01-某轿车气动性能试验与仿真分析研究(2010)
轿车外流场及气动噪声的建模与仿真
ｃ ｕ ｄ ｂ ｐ ｌ ｄ ｔ ｈ ｕ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ｃ ｌ ｓ ｎ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｏ ｅ ｅ ｄ ｏ ｄ ｌ ｏ ｃ ｅ ｓ ｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｌ ｅ ａ ｐ ｉ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ｍｏ ｉ ｎ ｉ ｏ ｌ ｉ ｙ ｔ ｍ ｎ ｐ ｎ ｔ ｏ ｒｗｉ ｅｙ ｆｒｉ ｒ ａ ｅ ｐ ｌ ｔ ． ｅ ｖ － ｉｏ ｈ ｎ ｃ ｏ
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本 文 针 对一 款 自主 品 牌轿 车采 用 Ｃ Ｄ 方法 计 Ｆ
算汽 车 外流场 ， 进行声 学 分析 ， 并 找到 了导 致风 噪偏
增压直喷式汽油机性能与爆震的试验与模拟研究
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内燃机工程
2010 年第 6 期
双区模型将缸内的混合气划分为已燃和未燃两 个区[ 6] , 两区之间由一个不连续的界面, 即火焰锋面 分隔开, 两区的温度压力分别计算, 故使用双区模型 模拟能大致反 应缸内流 场以及缸 内的压 力温度分
布, 同时计算过程中可以嵌入爆震模型进行爆震分 析。对于爆震的分析采用经验自燃诱导时间( induc t ion t ime) 计 算关 系式[ 7] , 这 个公 式 源于 阿列 纽斯 ( Arrhenius) 函数, 通过给定混合气的相关参数如压 力温度等, 来测定自燃时间, 自燃时间的计算式为:
值, 并在计算过程中进行调试。
1 试验样机
本文以某 2. 0 L 可变气门正时缸内直喷式涡轮 增压汽油机作为研究对象, 发动机主要技术参数见 表 1。该机涡轮增压器选用 Garr et t 公司的 GT 20 系 列, 压气机和涡轮 MA P 图如图 1、图 2 所示。
表 1 增压汽油 机的主要技术参数
2010 年第 6 期
内燃机工程
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4 中冷后温度对爆震的影响
双区模型结合爆震模型可以对发动机的爆震强 度进行分析。爆震的产生主要是燃烧过程中火焰尚
未传播到燃烧室末端时, 末端混合气自燃造成的。 其中, 缸内温度的升高容易造成末端混合气迅速达 到自然点而产生爆震。进气温度是影响缸内温度的 因素之一, 通过对其进行控制可以起到部分控制爆 震的作用。因此, 本文分析了中冷后温度对 爆震的 控制作用。
汽车性能仿真计算实验实验报告
实验一 汽车动力性仿真计算实验目的1.掌握汽车动力性评价指标和评价方法2.学会使用matlab 对汽车动力性指标进行计算 实验内容1.学习汽车动力性理论2.编写计算程序3.绘制汽车动力性图形 实验设备硬件环境：汽车虚拟仿真实验室 软件环境：matlab2016a 及以上版本 实验步骤1.学习汽车动力性理论2.编写计算程序3.绘制汽车动力性图形 实验报告1. 运用matlab 解决《汽车理论》第一章习题1.31）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图 汽车驱动力Ft=ri i T to g tq η行驶阻力F f +F w ＋F i +F j ＝G •f +2D 21.12A C a u +G •i+dtdum δ 发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：0g i nr 0.377ua i ⋅= 由本题的已知条件,即可求得汽车驱动力和行驶阻力与车速的关系,编程即可得到汽车驱动力与行驶阻力平衡图。
2）求汽车最高车速，最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率 ①由1）得驱动力与行驶阻力平衡图，汽车的最高车速出现在5档时汽车的驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处，Ua max ＝99.08m/s 2。
②汽车的爬坡能力，指汽车在良好路面上克服w f F F +后的余力全部用来（等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度，车最大爬坡度为Ⅰ档时的最大爬坡度。
利用MATLAB 计算可得，352.0max =i 。
③如是前轮驱动，1ϕC ＝qb hg q L L -；相应的附着率1ϕC 为1.20，不合理，舍去。
如是后轮驱动，2ϕC ＝qa hg q L L+；相应的附着率2ϕC 为0.50。
3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，求加速时间利用MATLAB 画出汽车的行驶加速度图和汽车的加速度倒数曲线图：忽略原地起步时的离合器打滑过程，假设在初时刻时，汽车已具有Ⅱ档的最低车速。
由于各档加速度曲线不相交（如图三所示），即各低档位加速行驶至发动机转速达到最到转速时换入高档位；并且忽略换档过程所经历的时间。
汽车转向机构安全性仿真分析及试验研究
ISSN 100020054CN 1122223/N 清华大学学报(自然科学版)J Tsinghua Univ (Sci &Tech ),2010年第50卷第5期2010,Vol.50,No.52/356492653汽车转向机构安全性仿真分析及试验研究李志刚1, 张金换1, 马春生1, 杨 帆2, 张华坤2(1.清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;2.北京神驰科技发展有限公司,北京100084)收稿日期:2010201206作者简介:李志刚(1983—),男(汉),河北,博士研究生。
通讯作者:张金换,教授,E 2mail :zhjh @t 摘 要:目前对整车碰撞安全性研究较多,但对单个转向机构的安全性关注较少。
该文对某转向机构进行了仿真分析,进行了模型静态试验验证。
参照G B1155721998修正了作者所在课题组早期建立的人体模块并标定验证,完成了人体模块冲击方向盘的动态仿真分析,评估出方向盘的安全性。
以人体模块碰撞过程中的反向加速度作为评价指标分析了不同外部工况对人体模块响应的影响。
结果表明:随着人体模块速度的增加和竖直方向位置的增高,人体模块加速度明显增大,所设状态下最大影响率分别达到约56%和40%,方向盘安装角度和人体模块侧偏角度也有不同程度和不同规律的影响。
关键词:转向机构;人体模块;安全性;有限元;试验中图分类号:U 463.4文献标识码:A文章编号:100020054(2010)0520649205Safety simulation and tests of automotivesteering mechanismLI Zhigang 1,ZH ANG Jinhuan 1,MA Chunsheng 1,Y ANG Fan 2,ZH ANG Huakun 2(1.State K ey Laboratory of Automotive S afety and E nergy ,Tsinghu a U niversity ,B eijing 100084,China ;2.B eijing Shenchi T echnology Development Co.,Ltd ,B eijing 100084,China)Abstract :Whole vehicle crash safety is widely studied while single steering system safety is neglected.A finite element model for steering wheel systems was established ,and verified t hrough quasi 2static test s.The human body module built earlier by some of t he aut hors was revised and calibrated according to G B 1155721998.The steering wheel safety was evaluated t hrough simulation ,wit h t he relationship analyzed between t he respond accelerations of t he human body module and different external conditions.The result s show t hat t he human body module acceleration obviously increases wit h increasing impact speed wit h t he largest influenced rate of 56%and increases wit h rising vertical position wit h t he largest influenced rate of 40%,and t hat t he effect s of t he steering wheel installation angle and t he human body module side slip angle can not be ignored.K ey w ords :steering mechanism ;human body module ;safety ;finiteelement ;test汽车正面碰撞时,无论是否配备气囊,人体都会与转向机构(方向盘)发生直接或间接碰撞接触,若方向盘刚度很大而转向管柱又是不可压溃式,则转向机构吸能性会较差,这将会造成严重的伤害。
乘用车整车误用试验轴头载荷仿真研究
乘用车整车误用试验轴头载荷仿真研究程稳正;曹正林;赵晋【摘要】In this study, a C-class car is taken as a research object, a full flexible vehicle model for misused tests simulation is established with consideration of the extremely nonlinear characteristic. Then, simulation research is conducted for two misuse tests according to specifications, and the spindle load is obtained, which is compared with that obtained from real vehicle test. The results show that the model calculation precision satisfies design requirement, indicating that the method to obtain the spindle loads in misuse test during the early development phase is feasible.%以某C级轿车为研究对象，建立考虑强非线性特征的整车极限误用工况全柔性仿真模型，按规范进行两种误用试验的仿真研究，得到轴头载荷，并与同工况实车测试进行对比研究。
模型计算精度达到设计要求，表明这种在车型开发早期获取误用试验轴头载荷的仿真方法有效可行。
【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】5页(P34-38)【关键词】误用试验;轴头载荷;虚拟试验;乘用车【作者】程稳正;曹正林;赵晋【作者单位】中国第一汽车股份有限公司技术中心汽车振动噪声和安全控制综合技术国家重点试验室;中国第一汽车股份有限公司技术中心汽车振动噪声和安全控制综合技术国家重点试验室;中国第一汽车股份有限公司技术中心汽车振动噪声和安全控制综合技术国家重点试验室【正文语种】中文【中图分类】U467为确保误用工况下车辆的可靠性，准确获得轴头力是强度设计的关键。
整车多体动力学模型的建立、验证及仿真分析
整车多体动力学模型的建立、验证及仿真分析作者：张宇来源：《中国机械》2014年第22期摘;要：随着车速的不断提升，整车的稳定性能备受瞩目。
作为复杂的机械系统，人、车、外界载荷环境等相互作用下，一直是汽车动力学模型建立、分析的难题。
本文以某轿车的整车非线性动力学模型建立为理论主体，考虑转向系统及前后悬架的几何参数，以及阻尼器与橡胶衬套等非线性特征，对所建模型进行多元化实验，分析样车的稳定性能及可操控性等相关特点，结果表明所建模型就较高的精度，在动力学研究中起到了关键作用。
关键词：多体动力学;车辆动力学;模型建立;仿真实验前言随着车速的提高，汽车的平顺性、稳定性以及制动性能逐渐变得重要起来。
本文以ADAMS软件建立轿车非线性多体动力模型并进行有效实验验证。
建模过程以实际汽车运行情况为主，考虑转向系统、悬架的运动学约束，来用非曲线衬套模拟实际力学特征。
同时考虑转向系统及前后悬架的几何参数，以及阻尼器与橡胶衬套等非线性特征，对所建模型进行多元化实验，分析样车的稳定性能及可操控性等相关特点，对仿真模型进行瞬态脉冲实验以及转向性实验等进行一系列的仿真分析。
1.整车多体模型建立1.1;多体系统动力学定义1.2;非线性力元模型多体模型中存在多种非线性力元，如非线性弹簧、非线性阻尼器以及非线性衬套等。
这些力元自身结构复杂制约模型建立。
因此，建立力学模型的基础是ADAMS实验结果。
同时，在实验模型的基础上加大仿真精度。
阻尼器阻力对非线性关系，在ADAMS中定义模型为：Fd=fd（v）。
1.3;轮胎模型制动力及动力总成模型1.4;整车多体模型表1：类型约束个数类型圆柱铰等速铰转动铰移动铰齿轮条铰胡克铰个数31085122.模型验证2.1;转角脉冲瞬态实验验证在实车实验过程中，转向盘转角为仿真输入对象，测量转角间隙并在实验转向盘数据减去间隙数据，将处理后的数据作为仿真数据。
测试结果显示，仿真曲线较为平滑且试验曲有高频信号反应，实验与仿真结果有一定的重合度。
地铁列车通过隧道时的气动性能研究
地铁列车通过隧道时的气动性能研究徐世南;张继业;熊骏;孟添【摘要】列车通过隧道时引起的空气动力效应会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响.基于列车空气动力学理论,采用计算流体力学软件FLUENT对某型号地铁车辆通过最不利长度隧道时的空气动力学性能进行数值模拟,得到并分析了地铁列车和隧道壁面监测点的压力时程曲线和分布特征.研究表明:车体表面压力峰峰值、3s内车内压力波动最大值及隧道内附属物压力峰峰值,与列车速度的平方近似成线性关系;隧道断面净空面积越小,车体承受的压力越大;地铁列车通过隧道时需限速,以达到人体舒适性评价标准.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2016(019)009【总页数】6页(P99-104)【关键词】地铁列车;隧道;空气动力效应;压力时程曲线【作者】徐世南;张继业;熊骏;孟添【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,610031,成都;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,610031,成都;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,610031,成都;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,610031,成都【正文语种】中文【中图分类】V211列车通过隧道时,会引起隧道内和车体内外空气压力急剧变化,引起出口微气压波、列车风等空气动力效应,这将会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生严重影响。
因此,各国学者对列车隧道耦合空气动力学问题进行了比较深入的研究。
文献[1-2]研究了高速列车通过隧道时产生的微压波和瞬态压力;文献[3]研究了高速列车通过大长隧道时如何减轻空气阻力和水波特性;文献[4-7]开展了许多实车或模型试验,得到列车隧道耦合空气动力学数据;文献[8]对列车通过隧道时隧道壁面、车体表面和车厢内部的耦合关系做了研究;文献[9-10]研究了高速动车组的隧道压力波特性;文献[11]研究了车速、隧道长度等对隧道洞口微气压波的影响;文献[12]进行了地铁列车隧道内运行的气动力学试验与仿真。
基于ADAMS的某商用整车操稳性能仿真研究
10510.16638/ki.1671-7988.2021.04.032基于ADAMS 的某商用整车操稳性能仿真研究余子贵，胡支栋，黄幼林（江西五十铃汽车有限公司，江西 南昌 330010）摘 要：文章基于有限元法，采用ADAMS 软件，对某商用车整车进行了稳态回转试验和方向盘阶跃输入试验及蛇形试验对标的CAE 分析，分析结果显示，各工况下，整车操稳性能满足动态属性目标要求。
关键词：商用车；侧倾；操稳性能中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)04-105-03Simulation Research on Handling and Stability Performance ofa Commercial Vehicle with ADAMSYu Zigui, Hu Zhidong, Huang Youlin( Jiangxi-Isuzu Motors Co. Ltd., Jiangxi Nanchang 330010 )Abstract: Based on the finite element method and ADAMS software, this paper carries out CAE analysis of a commercial vehicle in steady-state rotation test, steering wheel step input test and serpentine test. The analysis results show that the vehicle's handling and stability performance meets the requirements of dynamic attributes under various working conditions. Keywords: Commercial vehicle; Rollback; Stability performanceCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)04-105-031 引言随着国家经济快速发展，商用轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]，与此同时，客户对于车辆的性能荷品质提出了更高的要求，操纵稳定性是汽车主要性能之一，良好的操稳性能会带来客户优良的使用感受[2-3]，故研究商用车整车性能，具有重要的经济和社会价值。
某乘用车轮胎系统NVH性能仿真与试验研究
10.16638/ki.1671-7988.2020.19.058某乘用车轮胎系统NVH性能仿真与试验研究殷崇信（江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心，江西南昌330001）摘要：轮胎是汽车重要的安全零部件，汽车通过它与地面进行接触，传递驱动力、制动力和转向力，对整车综合结构性能有重要影响，文章针对某SUV三种轮胎方案进行了CAE模态分析然后进行了台架强NVH测试，CAE 分析和试验结果表明，两个轮胎优化方案NVH性能满足目标要求。
关键词：乘用车；轮胎；NVH性能中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)19-181-03Simulation and experimental study on NVH performance ofa passenger car tire systemYin Chongxin( Product Development & Technical Center, JiangLing Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )Abstract: Tire is an important safety part of automobile. Through it, the vehicle contacts with the ground to transmit driving force, braking force and steering force, which has an important impact on the overall structural performance of the vehicle. This paper presents three tire schemes for a SUV CAE modal analysis and test results show that the NVH performance of the two tire optimization schemes meets the target requirements.Keywords: Passenger car; Tire; NVH performanceCLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)19-181-03引言随着国家经济高速发展，人民的生活水平日益提高，乘用车尤其SUV销量也得到快速发展，与此同时，人们对于SUV的舒适性和NVH品质要求也越来越高。
改造发电车车体数值仿真分析研究
18 •试验与研究_焊接技术第51卷第2期2022年2月文章编号：1〇〇2-〇25X( 2022)02-0018-06改造发电车车体数值仿真分析研究陈春跃、李貌2,葛天1，向勇1(1.中车成都机车车辆有限公司，四川成都610511; 2.中国铁路成都局集团有限公司成都监造项目部，四川成都 610082)摘要：车体是列车中的重要承栽部件，经过长时间线路服役后退役的车体，在返厂整修改造后通常会用于在特定条件下服役。
这类 改造车因为服役环境和服役条件的改变，车体结构往往需要根据实际运用情况作出调整。
特别是对于需要在车内放置大的集中质量 的改造车体，这类车体必须考虑集中质量对于结构的影响，并对原结构进行适当调整。
文中建立了改造车体的有限元模型，根据 EN 12663标准对车体施加载荷。
通过仿真得到了改造后车体的应力分布，针对应力值较大的位置进行了结构的改进。
利用名义应 力法和Eurocode 9标准规定的S-/V曲线对车体容易发生疲劳破坏的位置进行了疲劳计算。
获得了改造后车体的应力仿真数据和疲劳 仿真數据。
结果表明，对于改造后的车体，需重点关注需要放置集中质量的位置，在必要的位置布置加强结构，使得整体的结构满 足强度和疲劳的要求。
关键词：全尺寸车体；改造结构；集中质量；疲劳验证；有限元仿真中图分类号：TG405 文献标志码：B0序言车体作为轨道车辆的主要承载构件，在服役期 间承受来自车钩、转向架、车下悬挂设备以及车上 承载乘客的一系列复杂载荷。
对于已经在线路上运 行并服役多年的车体来说，其结构已经在线路上经 受了足够的考验，完全满足在之前服役环境条件下 对车体结构强度要求。
但改造车是对已服役多年的 车辆进行重新改造再利用，其服役环境和服役条件 会发生一定的改变，因此，车体的结构也需要按照 实际的运用情况进行调整。
例如，在车上放置新设 备时需要考虑新添加的设备对原结构的影响，通常 情况下需要对放置位置进行结构的强化，使改造后 的车体能够满足强度要求。
汽车多攻角尾翼的空气动力特性研究
2021年2月第34卷第1期湖北工业职业技术学院学报Journal of Hubei Industrial PolytechnicFeb. ,2021Vol.34 No. 1汽车多攻角尾翼的空气动力特性研究傅中正(重庆理工大学车辆工程学院，重庆,400054)摘要：利用数值模拟研究方法，研究了多几何攻角尾翼的工作状况。
通过稳态模拟分析，得 到汽车气动阻力、负升力、压力分布、涡流及车身周围流场变化。
结果表明，气流由车顶流至车 尾，会产生下洗流。
由于下洗流的存在，导致尾翼中部的实际工作攻角要大于设计使用攻角，造 成气流分离，产生阻力、减小升力。
本文提出了 一种全新的设计理念，采用多几何攻角的尾翼来 适应汽车尾部的复杂流场。
本研究为汽车空气动力学附加套件的设计与应用提供了一种新的 认识，并为汽车的尾翼设计提供重要参考。
关键词：数值模拟；汽车空气动力学；多攻角尾翼中图分类号：U461.1文献标识码：A文章编号：2095-8153(2021)01-0077-050研究介绍汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，直 接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒 适性和安全性为了保证安全性和燃油经济性，现代汽车对高速行驶时汽车的气动阻力和升力 提出了更高的要求。
在汽车行驶过程中保证阻力 较小的前提下，增大负升力，保证汽车的高速稳定 性。
加装尾翼是提高汽车高速稳定性一种简单有 效的方法，但是会增大汽车的阻力。
对于加装尾翼 的轿车外流场分析，国内研究起步较晚，并且以分 析简单扰流板模型为主。
国外对特殊造型的尾翼 研究，大部分以竞赛汽车为主。
传统的汽车空 气动力学研究是建立在汽车风洞试验基础上。
在 汽车造型设计过程中，为了改善汽车空气动力学性 能，需要花费大量的时间和财力、物力、人力进行汽 车风洞试验[5,6]。
随着计算机技术的发展和计算流 体力学（CFD)的快速发展，基于计算流体力学的汽 车空气动力学数值模拟在汽车空气动力学研究中 发挥着越来越重要的作用。
【汽车空气动力学-胡兴军】第4章 轿车气动特性研究
目前的研究中，有学者指出，可以在汽车尾部涡流区域安装气体 喷射装置，通过喷出的气流来破坏汽车的尾涡，从而起到降低风阻的 目的，但实用性还有待研究。
从减小气动升力的角度，楔形造型比甲壳虫型、船型和鱼型都好。楔形造 型上曲面平缓的压强变化使得它能产生较小的气动升力，甚至能产生负升力。 各种使车身表面和横剖面圆滑过渡以增加两侧气流量的措施，都有利于降低气 动升力。
安装在下车体的车轮，总是 有一部分暴露在空气之中，气流 遇到车轮后就会向两侧流去，在 车轮两侧通常伴有气流分离，在 此处必然会产生气动阻力。车轮 气会在车轮 与轮罩之间的缝隙处通过，空气 在通道入口处加速，通过通道后， 在出口喷出，这就导致了车轮周 围气流的复杂性，如图4—25所 示。
汽车行驶时，由于空气的黏性 作用，在汽车下底面将产生边界层， 随着气流向车身后部移动，边界层 的厚度也不断增加。如果离地间隙 过小，边界层有可能延伸至地面， 使汽车下底面与地面之间的空气有 可能被带动随着汽车一起向前运动， 空气与地面之间产生相对速度，进 而在地面形成了次生边界层。两个 边界层交错在一起，会缩小底部气 流的通道，使底部气流流动受到阻 碍，增大了升力及诱导阻力。当离 地间隙过大时，底部的气流速度也 会降低，同样导致升力和诱导阻力 的增加。对于光滑底板的汽车而言， 存在一个最佳的离地间隙高度。实 际车型不同，底部的复杂结构不同， 因而离地间隙对气动阻力的影响也 不相同。图4-21是几种不同轿车离 地间隙对气动阻力系数的影响。
第４ 章 轿车气动特性研究
４. １ ４. ２ ４. ３ ４. ４ 轿车外形与气动阻力的关系 减小气动升力的主要措施 汽车总体参数对气动力的影响 轿车气动设计的整体趋势
车头边角主要指车头上缘边角和横向两侧边角。对于非流线型的车头， 存在一定程度的尖锐边角，气流流过尖角以后就会分离，产生涡流区。车头 横向边角的倒圆有利于减小车头的气动阻力。气流流过车头横向的尖锐边角 以后，形成涡流，产生很大的湍流动能，适度倒圆可以减小气流的分离，减 小分离区，降低湍流动能，进而导致气动阻力的降低。
平头卡车气动减阻设计及试验研究
第50 卷第 6 期2023年6 月Vol.50，No.6Jun. 2023湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）平头卡车气动减阻设计及试验研究庄超1，2，王欢1，2，王晓宇4，王敏3，张英朝4†（1.高端工程机械智能制造国家重点实验室，江苏徐州 221004；2.江苏徐工国重实验室科技有限公司，江苏徐州 221004；3.徐州徐工汽车制造有限公司技术中心，江苏徐州 221000；4.吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，吉林长春 130022）摘要：为改善某平头卡车气动特性，降低风阻，通过卡车整车风洞试验研究不同部件对阻力系数的贡献，发现导流罩、领口板、后视镜、侧裙板对阻力系数的贡献很大. 根据空气动力学原理对导流罩等对阻力系数贡献大的部件进行气动减阻优化设计，并通过试验对减阻效果进行验证. 通过后视镜与导流罩的改型设计，改善卡车前端流场；对货箱尾部导流片进行参数组合设计，改善卡车尾部流场；得到各部件减阻效果较好的组合方案. 风洞试验结果表明，经过气动减阻设计，卡车车身气动性能得到明显改善，相比于初始模型，最佳气动性能组合方案的减阻效果约为7%.关键词：气动减阻；风洞；平头卡车；卡车减阻附件中图分类号：U461.1 文献标志码：ADesign and Experimental Study of Aerodynamic Drag Reduction forCabin-over-engine TrucksZHUANG Chao1，2，WANG Huan1，2，WANG Xiaoyu4，WANG Min3，ZHANG Yingchao4†（1.State Key Laboratory of Intelligent Manufacturing of Advanced Construction Machinery， Xuzhou 221004， China；2.Jiangsu XCMG State Key Laboratory Technology Co.， Ltd.， Xuzhou 221004， China；3.Technology Center， Xuzhou Xugong Automobile Manufacturing Co.， Ltd.， Xuzhou 221000， China；4.State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control， Jilin University， Changchun 130022， China）Abstract：To improve the aerodynamic characteristics of a cabin-over-engine truck and reduce wind resistance， the contribution of different components to the drag coefficient was studied through the wind tunnel test of the truck. It was found that the air deflector， neckline plate， rearview mirror and side skirt contributed greatly to the drag coefficient. According to the aerodynamic principle， aerodynamic drag reduction optimization design is carried out for the parts which make a great contribution to the drag coefficient such as the air deflector，and the drag reduction effect is verified by experiments. The flow field in the front of the truck is improved through the modification design of the rearview mirror and air deflector， and the flow field in the rear of the truck is improved∗收稿日期：2022-06-06基金项目：国家自然科学基金资助项目（11772140），National Natural Science Foundation of China（11772140）；第十五批“六大人才高峰”项目（JXQC-043），The Fifteen Batch of “Six Talent Peaks” Projects （JXQC-043）作者简介：庄超（1987―），男，山东枣庄人，高端工程机械智能制造国家重点实验室，江苏徐工国重实验室科技有限公司高级工程师，博士† 通信联系人，E-mail：****************.cn文章编号：1674-2974（2023）06-0045-08DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2023168湖南大学学报（自然科学版）2023 年through the parameter combination design of the deflector at the rear of the cargo box. Finally， the schemes with good drag reduction effect of each component are combined. The wind tunnel test results show that the aerodynamic performance of the truck body has been significantly improved through the aerodynamic drag reduction design. Compared with the initial model，the drag reduction effect of the optimal aerodynamic performance combination scheme is about 7%.Key words：drag reduction；wind tunnel；cabin-over-engine trucks；truck drag reduction accessories汽车在高速行驶时，随着汽车行驶速度的增加，气动阻力占整车行驶阻力的比值逐渐增大［1］，这就意味着气动阻力带来更多的燃油消耗. 因此，车辆气动性能设计降低行驶阻力变得更加重要. 国内学者在21世纪初期对汽车气动性能的研究关注较多的是轿车［2］. 而商用卡车由于通常以较高的速度在高速公路上长距离行驶且具有较高的气动阻力系数，其气动性能减阻设计更有意义，近年来，商用卡车的气动性能的研究逐渐引起更多研究者的关注.平头卡车气动性能的减阻设计主要涉及两方面，分别是驾驶室几何造型设计和车身减阻附件设计. 近年来，国内外学者在该领域进行了相关研究，Mehrdad等［3］通过仿真研究卡车驾驶室造型设计，探究了驾驶室高度对整车气动阻力的影响.Chowdhury 等［4］开展了某款重型卡车的小比例模型风洞试验，通过导流罩、侧裙板、领口板等气动附件不同程度的优化，最佳减阻能达到26%.Kim等［5］借助某重型卡车小比例风洞试验与数值模拟，研究了初始导流罩与改型导流罩的气动特性，实现减阻效果提升19%. Mario等［6］通过数值模拟设计某卡车货箱不同的尾部高度和宽度组合，改善尾部流场的低压区以实现减阻，最佳减阻组合减阻率达到近30%. 张英朝等［7］通过数值模拟优化设计了某商用车的四款导流罩，最佳减阻效果达到17.6%.郭子瑜［8］对某长头重型卡车进行气动研究，开展了遮阳板、发动机舱盖等多部位外形优化，并应用侧裙板、前轮挡风板等实现减阻，最佳减阻效果达到10.4%.张英朝等［9］开展某重型卡车在侧风影响下的气动减阻，以驾驶室7个造型参数与货箱3个造型参数为变量，在5个不同偏转角度下进行试验与仿真，最佳减阻效果为21.9%.根据现有文献和研究经验［10-15］，在驾驶室几何造型减阻方面，主要开展驾驶室前脸向侧围和顶部过渡位置曲率优化设计，以此来增大局部流速同时降低迎风面压力. 另外，从驾驶室的基本造型来看，前脸本身的宽度以及侧围的倾角对于整车阻力的大小也有很大影响. 由于造型设计以及工艺要求，当驾驶室几何造型冻结以后，车身表面部件及减阻附件的设计则成为整车气动减阻的重要手段.本文对后视镜、导流罩与领口板等车身表面部件进行设计，新增货箱尾部导流片减阻附件，并对其延伸长度和延伸角度开展试验设计，结合风洞试验验证减阻效果，提出最终的减阻设计组合方案，以实现平头卡车的气动减阻目标.1 风洞试验设置试验在吉林大学汽车风洞实验室进行. 吉林大学汽车风洞为3/4开式回流风洞，配备专业的六分力天平测量系统、支撑系统、转向系统、电子压力扫描阀等，传感器和数据采集系统的整体精度高于0.05% F.S.（Full Scale 满量程，为2 000 N），在每次试验过程中整车模型受到的力为160 N左右，故具有较高的试验精度. 喷口部分为四边切角矩形，试验段长、宽、高分别为8 m、4 m、2.2 m，主电机功率为1 000 kW，试验段能够达到的最高风速为60 m/s.本次试验对象为某平头卡车的1/4小比例模型，在风洞试验段进行试验，试验阻塞比达到6%，能够有效地降低边界效应对试验结果带来的影响. 通过激光定位系统将试验模型安置在天平上方的中心位置，且前后能够有足够的空间，如图1所示. 通过支撑系统固定在平台上，侧偏角为0°. 试验前进行雷诺数扫描，分析试验风速对试验结果的影响，试验风速从60 km/h到140 km/h，每间隔10 km/h进行一组试验，每组2次测试. 图2为阻力系数测试误差，由图246第 6 期庄超等：平头卡车气动减阻设计及试验研究可知，2次阻力系数测试误差绝对值在1.8%以内.误差出现的主要原因是系统误差，测量过程中随着设备的持续运转，试验段内空气温度有所上升，且每次结果是60 s 内结果的平均值，加上湍流的随机性导致每次测量数据并不完全相同，对结果带来一定的误差，但9次测量结果误差基本在3 counts 之内. 在试验风速达到100 km/h 之后，阻力系数逐渐稳定，能够认定在该速度以上雷诺数逐渐收敛，可真实地模拟全比例尺寸卡车的外流场流场特性. 因此，本次试验所选取的试验速度为100 km/h ，如图3所示，由于保密原因，未标明纵坐标阻力系数具体数值，只展示了不同速度下阻力系数变化趋势.2 平头卡车初始模型风洞试验分析通过分析平头卡车的初始模型确认初始模型中具有减阻潜力的区域与部件，并结合比例模型风洞试验获取不同部件的阻力系数贡献.试验涉及部件展示图如图4所示.首先，开展初始模型气动附件的阻力系数贡献试验研究，初始模型包含图4中7种部件，除去尾部导流片，其他都是原始方案中为该车型设计的减阻部件. 由于不同部件对整车阻力系数存在耦合作用，为了合理减少试验工作量，将研究各个部件去掉前、后的阻力系数差值变化，而非比较单独去掉某一部件后与基础（BASE ）工况的阻力系数差值.试验依次拆除或安装图4中涉及的每一个车身附件，然后通过对比阻力系数差值得到每个部件对气动阻力的影响. 图5为拆除各附件后模型展示图.方案1（图5中框1） 在初始模型基础上拆掉挂车侧裙板，整车阻力系数增加40 counts ，说明侧裙板有很好的整流减阻效果.方案2（图5中框2） 拆除牵引车侧裙板，阻力系数增加2 counts ，说明牵引车侧裙板的整流作用不明显，减阻效果很弱.方案3（图5中框3与框4） 拆除导流罩和领口板，阻力系数升高28 counts ，验证了导流罩和领口板对于挂车货箱正面位置的导流作用，如图6中烟流法流场展示图所示，其具有较好的整车减阻效果.方案4（图5中框3） 为了区分领口板和顶部导流罩的具体导流作用，重新安装领口板，结果显示该方案相比于前方案的阻力系数值有所增加，但在理想情况下，安装领口板能够在一定程度上通过引导侧方气流降低货箱前端正压的方式，起到减阻的作用，显然该领口板未起到减阻的作用.图1 模型在试验平台安装展示图Fig.1 Model installation display diagram on the test platform图2 阻力系数测试误差Fig.2 Drag coefficient test error图3 不同风速下阻力系数变化试验结果Fig.3 Experimental results of drag coefficient variation underdifferent wind speeds图4 试验涉及部件展示图Fig.4 Display diagram of components involved in the test47湖南大学学报（自然科学版）2023 年方案5（图5中框5） 拆掉遮阳板，阻力系数降低3 counts ，说明遮阳板对气动阻力有一定的影响.方案6（图5中框6） 拆掉后视镜，阻力系数降低46 counts ，说明后视镜的阻力系数贡献很大，须要对其进行进一步的减阻外形设计.根据上述方案得到各部件的阻力系数贡献如图7所示. 挂车侧裙板对于减小气动阻力系数的贡献较大，能够合理改善车底部流场环境，有效防止外侧流场气流进入车底部流场，通过减小前、后压差实现减阻. 导流罩对整车气动阻力系数具有很大影响，作为气流流入的起始接触部件，导流罩的设计尤为重要，通过其自身形状以及和其他部件的配合作用，将气流以合适的姿态引导至后方流场，减小前方压力，能够在很大程度上减小整车气动阻力.本文重新设计导流罩形状及其与领口板的整体造型，以降低气动阻力系数. 另外，后视镜对整车气动阻力系数有较大的影响，本文重新设计后视镜，涉及外形尺寸、表面曲率、整体造型等方面. 表1为各部件拆除、安装后的减阻效果.3 平头卡车减阻设计与比例模型风洞试验分析首先，优化设计后视镜、导流罩和领口板等部件，并对其减阻效果进行验证；然后，在平头卡车货箱尾流区加装尾部导流片，并通过不同参数试验设计得到减阻效果较好的导流片延伸长度与延伸角度；同时，给出最终的车身表面部件及减阻附件的减阻设计组合方案，并开展风洞试验验证.3.1 后视镜减阻设计及试验研究后视镜较大的前迎风面会造成很大的气动阻力，须对后视镜造型进行重新设计. 首先，改变迎风面曲率，方案7减小后视镜迎风面的曲率半径，如图8所示，该造型设计会使得后视镜迎风面气流得到加速，降低迎风面的表面压力，同时能够使迎风面流入的气流通过后视镜流到距离车身本体更远的位置，有效降低驾驶室与后视镜区域正压. 方案8将原分体式后视镜［图9（a ）］替换为整体式的后视镜［图 9（b ）］，整体后视镜造成的气流分离相对较弱，由于取消了中间缝隙，迎风面积略大于原后视镜，但是原来从缝隙穿过的气流直接撞击在前迎风面，转而流向后视镜两侧. 由于前迎风面弧度的存在，更多气流流向后视镜外侧，即远离车身流场，能够减小前端压力，降低整车气动阻力.试验结果如表2所示，方案7的阻力系数略微减小，本研究并未更深入地对最佳的表面曲率进行探索，但仍证明了该减阻方案的有效性. 方案8在试验表1 各部件拆除、安装后的减阻效果Tab.1 Removal/installation drag reductioneffect of each component方案123456工况说明初始模型+拆挂车侧裙板方案1+拆牵引车侧裙板方案2+拆导流罩和领口板方案3+重装领口板方案4+拆遮阳板方案5+拆后视镜阻力系数变化（对比上一工况）△C d / counts+40+2+28+1-3-46图5 拆除各附件后模型展示图Fig.5 Model display after dismantling the accessories图6 烟流法流场展示图Fig.6 The flow field display diagram of the smoke flow method图7 不同部件对阻力系数的贡献Fig.7 Contribution of different componentsto the drag coefficient48第 6 期庄超等：平头卡车气动减阻设计及试验研究中具有很好的减阻效果，该方案能够有效改变驾驶室和后视镜周围流场形态，起到降低整车包括后视镜前、后压差的效果，减阻效果明显，较初始模型降低了12 counts.3.2 导流罩与领口板减阻设计与试验研究卡车导流罩减阻造型设计，一方面要考虑导流罩对货箱的包裹作用，以更好地引导气流从驾驶室流向货箱；另一方面要考虑导流罩本身的阻力，尽量降低其前端迎风面区域的正压. 导流罩对货箱的包裹作用由导流罩的末端高度和宽度等几何参数决定，而导流罩本身的阻力则是由导流罩迎风面的造型决定的. 两侧的领口板对整车阻力系数的影响主要取决于其向后延伸的角度和末端的侧向位置，以及与导流罩的连接配合方式.如图10所示，方案9将顶部导流罩的延伸长度缩短，领口板无变化. 风洞试验结果显示，阻力系数降低了4 counts ，说明起到了一定的减阻效果，但是影响有限.如图11和图12所示，方案10换为造型1的导流罩，将导流罩前端稍微扁平化，同时将导流罩前端向中央对称面收缩，使侧面的角度内切4°，领口板前端同时跟随导流罩内切而向车内方向转动，这样对货箱的包裹作用略有扩大. 结果显示整车阻力系数降低4 counts ，具有一定的减阻效果.增加对货箱的包裹，在一定程度上能够减阻.如图13所示，方案11替换为造型2的导流罩，这款造型将导流罩与领口板向中央对称面收缩，使（a ）方案7（b ）方案8图9 后视镜减阻方案展示图Fig.9 Diagram of drag reduction scheme of rearview mirror图8 后视镜曲率变化示意图（前凸部分为改变后）Fig.8 Schematic diagram of curvature change of rearview mirror（the front convex part is after change）（a ）方案9试验展示图（b ）模型改型前、后对比图（紫色为改型后）图10 方案9试验与模型对比图Fig.10 Scheme 9 test diagram and model comparison diagram表2 后视镜改型方案结果Tab.2 The results of the rearview mirrormodification schemes方案78工况说明后视镜表面曲率改动更换为整体后视镜阻力系数变化（相对于BASE 值）△C d /counts-2-12（a ）方案10试验展示图（b ）模型改型前、后对比图（紫色为改型后）图11 方案10试验与模型对比图Fig.11 Scheme 10 test diagram and model comparison diagram图12 造型1与造型2模型比较图（紫色为造型1）Fig.12 Model comparison between model 1 and model 2（dark color is model 1）49湖南大学学报（自然科学版）2023 年得侧面的角度内切4°，并将前端极大扁平化，降低了前端高度，使得气流在由顶盖流向导流罩时更加平滑，能够减小导流罩前迎风面压力.相比于BASE 方案，阻力系数降低了9 counts ，说明导流罩前端的迎风造型对整车阻力有很大的影响.如图14所示，方案12使用了另外一款导流罩，将前迎风面在车身纵向缩短一定距离，缩短至驾驶室天窗的后方，维持后端高度不变，领口板保持不变.相比于BASE 方案，阻力系数降低了6 counts ，试验结果再次表明导流罩前端造型尤其是前迎风面的高度对整车气动性能有较大的影响.导流罩和领口板改型方案结果如表3所示.导流罩前端延伸长度和导流罩对后方货箱包裹作用所带来的减阻效果有限，但导流罩前迎风面的高度对于气动阻力系数有较大影响. 方案9、方案10导流罩的前端改型，减阻效果较小，当对两侧领口板前端倾斜角度进行适当调整，能够使其对货箱的包裹作用更为有效，从而实现进一步的减阻效果. 当迎风面高度较低时，能够很好地将前方来流过渡到卡车后方，减小导流罩前端正压. 如图15所示，当前端伸长长度减小但后端高度不变时，前方来流迅速由此流向后方，使得上端面正压稍有减小，但相比减小前端高度，该方法上端面会有更多一部分气流直接冲击到导流罩上端面，因此正压减小相对较少，方案12对于整车的减阻效果要弱于方案11.3.3 货箱尾部导流片设计及试验研究使用货箱尾部导流片降低气动阻力，如图16所示，并研究导流片延伸长度l 和延伸角度α参数对卡车减阻效果的影响. 尾部导流片能够改善气流与车身的分离状况，减小货箱尾部能量损耗，达到降低整车气动阻力的效果. 本文开展了导流片延伸角度和延伸长度的试验设计，组成9种减阻导流片方案. 试验结果显示，导流片延伸角度一致时，较短的导流片长度（80 mm ）有更好的减阻效果；导流片延伸长度一致时，较小的延伸角度（15°）有较好的减阻效果，如表4所示.货箱尾部导流片使得尾部气流的分离大部分发生在导流片上而非货箱后端面上，减小负压区域，同时使得货箱后方形成的涡流更加远离卡车，能够减少车辆行驶的能量损耗. 但是，当导流片内倾角度变大，由于导流作用的存在，尾部涡流与货箱距离变近，带来尾部附近更大的湍动能，加大整车气动阻力，使得减阻效果有所减弱，在同样长度下，较小的内倾角有更好的减阻效果.图15 方案11与方案12导流罩对比图（紫色为方案12）Fig.15 Scheme 11 and scheme 12 shroud comparison diagram（dark color is scheme 12）表3 导流罩和领口板改型方案结果Tab.3 The results of the shroud and neckline panelmodifications方案9101112工况说明顶部导流罩前端缩短至 100 mm 顶部导流罩+领口板内切4°（造型1—前端稍有扁平化）顶部导流罩+领口板内切4°（造型2—前端极大扁平化）新款导流罩（导流罩前端缩短至驾驶室天窗后方）阻力系数变化（相对于BASE 值）△C d /counts-4-4-9-6（a ）方案12试验展示图（b ）模型改型前、后对比图（紫色为改型后）图14 方案12试验与模型对比图Fig.14 Scheme 12 test diagram and model comparison diagram（a ）方案11试验展示图（b ）模型改型前、后对比图（紫色为改型后）图13 方案11试验与模型对比图Fig.13 Scheme 11 test diagram and model comparison diagram50第 6 期庄超等：平头卡车气动减阻设计及试验研究3.4 减阻设计组合方案风洞试验由于各个部件对整车的减阻效果存在耦合关系，需要对各部件的组合工况进行试验来验证整体的减阻效果.将减阻效果较优的后视镜、导流罩、领口板以及货箱尾部导流片设计方案组合安装，通过风洞试验测量其整体减阻效果. 组合方案将BASE 工况中的后视镜替换为整体后视镜（方案8），导流罩与领口板替换为改型款式（方案11），添加倾角15°、长度 80 mm 的尾部导流片（方案21）. 试验结果显示阻力系数相比于初始模型降低了33 counts ，减阻效果约为7%，具有较好的整体减阻效果，在整车行驶过程中对于安全性、经济性、环保性等方面都起到重要的作用.4 结 论本文开展了一款车身开发初期的平头卡车的减阻设计与试验研究. 通过对初始模型风洞试验分析，确定初始模型中具有减阻潜力的区域与部件，以及不同部件的阻力系数的贡献；然后重新设计后视镜、导流罩、领口板，同时应用货箱尾部导流片改善尾部流场.优化迎风面表面曲率的后视镜与整体式后视镜的气动阻力系数分别降低2 counts 与12 counts ，整体造型的变化对整车气动性能的减阻效果优于前迎风面曲率变化.导流罩与领口板的重新设计结果表明，导流罩前端迎风面形状与高度对整车气动性能有较大影响，较低的导流罩前端面高度具有更好的减阻效果，阻力系数降低9 counts.货箱尾部导流片改变了尾部流场形态，导流片长度相同时，内倾角较小的减阻效果较好，内倾角相同时，长度较短的导流片有较好的减阻趋势，最佳减阻效果能够降低24 counts.将减阻效果较优的车身表面部件及减阻附件设计方案集成，形成整车减阻设计方案，相对初始模型，整车风阻系数降低33 counts ，减阻效果约为7%，获得了最佳的减阻效果，对于该平头重型卡车的气动减阻设计具有较好的指导意义.参考文献［1］张英朝. 汽车空气动力学数值模拟技术［M ］. 北京：北京大学出版社，2011：24-25.ZHANG Y C. 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汽车横风下的动力学仿真分析及横摆稳定性研究
汽车横风下的动力学仿真分析及横摆稳定性研究作者：吴帅贾宝光位球球辛庆锋来源：《时代汽车》2024年第12期摘要：目前随着汽车行业的发展，对于汽车的稳定性能要求也越来越高。
本论文以某款车型为研究对象，探讨在高速的行驶的情况下，汽车结构参数、底盘参数等20个参数对于汽车横风稳定性的影响。
首先利用CFD软件计算车辆气动力系数，并通过Carsim软件建立整车动力学仿真模型，将气动力系数导入Carsim气动力学模型中。
在专家工程师所设定可接受程度的参数进行动力学仿真分析，并将汽车的横摆角速度作为车辆的稳定性能指标评估。
仿真结果表明，汽车前、后载荷对于横摆稳定性能影响最大，针对此款后驱车辆，前/后载荷增大，横摆稳定性能越好；风压中心位于质心或质心稍微靠后的位置，横摆角速度较小，具有较好横摆性能。
关键词：横风稳定性动力学仿真汽车底盘 CFD Carsim1 前言近些年来，新能源汽车行业快速发展，汽车稳定性能成为了研究的热点之一。
同时电动汽车或混合动力汽车等创新汽车概念进一步挑战了乘用车的基本布局[1]。
汽车在行驶过程中常会受到横风气流的干扰，尤其是车辆经过桥梁、涵洞、高楼等位置，车辆常常会产生较大的横摆角速度，这种情况下会较大影响车辆的舒适性和安全性，所以对于车辆横风稳定性的研究是必要的。
目前针对车辆的横风稳定性方法主要有三种：有限元分析、风洞试验、动力学分析方法。
針对有限元法和风洞试验，这两种方法主要运用于车辆气动外形的分析。
M. Gohle[2]通过风洞试验分析了a柱圆角、引擎盖-挡风玻璃夹角、后盖角度参数对于车辆侧向力的影响，a柱半径较大时，横摆力矩减小；引擎盖-挡风玻璃夹角对于前轮和后轮的效果相反，夹角减小，前轮侧向力减小，但后轮侧向力增加；后盖角度会极大影响横摆力矩。
王夫亮[3]针对某轿车模型，通过数值模拟和风洞试验对比气动六分力的对比，验证了利用CFD计算气动力系数的可行性，并研究横风风速对于汽车气动特性的影响。
某轿车气动特性的CFD分析及优化
从 图 ４对称 面压力 云 图可 以看 出 ， 车头 缘角 、 挡风玻 璃 以及行 李 箱盖 后缘 等 压线 比较密 集 ， 味着 较 意
大 的压强梯 度 ， 而正压 区压强 梯度大 意 味着 该 区域平均 压强大 和流 动能量损 失大 ； 而在负 压 区压 强梯 度大 则 意 味着该 区域平 均压 强低 和流动 能量损 失大 ， 两者相 互作用 的结果 就是气 动阻 力大．
文 章 编 号 ：０ ０ ５ １ （ ０ ２ ０ ０ ６０ １ ０ — ８ １ ２ １ ） ２０ ５ — ６
某轿 车气 动特 性 的 Ｃ Ｄ分 析及 优 化 Ｆ
张 怀 华 ， 江 磊 ， 建 成 容 郭
（． 南 长 丰 汽 车 沙发 有 限责 任 公 司 ， 南 永 州 １湖 湖 ４ ５ ０ ； ． 汽 大 众 汽 车有 限公 司 ， ２１１ ２一 吉林 长 春 １０ １ ； ３ ０ １ ４０８） １０ ２ ３ 湖 南 大 学 汽 车 车 身 先 进 设 计 制 造 国 家重 点 实 验 室 ， 南 长 沙 ． 湖
中 图 法 分 类 号 ： ６ ． Ｕ４ １ １ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
随着现 代汽 车工业 和高速 公路 的发展 ， 全球 汽车每 年 的产 销量 和保有 量不断 增加 ， 汽车产 业 巨大 的能
源需求 ， 给石 油资 源带来 越来 越大 的压力． 而汽 车的燃 油 消耗 与其 空气 动力 学性 能 ， 别是 气 动阻 力 有很 特 大 的联系． 究 表 明， 研 当车速 达到 ８ ｍ／ ０ｋ ｈ时 ， 气动 阻力 与滚 动 阻力 几 乎 相等 ； 当车速 为 １０ｋ ｈ时 ， ５ ｍ／ 气
涡轮式膨胀机正交设计及特性分析
Vol. 45 No. 9Sep. 2021第45卷第9期2021年9月液压与毛动Chinese Hydraulics & Pneumaticsdoi : 10.11832/j. issn. 1000-4858.2021.09.009涡轮式膨胀机正交设计及特性分析虞启辉，张旭晓，王前程，李晓飞(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010)摘要：以某涡轮式膨胀机为研究对象,开展影响其性能设计参数的研究。
以输出功率、旋转扭矩为性 能目标，采用正交设计方法，设计了 16组方案，基于Fluent 研究了转速等设计参数对涡轮式膨胀机输出性 能、内部流场的影响，并借助SPSS (Statistical Product and Service Solutions)对仿真结果进行极差分析。
结果表明：压力0.8 MPa 、温度270 K 、转速3000 r/min 时，输出功率最大，约为& 76 kW ；压力0. 8 MPa 、温度300 K 、转速1500 r/min 时，旋转扭矩最大，约为40.63 N • m o 为使性能目标同时达到最优，基于多目标优化设计，在合理的范围内择优选取，选定压力0.8 MPa 、转速2250 r/min 、温度285 K 为最佳方案组合，并通过涡 轮式膨胀机测试平台完成实验验证。
关键词：正交设计；涡轮式膨胀机;功率;扭矩中图分类号:TH138 文献标志码:B 文章编号:10004858 (2021) 09-0068-08Orthogonal Design and Characteristic Analysis of Turbo ExpanderYU Qi-hui, ZHANG Xu-xiao, WANG Qian-cheng, U Xiao-fei(School of Mechanical Engineering , Inner Mongolia University of Science & Technology , Baotou , Inner Mongolia 014010)Abstract : Taking a turbo expander as the research object , the research on the design parameters affecting itsperformance is carried out. With output power and rotating torque as performance objectives , 16 schemes aredesigned by orthogonal test method. Based on Fluent , the influence of design parameters such as rotational speedon the output performance and internal flow field of turbine expander is studied , and the simulation results are analyzed by SPSS ( Statistical Product and Service Solutions ). The results show that ： pressure 0. 8 MPa,temperature 270 K, rotational speed 3000 r/min, maximum output power about 8. 76 kW ; pressure 0. 8 MPa, temperature 300 K, speed 1500 r/min, maximum rotating torque about 40. 63 N ・ m ； in order to achieve theoptimum performance target at the same time, based on multi-objective optimization design , the optimum combination is selected in a reasonable range , and pressure 0. 8 MPa, speed 2250 r/min , temperature 285 K are selected as the optimum combination , and the experimental verification is completed through the turbo expander test platform.Key words : orthogonal design , turbo-type expander , power , torque引言膨胀机作为环保的气启动装置，广泛应用于机械、 制冷等领域,据报道,8%的机械工业、8%的船舶机械、16%的电力和冶金、30%的石油化工、6%的集中供暖、6%的食品工业、2%的制冷空调、2%医药工业等都使用膨胀机⑴。
汽车试验学-第十一章-汽车NVH试验技术
§11.1 汽车NVH性能
汽车通过路面接缝或凸起时将产生瞬态振动（Harshness）， 包括冲击和缓冲两种感觉。从NVH的观点看，汽车是一个由激励源、 振动与噪声传递器、振动噪声发射器组成的系统。噪声与振动产生的 源头即系统的激励；传递器就是车身和地板等结构构成的系统；车辆 在运行过程中方向盘、座椅、后视镜的振动及车内噪声均为该激励下 的响应。这些响应能够从视觉、听觉和触觉等方面影响乘坐舒适性。 汽车NVH分析的频率范围：分析振动对人体的影响，0.1-20Hz；抖动 的频率范围10-30Hz；触摸的频率范围10-40Hz；振动在视觉上的频率 范 围 2-20Hz 。 噪 声 ： 结 构 声 的 频 率 范 围 20-1000Hz ； 空 气 声 2505000Hz。国外先进的汽车厂家自上个世纪80年代已经将汽车结构的动 态 特 性 纳 入 产 品 开 发 的 常 规 内 容 。 尤 其 自 20 世 纪 90 年 代 以 来 ， 丰 田 （Toyota）、通用（GM）、福特(Ford)、克莱斯勒（Chrysler）等汽 车 公 司 的 工 程 研 究 中 心 专 门 设 立 了 NVH 分 部 ， 集 中 处 理 汽 车 的 噪 声 （ Noise ） 、 振 动 （ Vibration ） 和 来 自 路 面 接 触 冲 击 的 声 振 粗 糙 度 （Harshness）。
风洞中的另一种共振是驻室亥姆赫兹共振，它是由另一种 不同的激励机制引起，因此不能被气流引导单元消除。一种有效
6、非稳定气流动的模拟
近年来空气动力学和气动声学中非定常效应得到了越来越多 的关注。这些非定常效应可以是阵风、不同的侧向风、大气湍 流、汽车前缘湍流等引起的。为了能有效模拟湍流的长度尺度 和频率，侧风发生器在声学风洞中得到了应用。利用侧风发生 器模拟真实来流的阵风和侧风，在进行声学测试时就不需要旋 转汽车。气流的偏转靠喷口平面处的垂直翼的转动实现。每片 垂直翼均由独立的驱动器驱动，是一个具有独立的阵风和湍流 发生器的主动系统。当垂直翼并联驱动时，便产生一个垂向和 横向一致的流场。
汽车排气系统局部疲劳耐久性试验仿真分析
汽车排气系统局部疲劳耐久性试验仿真分析汽车排气系统是关键的发动机零部件，它负责将废气从发动机中排出。
同时，排气系统庞大的设计，包括排气管、消声器、吸气管等部分。
因此，汽车排气系统表现出良好的疲劳耐久性是必不可少的。
为了保证汽车排气系统的疲劳耐久性，研究人员最近进行了一项试验仿真分析。
在这篇文章中，我们将简要介绍该研究的目的和结果。
研究目的汽车排气系统的疲劳耐久性与排气管、消声器、吸气管等部分有关，这些部分在长时间使用中容易发生疲劳断裂。
因此，研究团队开发了一种试验仿真模型，以模拟汽车排气系统在工作过程中的实际使用情况。
他们的目标是通过分析模型得出新的设计指导方针，以满足汽车排气系统的疲劳耐久性标准。
试验设计研究人员使用有限元方法来模拟汽车排气系统的耐久性。
他们设计了一个模型，包括了汽车的发动机和排气系统，模型使用了500000个单元，每个单元尺寸约为2毫米。
这个模型可以模拟排气系统的疲劳过程，并预测其使用寿命和压力受力情况。
试验流程在试验中，研究人员向模型中输入压力和温度数据，以模拟排气系统在工作时的真实情况。
然后，他们根据不同的载荷条件，通过数值方法计算得到了排气系统在使用过程中的应力和变形情况。
结果分析通过试验，研究者发现最容易发生疲劳断裂的区域集中在排气管与消声器连接点、消声器与吸气管连接点等重要部位。
根据评估，路上反复行驶会再次摩擦并引起底部生锈，钢桶管内腐蚀和外部碰撞等因素也是当前排气系统容易疲劳的主要原因。
研究者还发现，加大零粉和碱性物质对中空铁管表面的腐蚀也会影响其耐久性。
研究者推荐在设计阶段应考虑强度增加的措施来提高汽车排气系统的疲劳耐久性。
本文介绍了一项研究，通过试验仿真分析汽车排气系统在工作过程中的实际情况，研究者运用有限元素方法，通过输入压力和温度数据，以模拟排气系统在工作时的真实情况，最终推荐在设计过程中考虑强度增加的措施，以提高汽车排气系统的疲劳耐久性。
该研究对汽车排气系统的设计和生产具有指导意义，可以指导汽车生产厂家改进其设计和制造工艺，提高汽车的性能和质量。
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2010 年 CDAJ－China 中国用户论文集某轿车气动性能试验与仿真分析研究 Aerodynamics Test and CFD Research of Sedan刘鹏 昃强 （长城汽车股份有限公司技术研究院 CAE 部）摘要： 摘要：通过试验研究了车辆在侧风、机舱风阻、地面效应、轮胎转动等影响情况下的空气动力学性能，测量了各工况下的车身表面压力系数，并与仿真做了相关性分析，总结了误差的根源。
关键词： 关键词：空气动力学 风阻系数 表面压力系数 STAR-CCM+ Abstract： Abstract：Considering the influence to aerodynamic performance of side wind engine-hoodresistance ground effect tire turning etc. Measured the pressure coefficient of 16 cases and correlated with CFD. Summarized the source of errorsKeywords Keywords：aerodynamics, drag coefficient, pressure coefficient, STAR-CCM+ word汽车低速行驶时，只考虑汽车所受地面阻力就足够了，汽车所受的气动力常常可以忽略。
随着 汽车的行驶速度不断提高， 研究气动力对汽车性能的影响具有重要的意义 。
其中中网的开口大小和 角度，散热器、冷凝器及机舱内部件对气流的阻力，轮毂的形状及轮胎的花纹，地面效应，气坝的 安装高度和形状，尾翼的形状和角度等对车辆的气动性能均有不同程度的影响；当汽车高速行驶在 有侧向风作用的工况下，或会车时，由于高速气流的侧向气动力作用，汽车将会出现操纵稳定性问 题，甚至有可能出现严重的交通事故。
所以研究车辆的气动性能非常的复杂而又非常的必要。
[1]1 气动性能试验研究世界汽车工业发达国家(如美国、日本、德国等)都十分重视汽车空气动力学理论和试验的研究。
风洞试验历来是进行汽车空气动力学研究最传统和有效的方法，据统计，为获得良好的气动外形， 国外每种大批生产的轿车都需经过1000小时以上的风洞试验 。
根据 SAE J1594 标准的定义，汽车风洞气动天平的测力中心在汽车模型四轮着地点组成的矩形 中心，六个力(矩)分量的正方向如图 1 所示，气动力系数的定义如表 1 所示。
[2]图 1 汽车空气动力学坐标系统(SAE J1594)2010 年 CDAJ－China 中国用户论文集表 1 气动力系数定义式CD CS CL CRM CPM CYM阻力系数 侧力系数 升力系数 滚转力矩系数 俯仰力矩系数 偏航力矩系数 = = = = = = D/q∞A S/q∞A L/q∞A RM/q∞A⋅WB) PM/q∞A⋅WB) YM/q∞A⋅WB)表 1 中： D S L RM PM YM q∞ ρ V∞ A WB 阻力(= Fx ) 侧力(= Fy ) 升力 (= Fz ) 滚转力矩 (= -Mx ) 俯仰力矩 (= My ) 偏航力矩 (= -Mz ) 2 动压 (= 1/2ρ V∞ ) 空气密度(根据风洞环境参数计算 ) 风速(m/s) 模型正投影面积 轴矩风洞天平的力心与图 1 定义重合。
在选定的汽车表面布置的测压点（62 个）可以测量相应位置的表面静压力 ps，无量纲化的压力 系数定义：试验在同济大学-上海地面交通工具风洞中心的“气动-声学整车风洞”中进行，该风洞主要技 术参数为： - 喷口尺寸/面积：6.5m(w)x4.25m(h) 27m2 - 最大风速：250km/h 主要试验仪器设备包括： 1) 天平：六分量/Horiba-Schenck，静校准精度 0.005~0.01% 2) 转盘：直径 9m，角度定位精度+/-0.01 度 3) 滚动路面： 中央移动带宽度 1100mm，长度 7000mm 车轮转动单元：宽度 280mm，长度 350mm2010 年 CDAJ－China 中国用户论文集4) 风机系统：低噪声轴流风机/24 波变频驱动控制 5) 风洞测量仪器 风速测量：MKS Baratron 698A + 670B 环境参数测量： 大气压：MKS Baratron 690A + 670B 温湿度：Vaisala 330 6)多通道(64ch)压力扫描阀 试验结果如表 2，气动阻力系数从 80km/h 到 160km/h 减小约 0.005，说明雷诺数效应比较小。
表 2 不同风速下的阻力系数 CD工况 1 2 3 4 5 U(km/h) 80 100 120 140 160q∞ (Pa)307.25 481.51 691.86 942.21 1229.16CD 0.3082 0.3088 0.3047 0.3051 0.30312 机舱进风阻力及地面效应对车辆风阻系数的影响一些气动性能优秀的轿车，在满足机舱散热的条件下都充分考虑了机舱进风阻力对车辆气动性 能的影响，为得到该方面定量数据，开展了该方面的试验研究，分别测试机舱中网打开和封闭以及 路面效应的影响，如表 3 所示。
表 3 机舱进风阻力及地面效应对车辆风阻系数的影响工况 原车状态+路面效应 原车状态+不考虑路面效应 中网封闭+路面效应 中网封闭+不考虑路面效应 U(km/h) 120 120 120 120q∞ (Pa)691.86 690.06 693.61 691.91CD 0.3047 0.3114 0.2640 0.2776CD 变化幅度 0 6.7 counts 40.7 counts 27.1 countsCD 变化率 0 2.06% 12.53% 8.34%注： 通过与实际风速相一致的宽度为 1100mm， 长度 7000mm 的地面中央移动带的移动来模拟路面效应。
从试验结果来看，路面效应能减小车辆的风阻系数 6 个 counts 以上，机舱的进风阻力对风阻系 数有比较大的影响，在 40 个 counts 以上。
3 侧向风对车辆风阻系数及升力系数的影响由于汽车车身上部和下部气流流速不同，使车身上部和下部形成压力差，从而产生升力和纵倾 力矩，气动升力对汽车高速行驶稳定性的影响很重要。
即使在无风时，当轿车车速达到 160km/h 时，2010 年 CDAJ－China 中国用户论文集气动升力也可以轻易地达到车重的 20%～25%。
当有横向风时(通常状况下是有横向风的)，由于阵风 的作用，气动升力的影响会更大，这样就会使汽车产生危险和转向问题。
车辆在-10°~25°偏角下 的风阻系数、侧向力系数及升力系数如表 4 所示。
表4 不同偏角下的气动性能参数工况 1 2 3 4 5 6 7 8 偏角（°） -10 -5 0 5 10 15 20 25q∞ (Pa) U(km/h)692.73 691.97 691.86 691.76 688.66 691.76 685.40 687.66 120 120 120 120 120 120 120 120CD 0.3225 0.3167 0.3047 0.3124 0.3219 0.3519 0.3626 0.3639CS -0.3476 -0.1305 -0.0041 0.0792 0.2362 0.3965 0.5410 0.7326CL 0.2903 0.2511 0.1914 0.2448 0.2860 0.4113 0.6190 0.7797从试验结果来看，随着侧偏角的增大风阻系数在增大，偏角超过 10°以后对侧向力和升力系数 有较大的影响，在设计前期需要考虑其对操纵性的影响。
4 车身表面压力系数分布车身表面的压力系数分布表征了车身气动性能设计的合理性，从图 2 可以看出，保险杠 1~4 点 处为正压分布，机舱盖 5~10 点为负压，前风挡 11~15 点为正压，顶棚至后风挡玻璃及车身侧围大部 分为负压， 而后保险杠左右侧面 44 点处出现了较高的正压， 提升了车辆的气动性能， 机舱内的 55~62 点在将中网封闭前后表现出正负不同的压力，在后续的 CFD 分析中可以作为考虑机舱通风时的对标 参考数据。
图 2 某轿车车身表面压力测点布置2010 年 CDAJ－China 中国用户论文集图 3 车身表面的压力系数分布5 气动性能试验与仿真的相关性研究汽车空气动力学研究主要有两种方法，一种是进行风洞试验；另一种就是利用 CFD 软件进行数 值模拟。
传统的风洞试验结果一般可靠性比较高，但由于它有许多局限性，如成本高、周期长等缺 点，阻碍了它在汽车设计中的应用。
与风洞试验相反，CFD 几乎克服了它的所有局限性。
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、无粘性到有粘性的几乎所有的流动现象。
先进的 CFD 分析技术使新车型的 空气动力学设计更加方便灵活，开发周期也得到缩短。
CFD 最主要的问题在于精度不如风洞试验， 但目前许多大型商业通用软件已经很好地解决了这一 难题，而某些专用的 CFD 软件在解决某些汽车流场计算时可以达到更高的精度。
基于国内在车辆空气动力学方面的研究现状，现阶段开展该方面的试验与仿真相关性研究是非 常必要的。
应用 Star CCM+软件，选定流体计算域 车前 2 倍车长，车后 4 倍车长，宽度共 6 倍 车宽，高度为 5 倍车高；边界层设 3 层，总 厚度为 4.6mm，总网格数为 25000，车辆处 于半载状态，设定进口风速为 30m/s，模型 中模拟路面效应及轮胎的转动， 选用 k-ε湍 流模型 。
该车型油泥模型的风阻系数为 0.233 ， 试 验 值 为 0.264 ； 误 差 为 31 个 counts，原因是我们对车辆的地板做了较大 的简化处理，同时去掉了排气系统、传动系 统及悬架系统等的影响。
如将这些系统考虑 进去，误差应该在可控范围之内。
图 4 油泥模型压力系数分布[3]2010 年 CDAJ－China 中国用户论文集整车状态的 CFD 分析采用与油泥模型相同的边界条件、模型细化方法及湍流模型，半载状态下 的 CFD 风阻系数分析结果为 0.325，试验结果为 0.304；误差为 21 个 counts，造成误差的主要原因 是机舱的风阻模拟与实际情况存在一定的差距，特别是冷凝器和散热器的风阻模拟是下一步需要详 细标定的模块。
图 5 整车模型压力系数分布6 总结对某轿车的空气动力学性能进行了试验研究，同时进行了部分试验与仿真的相关性分析。