小摩擦力追求更大的速度，但为了让车更加稳定而不出现打滑或是更有甚者，在赛道上上飘的状况，所以需要翘起的尾翼。

另一方面，赛车的极速会使赛车尾部的气流的流动产生分离，分离的流体以漩涡形式脱落，形成压力较低的尾流区，因而赛车后部的压力合力在运动方向上小于前部，前后形成压力差，产生与运动方向相反的压差阻力。