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关于FSC赛车翼型的选择与二维流场分析

作者:商品经济
出处:www.lunrr.com
时间:2019-10-15

1机翼的选择与设计

空气动力学在赛车领域的应用非常广泛。空气动力学在赛车领域的应用非常广泛。我们将其应用于FSAE赛车,并在赛车上增加了空气动力学套件,以使其易于操作。可以改善。这里的空气动力不是将空气转化成汽车的动力,而是使在汽车高速行驶期间由气体的高速相对流动产生的空气变成对汽车的作用力。在空气动力学套件中,包括前翼,后翼和底部扩散器,本文将介绍前翼和尾翼的选择。

翼型的主要影响参数包括前缘半径,相对厚度,相对外倾角和雷诺数(Re),其中前缘半径和相对外倾角增加,最大升力系数增加;当相对厚度较大时,提升线斜率也会随着相对厚度的增加而增加。基于以上因素,考虑到加工难度,我们选择了四个翼型,即GOE226,GOE430,GOE441和GOE502,进行进一步分析。

就影响雷诺数(Re)的因素而言,由于方程式学生汽车比赛的规则,运动场上放置了多个桩,这使赛道更加弯曲。耐力赛的平均速度约为20m/s。因此,本文选择Re值较低的机翼。雷诺数是使用最广泛的无量纲参数之一,公式为Re=pVL /μ。其中p是流体密度,V是流入速度,L是物体的特征长度,μ是流体粘度。粘性流的流动状态对实验结果有很大的影响,通常使用雷诺数来确定流动状态是层流还是湍流。对于圆形管道,当Re小于2300时,管道必须是层流;当Re大于8000-时,管道必须是湍流的。根据经验,在散热片的研究中,我们可以认为通过散热片的气流是层流的。另外,在空气动力学研究中,L通常被视为机翼的弦长。由于前翼不能超过前轮胎的前端762毫米,因此后翼不能超过后轮胎的后端305毫米。两者不能在前轮胎的外侧或后轮胎的两侧的最宽和最宽受这些规则限制。在这里,我们选择400mm的弦长进行分析。

在相同的升力系数下,GOE430和GOE441的阻力系数较低,可以减少空气阻力对汽车行驶的影响,并提高单圈速度。因此,选择GOE430和GOE441作为尾翼的机翼。

2机翼迎角的确定

选择翼型后,确定翼型的迎角。理论上,攻角越大,产生的升力越大。然而,实际上,当迎角太大时,气流将与机翼表面分离,导致失速,从而减小升力。为此,我们需要获得最大的迎角,以避免失速。本文将ANSYS FLUENT模块用于二维流场分析。分析过程如下。

2.1模型建立

机翼数据以坐标格式保存为excel格式,并且通过宏命令直接在CATIA中生成相应的机翼截面。

2.2确定计算域

汽车的实际外部流场是无限的,但是无法计算出这样的计算域。参考一些论文,本文将计算出用于生长立方体的域,将计算域的长度设置为车辆长度的10倍,前部的3倍。长度为6000毫米,后部为毫米长度的6倍,高度为汽车高度的4倍为6000毫米,宽度为汽车宽度的7倍,左右两侧为汽车高度的3倍车宽4500mm。在这样的计算域中,可以获得更准确的计算结果。并可以提高计算速度。

2.3网格划分

使用ICEM-CFD划分四面体网格,可以适应复杂的曲面,从而保证网格质量,并且四面体网格比其他网格更容易划分,从而大大缩短了网格划分的时间。在一些较小的表面上对网格进行局部加密,从而使分区的网格质量更高,从而避免了计算不收敛的问题。

2.4边界条件的确定

(1)湍流模型使用标准的k-ε模型。

(2)液压直径:D=4×(W×H)/(2×(W + H))

W和H分别是计算域条目的宽度和高度。 W=10.5 m,H=6 m。

d=4×(6×10.5)÷(2×16.5)=7.64

(3)湍流强度:

对于平均气流速度,Re是雷诺数,μ是动态粘度系数。 Uavg=20m/s,Re=1.398e7,μ=1.81e-5ns/m2,I=0.02设置参数后,开始迭代分析,鳍的升力系数(cl)和阻力系数(cd)为获得。改变鳍片的迎角会产生不同的升力系数(cl)和阻力系数(cd)。由此,可以获得在最大升阻比下与鳍片相对应的迎角。总结之后:在设计FSC赛车空气动力学套件时,机翼的选择非常重要。适当的翼型可以以较小的阻力极大地改善汽车的负升力,从而提高汽车的可操纵性。本文使用prifili翼型软件选择合适的翼型,然后使用FLUENT获得最大迎角和翼型的相对位置,从而设计出满足您要求的气动套件。

具有Re编号的不同翼型的升力系数(cl)和阻力系数(cd)之间的关系表明,GOE430的最大迎角为5°。 GOE441的最大迎角为16°。在确定主翼和襟翼的迎角之后,确定两者的相对位置。不同的相对位置也会对产生的升力产生重大影响。

首先是襟翼距主机翼的高度对升力的影响。通过改变襟翼距主翼的高度,可以获得不同的升力阻力以及升阻比。参见表2。结论:根据这组数据,可以发现,当间隙较小时,主翼的负升力相对较大,襟翼的负升力相对较小。当间隙较大时,主翼的负升力有减小的趋势。机翼的负升力会增加。我们选择30mm作为主翼与襟翼之间的间隙。此数据的总负升幅较大,cl/cd最大。

然后在30 mm的高度进行横向比较,即,翻盖沿x方向向前或向后平移。通过在水平方向上改变主翼与襟翼之间的距离,可以获得相应的升力,阻力和升阻比。

结论:从这组数据可以看出,相对于初始位置负升力在正方向上减小,相对于初始位置-5mm及以上的位置负升力总量相对较大。而我们横向的位置选择-15mm,这个位置的负升力比较大。通过对这两组数据的分析比较,我们的优化位置相对于原始位置向上平移30mm,向后平移15mm。该位置的负升力为90.13N,与原位置61.27N相比,增加了28.86N的下压力。

3结论

通过以上分析,我们选择了两种低re翼型goe430和goe441作为fsc赛车的翼型。经fluent分析,两者最大攻角分别为5°和16°。通过进一步的仿真分析,得到了两者之间的相对位置关系。主翼与襟翼垂直间距30mm,水平间距15mm。

下一步:基于autoform的汽车覆盖件拉深过程仿真探讨

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