FSAE赛车进气限流阀的对比仿真分析_冯勇
FSAE赛车发动机进气系统优化设计
元分析、 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件仿真分析 ． 对进 气系统做 了结构和力学性能方面的优化。
［ 关键词 ］Ｆ Ｓ Ａ Ｅ赛车 ； 进气 系统； 仿 真； 优化 ［ 中图分类号］Ｔ Ｋ ４ １ ３ ． ４ ４ ［ 文献标志码］Ａ ［ 文章编号 ］１ ６ ７ ３ — ３ １ ４ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — ０ ０ ２ ０ — ０ ５
ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ，ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｇ Ｔ — ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ ｍａ ｎ ｉ ｆ ｏ ｌ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ３ Ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ｗ ａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＡ ＴＩ Ａ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ａ ｉ ｒ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ，ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆ Ｓ ＡＥ ｃ ａ ｒ ．
FSAE赛车车身与空气动力学套件设计及其仿真
FSAE赛车车身与空气动力学套件设计及其仿真Duan Lei;Liu Shaona;Huang Jiongjiong;Yang Yaozu【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.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)013【总页数】3页(P134-136)【关键词】中国大学生方程式赛车;空气动力学;CFD【作者】Duan Lei;Liu Shaona;Huang Jiongjiong;Yang Yaozu【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】U463.4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。
设计者通常在保证下压力分配平衡的前提下提高负升力系数值，同时控制气动阻力，即空动力学装置在获取下压力的同时必须具备一定的气动效率。
随着汽车的发展，汽车的外形也是多种多样的，但是不难发现，大多数汽车的造型都是采用流线型设计。
流线型汽车首先在外观上面就非常吸引人的目光，其次车子设计呈流线型，能大大的减少汽车行进间的风阻。
不论是汽车还是赛车，流线型造型都是一个不变的根基。
车身设计的灵感更多借鉴于仿生学：我们所知道的最佳流线型——水滴的Cd=0.05，而德国的一份研究报告中指出企鹅的阻力系数为0.03，比水滴还要小，尽管只是细微变化，但要知道对于汽车来说将Cd从0.29减小到0.28相当于给车减重100kg，且速度越快，降低的油耗越明显。
基于ANSYS的FSAE赛车发动机进气系统仿真分析
2310.16638/ki.1671-7988.2018.09.007基于ANSYS 的FSAE 赛车发动机进气系统仿真分析朱布博，孙少杰（陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018）摘 要：根据FSAE 大赛规则设计发动机进气系统，为保证动力输出，对进气系统应用ANSYS 进行流体力学分析，优化限流阀尺寸，确定集气室形状和体积，以增大与平衡各缸进气量，提升赛车动力性能。
关键词：FSAE 赛车；限流阀；FLUENT ；流体分析中图分类号：U467.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)09-23-03Simulation and analysis of intake system of FSAE racing car based on ANSYSZhu Bubo, Sun Shaojie( Shaanxi College of Communication Technology, Shaanxi Xi ’an 710018 )Abstract: Design engine intake system according to FSAE competition rules. In order to ensure the engine output power, use ANSYS to make fluid mechanics analysis of the intake system. Optimize the limit valve size and determine the shape and volume of the gas chamber to increase and balance the air intake of each cylinder, improve the dynamic performance of the car.Keywords: FSAE racing car; Restrictor; FLUENT; Fluid analysisCLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)09-23-03前言中国大学生方程式赛车大赛要求参赛学生依照大赛规则设计并制造一辆方程式赛车，比赛规则对发动机的排量和进气系统做出了规定和限制，本文简要介绍发动机进气系统设计情况，利用ANSYS 中的FLUENT 模块对其进行稳态与瞬态模拟，优化参数和结构，以增大与平衡发动机各缸进气量。
基于MotecM84的fsae赛车发动机的电喷化改造
基于MotecM84的fsae赛车发动机的电喷化改造在亚翔LD450化油器发动机基础上，添加了相关的传感器和发动机管理系统。
分析计算了喷油器的放置位置，设计并分析了进排气系统，并在台架上进行了各个工况下的喷油量和点火提前角的标定，提高了发动机的功率和扭矩。
标签：FSAE；亚翔LD450；电喷；优化设计；标定试验引言赛车采用的是亚翔LD450列发动机，该发动机采用等真空膜片化油器技术，与电子燃油喷技术相比，化油器相对有些不足。
电子燃油喷射系统是通过电脑来控制到发动机的燃油喷射量，使发动机能达到最佳的燃油动力比，提高动力性，方便不同工况下启动，更加方便控制调试。
电喷发动机上装有很多个传感器。
一旦发动机某部位发生故障其相应的传感器会将其故障码和相应参数传达给电脑，省了很多修车时不必要的麻烦。
文章对于发动机进行电喷化改进，并进行了ECU 的匹配标定工作。
1 电喷化改造方案为了实现发动机的电喷化，采用MOTEC M84为发动机控制模块M84拥有比较人性化的图形操作界面，内部数据可被快速读写，适合小规模改装。
加装传感器，自行设计燃油供给系统和点火系统。
控制模块依据曲轴位置传感器，凸轮轴位置传感器，进气压力传感器，进气温度传感器，水温传感器，节气门位置传感器和氧传感器的信号输入为依据，给出每一循环的喷油量和点火提前角，进而控制燃油喷射系统和点火系统。
为了简化发动机结构，使用进气凸轮作为凸轮轴位置传感器的触发轮，把原机的点火触发齿改造成曲轴索引齿。
如图1所示为电喷系统的工作原理。
2 硬件系统的设计2.1 点火系统的设计采用无触点电子点火系统如图2所示。
由于是单缸机，选用Bosch module 0227 100 124单通道点火模块，频率响应迅速，覆盖最高转速可达15000转。
對于线圈充电时间的设定，考虑到起动工况下电池的电压降较大，另一方面起动混合气较浓，需要较高的点火能量，所以充电时间设置得大。
如图3所示。
基于 FSAE 赛车的空气动力学套件设计及 CFD 分析
基于 FSAE 赛车的空气动力学套件设计及 CFD 分析韩小强;王洪宇;侯文彬【期刊名称】《实验科学与技术》【年(卷),期】2016(014)001【摘要】在赛车领域，空气动力学研究已经成为各项赛事以及车队之间竞争的焦点。
文中通过对 G03C 赛车进行整车空气动力学分析，找出整车造型对空气动力学的影响因素，并根据空气动力学原理设计了一套相匹配的空气动力学套件，包括鼻翼、尾翼及扩散器。
对比改装前后赛车的空气力学性能，结果表明，安装空气动力学套件后，产生一定的下压力使得赛车的高速稳定性能得到提升。
%In the field of racing cars,air dynamics research has become the focus of competition between the events and teams. For Formula SAE,aerodynamic research is very important.This paper through aerodynamic simulation analysis of G03C racing car, finds out influence aerodynamic factors of the vehicle model,and designs an aerodynamics package for it according to the principle of aerodynamics,including the front wing,rear wing and pared the aerodynamic performance of the car before and after modification,the results show that the increase of pressure makes the car high -speed stability improve under suite aerodynamic pack-age.【总页数】5页(P3-7)【作者】韩小强;王洪宇;侯文彬【作者单位】大连理工大学汽车工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学汽车工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学汽车工程学院，辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】U463.9【相关文献】1.FSAE赛车空气动力学套件组合设计分析 [J], 柏秋阳;王辉;李嘉凡;郝旭飞2.FSC赛车空气套件CFD优化设计 [J], 邓召文;王兵3.基于CFD的FSE赛车空气动力学套件研究 [J], 曾繁俊;阳林;万婷婷;钟兴华;李金畅;邱灿文4.FSAE赛车车身与空气动力学套件设计及其仿真 [J], Duan Lei;Liu Shaona;Huang Jiongjiong;Yang Yaozu5.FSAE赛车空气动力学套件优化设计 [J], 李嘉寅;刘宁宁;沈钰豪;谭博文;陈焕;薛雨晴;黄碧雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
FSAE赛车进气系统流场分析及优化
FSAE赛车进气系统流场分析及优化作者：库亚斌来源：《汽车科技》2017年第04期摘要：本文研究的对象是FSAE赛车的进气系统，研究主要参考目标为学校车队的赛车进气系统。
首先运用了理论分析方法查阅相关文献资料，初步建立三维模型，进行仿真分析。
然后运用单一变量分析的方法，对模型各部分参数进行仿真优化，求解出进气系统各部分的最优尺寸。
使用的工具是常用的三维软件CATIA。
对进气系统内气体的流动过程进行分析优化所使用软件为常用的有限元分析软件ANSYS Fluent。
经过分析优化得出了较为理想的FSAE赛车进气系统的流线分布图。
关键词：进气系统；流场分析；FSAE；20mm限流阀中图分类号：U464.234 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0055-06Abstract： The object is FSAE car's intake system， the main reference target university research team racing intake system. First， the theoretical analysis method using access to relevant documents， the initial establishment of three-dimensional model， simulation analysis. Then use the method of univariate analysis of the various parts of the model parameters of simulation and optimization， solving the optimal size of the various parts of the intake system. Tool is commonly used three-dimensional software CATIA. Process flow within the intake system of the gas is analyzed to optimize the software commonly used finite element analysis software ANSYS FLUENT use. After analysis and optimization come to the ideal racing intake system FSAE streamline distribution.Key Words： Air intake system； The flow field analysis； FSAE； 20 mm flow-limiting valves引言大学生方程式汽车大赛（简称“FASE”）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。
大学生FSAE赛车发动机进气系统设计
大学生FSAE赛车发动机进气系统设计贺彤阳;何山;黎杰;肖国权;雷雄【摘要】利用AVL BOOST建立FSAE赛车发动机工作循环的一维模型,对其进行分析优化,确定合适的进气歧管长度、谐振腔容积等几何尺寸,并借助三维建模软件Inventor对进气系统各个部件进行建模.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】4页(P20-23)【关键词】中国大学生方程式汽车大赛;发动机进气系统;BOOST【作者】贺彤阳;何山;黎杰;肖国权;雷雄【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641【正文语种】中文【中图分类】U464.1341 引言中国大学生方程式汽车大赛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制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。
发动机供给系统设计作为发动机的主要设计任务，主要包括进气系统、排气系统和供油系统设计。
发动机供给系统，特别是进气系统对于发动机性能有着非常重要的影响。
通过借鉴国外车队的经验，并进行分析对比，发现Honda 的发动机比较适合FSAE 比赛，所以决定选用Honda CBR 600 RR 这款高性能的摩托赛车发动机。
据了解，这款发动机在FSAE 赛车上的使用频率相当高，因为它的各项性能指标都非常适合这项比赛［1］，但是发动机原来的进气系统和大赛规则要求［2］的结果相差很大，必须重新设计进气系统，而不能使用发动机原装的进气系统。
2 进气系统布置对于汽油机而言，进气量的多少直接决定发动机性能的高低［3］。
FSAE20mm进气限制
FSAE比赛的一大特色，就是要求所有参赛车辆的发动机进气部分，必须加装一个直径为20mm（E85燃料为19mm）的进气限制器。
由于去年中国比赛的特殊情况，没有要求使用进气限制器，所以，对于绝大多数同学，进气限制器是一个很新鲜的东西，近期也有不少关于进气限制器的讨论。
在此，我们就来谈一谈这个独具特色的小东西。
1 什么是进气限制器首先我们来阅读以下规则：8.6 进气系统限流阀8.6.1 为限制发动机功率，一个内部截面为圆形的限流阀必须安装在进气系统的节气门与发动机之间，并且所有发动机的进气气流都应流经此限流阀。
8.6.2 禁止在限流阀和发动机之间使用任何可以控制进气流量的装置。
8.6.3 限流阀内部截面的最大直径为：－使用汽油燃料——20.0mm（0.7874 英寸）－使用E-85 燃料——19.0mm（0.7480 英寸）8.6.4限制器必须安放在便于技术检查时测量的位置。
8.6.5 任何情况下，限流阀的内部截面都不能发生变化（例如限流阀不能作为节气门可动部件的一部分）。
8.6.6 如果使用了多台发动机，所有发动机的进气气流都必须流经限流阀。
说得很清楚了，圆形的限流阀，内径20mm，位于节气门和发动机之间。
我们再来看看它的庐山真面目：2011-5-10 15:062 进气限制器的作用为什么限流阀可以限制动力呢？原因很简单，我从两个方面讲。
第一个方面，是进气限制器在中低转速、部分负荷条件下，就好像一个一直半开着的节气门，让进气道内的压力比正常情况低，从而降低发动机的充气效率，进而限制各个工况的扭矩。
想象一下，如果你被堵住了一个鼻孔，然后和一个和你原本体力相同的人掰手腕，肯定是要悲剧的。
第二个方面，是进气限制器会限制单位时间内的最大进气量。
我们都知道，管内的气流速度越快，效率越低，当气流速度接近0.5马赫的时候，实际进气量就会达到瓶颈。
在常温常压下，20mm管径的这个瓶颈数值，大约在70g/s左右。
也就是说，无论你怎么折腾，单位时间进气量也就是这些，进而限制了发动机的最大功率。
毕业设计(论文)-fsae进气系统设计与分析【毕业论文】[管理资料]
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毕业设计（论文）-FSAE进气系统设计与分析【毕业论文】FSAE进气系统设计与分析目录摘要 1ABSTRACT 20 引言41 绪论4大学生方程式汽车大赛简介 4汽车发动机进气系统的简介 6定义 6基本构成 6进气形式 7汽车发动机进气系统发展趋势8FSAE赛车进气系统与量产车比较11FSAE规则对进气系统限制11FSAE赛车进气系统主要构成13国内外FSAE赛车进气系统现状与发展142 进气系统方案设计16进气系统设计流程16确定进气形式18确定进气系统材料与制造工艺22节气门体类型选择233 设定进气系统各部件基本参数25系统参数 25空气滤清器25限流阀开口26限流阀26限流阀扩散器27稳压腔28进气道29进气管方案一29进气管方案二30进气管方案三31方案的论证与选择31利用赫尔姆霍兹（Helmholtz）进气谐振原理验算 33 4 进气系统做流体动力学分析35分析软件介绍35模型网格划分与边界条件初步定义37整体分析 38进气管方案二整体分析38进气管方案三整体分析40确定进气系统方案42扩散器理想锥角的CFD模拟426°锥角扩散器分析427°锥角扩散器分析448°锥角扩散器分析46扩散器对比论证47燃油雾化效果模拟485 进气系统制造工艺及装配48零件制造 48装配与安装506 结论与展望52结论52展望53参考文献54译文56原文说明71摘要本毕业设计课题来自我校第二届FSAE赛车项目课题。
FSAE赛事中文名称为大学生方程式赛，是上世纪70年代由美国汽车工程师协会发起，三十一年以来发展至世界各地，致力于培养汽车方向的大学生各方面综合能力。
此项赛事结合了专业知识与工程实践能力，有利于提高大学生的汽车和零部件的自主研发能力。
本文以2011年全国第二届FSAE大学生方程式赛为背景，设计研发一辆符合参赛规则的方程式赛车。
FSAE赛车进气系统以减少进气阻力，增强发动机充气效率，增强动力的同时要使赛车手便于操控为目标，对进气系统进行合理的设计。
FSAE赛车链传动系统的设计与仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.24.011FSAE赛车链传动系统的设计与仿真分析*刘明1,2，朱瑞峰1,3，乔晓亮1*（1.西安航空学院车辆工程学院，陕西西安710077；2.陕汽集团商用车有限公司，陕西宝鸡722405；3.浙江英伦汽车有限公司，浙江义乌321000）摘要：文章在满足FSAE（中国大学生方程式汽车大赛）规则的要求下，为了达到FSAE赛车的安全性、轻量化及结构强度的目的，需要设计出链传动系统的最优三维模型，首先利用了CATIA对大、小链轮以及差速器支架进行三维建模，其次通过利用ANSYS workbench模块对其传动系统的零部件进行了静力学分析以及受力校核，在保证零部件强度以及轻量化的前提下，尽量减轻整车底盘的簧下质量，最后验证了该结构设计均达到了FSAE赛车的规则要求，且也满足了设计的合理性。
关键词：FSAE赛车；传动系统；CATIA建模；有限元分析；轻量化中图分类号：U463.21 文献识别码：A 文章编号：1671-7988(2020)24-31-05Design and Simulation Analysis of FSAE Racing Chain Drive System*Liu Ming1,2, Zhu Ruifeng1,3, Qiao Xiaoliang1*（1.Xi'an Aeronautical University School of Vehicle Engineering, Shaanxi Xi'an 710077;2.Shaanxi Automobile Group Commercial Vehicle Co., Ltd.,Shaanxi Baoji 722405;3.Zhejiang Yinglun Automobile Co., Ltd., Zhejiang Yiwu 321000）Abstract: In order to achieve the safety, light weight and structural strength of FSAE racing cars, this article needs to design an optimal three-dimensional model of the chain drive system under the requirements of the FSAE (Formula College Student Automobile Competition) rules, Small sprocket and differential bracket for three-dimensional modeling, followed by using the ANSYS workbench module to carry out static analysis and force check of the components of the transmission system, on the premise of ensuring the strength of the components and light weight, As far as possible to reduce the un sprung quality of the chassis of the whole car, it was finally verified that the structural design has met the requirements of the FSAE racing rules, and also satisfies the rationality of the design.Keywords: FSAE racing; Transmission system; CATIA modeling; Finite element analysis; LightweightCLC NO.: U463.21 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)24-31-05引言FSAE赛车链传动系统都应该具有：减速增距、整车变速、中断动力传递、轮间差速、差速器可以使左右车轮以不同的角速度转动。
FASE方程式赛车进气系统设计说明书
进气系统设计说明书前言第一章设计要求1.1 FSEA关于进气系统的主要要求第二章进气方案2.1 进气系统基本结构2.2 进气形式2.3 进气管形式2.3.1 方案一2.3.2 方案二2.3.3 方案三第三章各部件基本参数设计3.1 节气门口径3.2 进气总管长度3.3 稳压腔体积3.4 进气歧管长度第四章流场分析4.1 分析软件介绍4.2 模型网格划分与边界条件初定义4.3 进气总管分析4.4 稳压腔分析4.5进气歧管长度分析验证第五章加工装配5.1 加工装配前言本设计课题来自我校中国大学生方程式汽车大赛项目课题。
该赛事意在培养汽车工程方向及相关专业的在校大学生、研究生的创新力，团队协作能力。
在为期8-12个月的时间里完成一辆小型方程式赛车的设计与制造，并成功完成比赛。
该赛事从2010年在中国开始举办，我校成功完成了2011赛季。
本文结合了2011年宁远车队的设计经验，完成了2012赛季的进气系统的设计与优化。
第一章设计要求1.1 FSAE规则对进气系统的限制○1进气系统必须不能超出外框○2节气门必须为机械控制○3进气歧管必须用支架或机械固定○4为限制发动机功率，一个内部截面为圆形的限流阀必须安装在进气系统的节气门与发动机之间，并且所有发动机的进气气流都应流经此限流阀（最大直径20mm，且截面不能发生变化）第二章进气方案2.1 进气系统基本结构进气系统包含了空滤器、节气门、进气总管、进气歧管、进气门。
由于规则的限制，进气系统的设计主要体现在进气总管和进气歧管上，这两部分需要加工制作。
2.2 进气形式进气方式主要分为三大类：○1自然进气：引擎的运作在气缸内产生的负压，将外部的空气吸入气缸内。
这是汽车最传统进气方式，动力输出平稳，维护简单，但在高转速下乏力。
○2涡轮增压：涡轮增压器的两侧涡轮叶片连接发动机的进气管和排气管，在引擎运作的情况下，利用排出的废气推动排气涡轮叶片，从而带动进气涡轮叶片吸入空气，利用离心增压原理达到增压的效果。
基于FSAE亚翔LD450发动机进气的优化
基于FSAE亚翔LD450发动机进气的优化摘要：为了满足FSAE赛事对于发动机性能的需求，本文针对如何基于民用发动机的基础上，通过对进气系统的优化和改造来实现动力性能的提升。
过使用GT-POWER软件建立进气歧管的长度模型，并通过流体力学分析理论，使用FLUENT计算软件对完整的进气系统部件进行流场分析，通过比较不同的进气稳压腔容积和进气歧管长度下对于进气效率的影响，最终基于最佳点建立最优的模型。
同时如何在保证最佳的进气设计走形时还能保持对其他赛车部分不产生运动干涉。
关键词：运动干涉、稳压腔容积、进气歧管长度、FSAE中图分类号：文献标识码：AYa Xiang LD450 optimization FSAE engine intake based Abstract: In order to meet the needs of FSAE race for engine performance, this paper how the engine based on a civil basis, through the intake system optimization and transformation to achieve dynamic performance improvement. By using GT-POWER model software to establish the length of the intake manifold, and by hydrodynamic theory, calculated using the FLUENT software to complete intake system components flow field analysis, by comparing different intake and intake chamber volume regulator under the length of the intakemanifold effects of the gas efficiency, and ultimately the best model based on the best spot to build. How can maintain while in other parts of the car is not in motion to intervene in the design to ensure the best out of shape when the intake.Key words:Movement interference、he regulator chamber volume、the length of the intake manifold、FSAE1.引言FSAE大学生方程式赛车比赛现今成为各大高校中最受欢迎的赛事之一，其中发动机性能的优劣往往是成败关键的主要因素之一。
FSAE大学生方程式赛车发动机缸盖及配气机构设计
FSAE大学生方程式赛车发动机缸盖及配气机构设计摘要以FSAE大学生方程式赛车中最常用的HONDA CBR600-F4i发动机为例，探讨了该型号发动机中缸盖及配气机构的结构，并计算缸盖总体尺寸，凸轮型线方程式，并校核气门弹簧力。
气缸盖是提高整机性能的重要结构件之一，是发动机技术竞争的焦点。
气缸盖的气门排列方式与气道结构形式影响进气充量和气流在气缸内的运动，从而影响了燃烧效率，对整机的动力性、经济性以及排放都有直接的影响；配气机构的形式影响充气系数和整机噪声等；缸盖燃烧室决定了影响整机动力性能的压缩比ε，影响HC排放的F/V和对挤流起决定性作用的挤气面积以及挤气间隙，所以燃烧室对整机动力性、经济性、排放等都有重要的影响；气缸盖是整机热负荷与热应力最大的部件之一，热负荷过高将不利于发动机寿命以及可靠性的提高。
在实际中要特别防止发动机的局部过热，因而对缸盖必须要有充分的冷却。
关键词FSAE；发动机；缸盖；气门AbstractIn this paper, Formula in FSAE college students the most commonly used HONDA CBR600 - F4i engine as an example, discusses the model of Cylinder head and gas distribution agencies, and calculate overall size of cylinder head, equation of CAM contour line, and check valve spring force. Cylinder head is one of the core parts that affect the performance of the engine. It is the the focus of the competition. The disposal of the valves and intake manifold structure not only affect fresh air charge but airflow in the cylinder, which immediately affect combustion efficiency and the performance of dynamic, economic and emission. The structure of the air distributing institution has influence on charging efficiency and the noise of engine. The combustion chamber affects compression scale which has great influence on dynamical performance; F/V which affects the exhaust of HC; Squash area and clearance which have great influence on the intensity of squash. So, combustion chamber has great influence on dynamical performance, economical performance, emission and so on. Cylinder head is one of the highest temperature parts. Higher heat stress will lower the engine’s useful life and security. In practical, it is important to avoid local overheating. To full cool to cylinder head is necessary.Key words:FSAE; Engine; Cylinder head; The valve目录摘要 (1)Abstract (1)1 绪论 (1)1.1 FSAE大学生方程式大赛 (1)1.1.1 赛事起源 (1)1.1.2 赛事简介 (1)1.1.3 FSAE大赛的意义 (2)1.2 论文的研究背景及意义 (2)1.3 论文研究的主要内容 (3)2 发动机 (3)2.1 发动机的发展历程 (3)2.2 我国发动机发展现状 (4)2.3 提高发动机动力性的途径 (6)2.3.1 涡轮增压技术 (6)2.3.2 燃油直喷技术 (6)2.3.3 分层燃烧技术 (8)2.3.4 连续可变气门正时机构 (8)3 气缸盖 (8)3.1 气缸盖的工况及设计要求 (8)3.2 气缸盖的材料 (9)3.3 气缸盖结构形式的选择 (9)3.4 进排气道的布置 (10)3.5 气缸盖螺栓的布置 (11)4 气缸盖罩4.1进气门室罩4.2排气门室罩4.3盖板5配气机构 (13)5.1 配气机构的作用及要求 (13)5.1.1 配气机构的功用 (13)5.1.2 配气机构的要求 (13)5.2 配气机构采用的新技术 (14)5.2.1 顶置凸轮轴技术 (14)5.2.2 多气门技术 (14)5.2.3 可变气门正时配气机构(VV A) (15)5.3 总布置设计 (15)5.3.1 气门的布置形式 (15)5.3.1.1 气门顶置式配气机构 (15)5.3.1.2 凸轮轴的布置形式 (15)5.3.1.3 凸轮轴的传动方式 (16)5.3.1.4 每缸气门数及其排列方式 (16)5.3.1.5 气门间隙 (16)5.3.2 配气定时工作原理 (16)6配气机构的零件和组件 (17)6.1 气门 (17)6.2 凸轮型线设计 (19)6.2.1 简介 (19)6.2.2 缓冲段设计 (19)6.2.3 工作段设计 (20)6.3 气门弹簧设计 (23)6.3.1 气门弹簧特性的确定 (23)6.3.2 气门弹簧基本尺寸的确定 (23)6.3.2 弹簧的疲劳强度校核 (24)6.3.3 弹簧的振动校核 (24)参考文献 (28)设计总结 (28)致谢 (27)附录1附录21 绪论1.1 FSAE大学生方程式大赛1.1.1 赛事起源FSAE方程式（Formula SAE）系列赛源于1978年。
FSAE赛车发动机谐振进气系统仿真及设计
１ 发 动机 进 气 动 态 效 应
发 动机 在 换 气 过 程 中 ， 由于 间 断进 气
而引起 进气 管 内发 生 压力 波 动 ，从 而 产 生 进 气 动态效 应 ．影 响进 气 动 态 效 应 的 结 构
因素是 进气 管长度 、直 径和 形状 等 Ｊ ． 进 气 压 力 波 的动 态 效 应 如 图 １所 示 ．
－ ｊ 器 对 发 动 机 外 特 性 的 影 响 等 ］ ．表 ｌ为 进气管卜叫节气 ｆ 进气 门 发动机 ＃ ｆ 气 － 排气管 ｊ
Ｊ６０发动机技术参数 ． Ｈ０ 在 Ｇ Ｔ—ｐｗ ｒ 件 中 ，流 体 在 管 内 的 ｏｅ软 流动 为一维 非 定 常 流动 ，流 动计 算 推 荐 采 用显 式 求 解 法 ，流 体 计 算 采 用 有 限 容 积 法 Ｊ 主要用 以下 ３个 方程 来 描 述 管 内 流 ．
最小 直径不 大 于 ２ ｍ 的 限流装置 ．厦 门理 工 学 院方 程 式 车 队选 用 国产 嘉 陵 Ｊ ６０摩托 车 发动 机 为 ０ｍ Ｈ０ 赛 车 发动机 ，以其 为 研究对 象 ，利用 正交 实验法 结合 Ｇ Ｔ—ｐｗｒ 件对 谐 振进 气 系 统进 行 匹配 计算 ， ｏｅ软 从 而 确定进 气管 直径 、谐振 腔直 径和 限流 阀位置 等参数 ．
气 门关 闭时 ，进气管 内流动的空气 因急 速停止而受 到压 缩 ，在进气 门处产 生正压 波 ，该波在 进气管 内来
回传播 ，使 进气 门处 的压力 也时高 时低形 成压力波 ．如果下一循环 的进气过 程与正 压波重 合 ，进气 门关
闭时压力高，充量系数提高，如果与负压波重合 ， 则进气门关闭时压力低，充量系数下降．
体状态 ：
表 １ Ｊ ６０发动 机 技 术 参 数 Ｈ０
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。
FSAE赛车气动阻力系数的数值模拟及研究
FSAE赛车气动阻力系数的数值模拟及研究作者姓名：吴宁宁*天津大学机械工程学院【摘要】 赛车的空气动力学特性对赛车的设计和性能有重要影响，特别是气动阻力系数和气动升力系数。
本文借助于CFD软件FLUENT对自行设计的不同赛车车身外流场进行数值模拟和计算对比，求得了压力和速度分布情况，计算出了风阻系数和升力系数，并对其流场进行了分析，同时对不同的离地高度进行对比。
这是一种对FSAE赛车车身优化的重要手段，对车身设计具有重要的作用。
【关键词】 FSAE，FLUENT，气动阻力系数，赛车，空气动力学Numerical Simulation and Study of Aerodynamic Drag Coefficient of FSAERacerWU ning-ning(1)Tianjin University College of Mechanical and EngineeringAbstract: Aerodynamic characteristics of the cars have important implications on the design an performance of racer, particularly aerodynamic drag coefficient and lift coefficient. By using the CFD software FLUENT, the external flow field around the different styles racer which designed by ourselves were numerically calculated. Pressure and velocity distribution was got and drag coefficient and lift coefficient was calculated. The flow field was analyzed and compared to that different the height above ground. This is an important means for the racer body optimization of the FSAE, and has an important role for the racer body design.Key words: FSAE, FLUENT, Aerodynamic Drag Coefficient, Racer, Aerodynamics1引言近年来，FSAE赛车在世界范围内迅速发展。
谐振腔对FSAE赛车进气性能影响
谐振腔对FSAE赛车进气性能影响彭才望;孙松林;石毅新【摘要】为设计FSAE赛车进气效果最佳的谐振腔,本文通过GT-Power软件,模拟分析得到某款单缸发动机在高转速工况下最佳谐振腔直径,根据分析结果选取谐振腔进出口锥角,利用ANSYS中的FLUENT模块对谐振腔进行参数优化对比分析,得到谐振腔的流场分布图.结果对比表明,高转速工况时选取直径为120 mm的谐振腔,进口直径为50 mm,出口直径为62 mm,进出口锥角分别为60°、30°的谐振腔进气气流供应稳定,进气效果最佳.该分析改善了FSAE赛车谐振腔对发动机进气性能的影响.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2014(052)011【总页数】4页(P48-51)【关键词】FSAE;谐振腔;进气效果;仿真分析【作者】彭才望;孙松林;石毅新【作者单位】410128 湖南省长沙市湖南农业大学;410128 湖南省长沙市湖南农业大学;410128 湖南省长沙市湖南农业大学【正文语种】中文【中图分类】U469.790 引言FSAE赛车规则基本要点是发动机所有进气都要通过截面直径为20mm的限流阀，且限流阀必须安装在发动机节气门和进气门之间。
赛车用发动机进气系统结构参数和布置形式的改变直接影响充气效率、进气阻力和进气均匀性，从而影响动力性、经济性和排放特性。
基于此，本文选用嘉陵发动机为赛车发动机，基于赛车赛事大部分处于高转速工况，利用GT-Power软件模拟分析得到发动机高转速工况下的谐振腔容积直径，根据分析结果，从而进一步优化谐振腔进出口锥角等参数，利用ANSYS中的FLUENT模块对谐振腔进气流场分析，从而为改善发动机进气性能提供一定依据。
1 谐振腔直径对充量系数影响在对FSAE赛车用发动机谐振腔容积模拟分析，选取谐振腔的直径作为参变量，其他参数不变时，运用GT-Power软件模拟不同直径的谐振腔，分析谐振腔容积对FSAE赛车用发动机进气性能的影响［1］。