FSAE车身空气动力学
FSAE赛车悬架的优化设计及分析

2、阻尼:阻尼的大小直接影响赛车的反弹速度和行驶平顺性。阻尼过大, 赛车反弹过快,会影响赛车的操控性和稳定性;阻尼过小,则会导致赛车行驶平 顺性降低。
3、几何形状:悬架的几何形状决定了赛车在不同行驶状态下的性能表现。 例如,多连杆悬架可以提供更好的操控性和稳定性,但需要更高的技术要求和更 复杂的结构设计。
二、大学生方程式赛车悬架的设 计
1、确定悬架类型:大学生方程式赛车通常采用麦弗逊式独立悬架,这种悬 架具有结构简单、重量轻、占用空间小等优点。
2、选择合适的材料:考虑到赛车的轻量化和刚度需求,通常会选择高强度 铝合金作为悬架的主要材料。
3、确定弹簧刚度和阻尼:弹簧刚度需要根据赛车重量和赛道特性进行选择, 而阻尼则需根据驾驶风格和赛道条件进行调整。
1、按照设计图纸进行前期准备
在制造阶段,首先要按照设计图纸进行前期准备,包括加工制造、组装等。 要确保各个零部件的尺寸和性能符合设计要求,同时要对材料和加工工艺进行严 格把关,确保赛车制造的质量。Biblioteka 2、安装动力装置和其他附件
在制造过程中,要安装发动机、变速器等动力装置,并连接相关管路和附件。 在这个过程中,要保证各个零部件之间的连接牢固可靠,同时要确保管路和线路 的布置合理,不会影响赛车的性能和安全性。
二、FSAE赛车悬架设计
FSAE赛车的悬架设计需要充分考虑赛车性能的要求和实际行驶情况。一般来 说,FSAE赛车的悬架设计需要考虑以下几个方面:
1、刚度:悬架的刚度是决定赛车操控性和舒适性的关键因素。刚度过高会 导致赛车过于僵硬,操控性虽然好,但舒适性会降低;刚度过低则会导致赛车过 于软弱,操控性降低,同时也会影响赛车的稳定性。
2、性能测试与评估:在完成悬架设计后,需要进行实际的性能测试和评估。 这包括在实验室进行振动测试、刚度测试等,以及在赛道上进行实际的驾驶测试。 根据测试结果对设计进行相应的调整和优化。
空气动力学套件的设计要点

空气动力学套件的设计要点在近几年的FASE的比赛中,空气动力学套件在国内车队中得到越来越多的应用,从我个人的观察来看,14年中国赛使用空气动力学套件的车队至少达到70%以上。
那么,空气动力学套件的设计要考虑那几点呢?我就以我两年在HRT车队做空套的经验,简单地和大家交流一下。
空气动力学套件的设计重点应放在三个方面:升阻比、导流、风压中心。
首先从升阻比来讲吧,我把这一部分分为三个方面来讲,如何选择翼型,如何进行翼型的组合,以及整车下压力及阻力的取舍。
第一点,如何选择翼型。
这对一个刚开始做空套的车队来说花较多的时间选择一个好的翼型是非常有必要的。
那么如何才能算是一个好的翼型呢?第一,好的翼型需要一个较大的升阻比;第二,要保证翼型在大攻角下不失速;第三,翼型要有足够的厚度,以保证可加工性及刚度。
我们车队目前所用的翼型是13年选的,我们使用的翼型是NACA四位数字翼型,我们从3系列到9系列中选出大概10几种翼型,分析他们在不同攻角下的下压力、阻力及升阻比。
但如果只关注这些数据就大错特错了,最重要的是找到从3系列到9系列的这几个数据的变化趋势。
通过变化趋势,分析变化趋势的原因,并进而指导下一组更小范围的对比实验。
总之选翼型是个重复再重复的过程,但选出了一个好的翼型之后,会对以后的设计来了极大的方便,也可以一直沿用下去。
第二点,如何进行翼型的组合。
众所周知,主翼加襟翼的组合式翼型可以保证翼型在大攻角下不失速,极大地提高升力系数。
但是,主翼和襟翼的不同相对位置自然也会有不同的升阻比,所以,主翼与襟翼的相对位置的确定又成为了一个繁琐但不得不进行的工作。
翼型组合的确定的最大问题是要找到变量是什么。
如图所示,我们车队使用的是三片式组合翼型,如果从翼型的侧面看的话,三片翼都有极大的活动空间。
因此,三片翼是位置应该怎么调,调的梯度是什么,这一系列的问题都需要考虑。
影响翼型的升阻比的一个重要因素就是总攻角,但同一总攻角下,不同翼型的组合又会带来不同的升阻比,而调节翼型相对位置的时候又很难保证总攻角不变。
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。
方程式赛车动力系统设计(本科毕业设计)

一、设计步骤设计背景:本文基于扬州大学力行车队的方程式赛车进行研究,阐述 FSAE赛车动力系统匹配现状与发展的相关问题。
通过对方程式赛车的电机参数、传动比、电池组容量进行匹配设计,借以寻找一种有效的动力系统优化思路。
在保证赛车动力系统运行水平的基础上,持续改进系统功能及其运行策略,最终进一步提高FSAE 赛车动力系统的运行能力,使得所设计以及制造的方程式赛车能够满足FSAE赛事比赛的要求。
主要内容如下:(1)参考对比国内高校方程式赛车电动汽车的整车布置方式,设计本文所要求设计的扬州大学电动方程式赛车的布置方式;(2)以本校电动赛车基本参数和设计目标为基础进行动力系统参数设计,对电机、传动装置及能源系统进行结构设计和总体性能计算;(3)使用CATIA软件进行系统建模,对电机、电池、控制器以及驱动桥的位置进行合理布置,做好动力系统的总布置图;(4)按照设计任务书中对赛车的动力性和经济性的要求,对赛车的动力系统进行参数匹配,最终确定整车动力系统组成部分的选型。
在Optimum Lap软件中建立赛道模型,通过软件分析方程式赛车的比赛工况;(5)基于CRUISE软件进行赛车的性能仿真,对影响赛车的经济性与动力性的几个因素进行分析,验证所设计的动力系统各部分参数的准确性;二、设计思路图1-3 整体设计技术路线三、设计内容赛车的设计是从赛车的总布置开始,涉及车架、车身、底盘、传动、转动、可靠性和稳定性测试等多方面内容[13]。
纯电动赛车与传统的燃油赛车相比,由于动力源的差异,所以纯电动赛车没有发动机和油箱,代之以动力电池系统以及电机驱动系统。
FSEC纯电动方程式赛车是本着对传统车辆的加速、制动和操纵性能进行创新设计,赛车的总布置是一个穿插赛车设计始末的过程,总布置的确定对赛车的性能有着重要的影响。
三、系统布置整个赛车的组成结构如图2-2所示,主要有驱动系统、能源系统、车架车身、底盘系统等基本结构要素。
图 2-2 整车部分系统布置四、控制系统由于FSAE赛车实质上就是一辆纯电动汽车,因此赛车的动力系统也与纯电动汽车相似,都是由电机和电机控制器组成。
基于FSAE车身空气动力学分析

图(6)
有、无扰流板气动力对比:
阻力
升力
车身和轮胎(无扰流板)
前扰流板
后扰流板
车身和轮胎
(有扰流板)
47.6582N
4.3198N
5.4186N
52.7605N
33.4756N
-28.1606N
-52.4263N
37.8581N
可以得到车身和轮胎造成了赛车的绝大部分阻力和正升力,在增加了扰流板后由于气流的改变,车身和轮胎的阻力和正升力均有所增加;后扰流板提供了赛车的65%的负升力,为了降低车身和轮胎造成的阻力和升力只能对车身进行流线型的优化,也可以通过增加前扰流板的攻角来减小轮胎的阻力和升力,为了增加赛车的下压力可以通过优化后扰流板的攻角来实现。当赛车尾翼中主翼攻角增加到10°,副翼攻角增加到18°后
(2)
——流速的矢量;
——压力的矢量。
式(1)为Newron-Strokes方程,式(2)为连续方程, 为加速度, 为拉普拉斯算子,则 (3)
(4)
式中 —— 的 的方向的分量。
赛车的气动阻力表达式为: (5)
气动阻力系数的表达式为:
赛车的气动升力的表达式为:
气动阻力系数的表达式为:
风洞模型的建立:
根据文献SST湍流模型在汽车绕流仿真中的应用采用SST 模型。SST 模型是通过标准 模型和变形 联立变形而来。
κ-ω模型能够预测自由剪切流动传播速率,如尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射,广泛应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。SST 模型和 模型相似,但SST 模型比标准 模型在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。
结果分析:
1、无扰流板时气动力分析
下图(3)为车身表面的静压图,最大压强为133pa,最大压强主要集中在车身前部尖端、前轮前端和车手胸部。来流在这些部位速度将为零,全部动压变为静压,压强达到最大值。图(4)为车身对称面的速度矢量图,最大的速度为23.8m/s,最大速度出现在车手头部的后方。根据计算结果车身的和轮胎的阻力为47.6582N,可以计算得出车身的阻力系数为0.51375;在不考虑轮胎只考虑车身的情况下其阻力为23.4416N,可以计算的赛车的车身的阻力系数为0.385,考湖南大学的车身分析结果及文献F1赛车气动特性的CFD仿真和试验研究,车身的阻力系数0.35左右,而在包含轮胎的情况下,赛车的阻力系数将达到0.5以上,可以确定此时的计算结果接近实际情况,可信度较高。由图(4)可知车身后部出现了大尺寸的涡流,产生了很大的负压,这是车身阻力产生的主要原因,为了减少车身的阻力可以考虑用覆盖件将车身后部的发动机覆盖,但是由于发动机舱的布置比较复杂,且需要经常拆卸,覆盖以后不利于拆卸,同时也不利于发动机的散热,综合考虑决定不采用覆盖件将发动机舱覆盖。
FSAE赛车车身外流场优化设计与数值模拟

文 章 编 号 :1006—9348(2018)01—0126—06
计 算 机 仿 真
2018年1月
FSAE赛 车 车 身 外 流 场 优 化 设 计 与 数 值 模 拟
南 琼 ,应 保 胜 ,伍 俊 杰 。谢 磊
(武汉科 技大学 汽车与交通工程学 院,湖北 武汉 430081)
ABSTRACT :In the paper,the aerodynamic shape design and optimization of outf low are researched for a certain type of Form ula SAE ,and body surface of racing car was preliminary designed with 3 D modeling sof tware CATIA. The method of body shape optimization design was sum marized, and the body,frame, wheels, suspension, cabin, 95% percentile of human model,engine assembly and transmission system were modeled and assembled.The simpli— fled original model and four kinds of relative optimization body partial modif ication schemes were built.The f luid a— nalysis software Fluent integrated in ANSYS W orkbench was adopted to simulate or iginal and modif ication program , and the aerodynamic performance effect of whole vehicle was compared with the or iginal and modif ication models.Fi— nally,the pressure and velocity distributions for the outflow of racing car body and surrounding were obtained. The results show that the aerodynamic lift of original ear is slightly larger and turbulence exists in local outflow ,and the m odified four schemes can im prove the vehicle aerodynamic per for m ance of drag and lif t in different degree, which has important significance in improvement of handling stability and secur ity of the racing ear. KEYW ORDS:Aerodynamics;Numerical simulation; Outf low f ield;Car body desig n ;Scheme selection;Aerody— namic perform ance
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。
fsae空气动力学分析

PART II GFR赛车实例分析/ E: i% a# M/ _* U& G3 ^& I+ A' ]8 t9 E" H& p 下载(86.27 KB)2011-8-11 23:49! H( i) L* w9 VGFR的前、后定风翼设计中规中矩,并且没有针对翼缘的诱导阻力进行优化,但是通过其定风翼面积以及外侧定位螺钉的角度来看,其双层定风翼已经接近其最大负升力位置——对于一只卫冕车队,如果没有做好相当程度的理论工作,是不能贸然采用这种设定的,而这正说明GFR在定风翼设计上已经做了足够的功课。
G+ B, V- d2 |+ h: k- U, F$ a1 \/ s# M- ?; D! Z6 n, d, E* r而当我们把目光转向底部扩散器时,我只能说两个字:亮了,至少以我的FSAE阅历是没有见过如此长的扩散器。
9 s! `! z4 G" c) n$ c! b/ T 下载(85.34 KB)2011-8-11 23:500 U; V# g3 c) [$ u% c r# N) K5 @: ?% t3 O4 f: z/ B+ ^/ x( q) B. i; a2 k这看上去或许有些笨拙,但事实上,由于此时扩散器底部负压区面积增大,而且后部不受悬架制约,上扬的角度可以进一步增大,根据现有研究成果(如图所示),更大的扩散角能够实现更大的负升力。
! L+ D4 W; j9 E0 r" V下载(16.27 KB)2011-8-11 23:509 y* |4 ], R( k" x4 s1 B0 X& }% [- R6 F! T' I% Z( I j7 ?/ p( L; L! G3 i9 z4 `! C% k+ P } `* y J) N% [, \* g; l. l# _% l1 `不仅如此,我们可以看到其扩散器底板紧贴着后轮前下方。
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• Materials > Fluid > Air > ‘Create/Edit’
– For Density, select ‘Ideal Gas’ – For Viscosity, select ‘Sutherland’
– If not, use the drop down list to change!
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• Edit > Momentum Tab
– leave the defaห้องสมุดไป่ตู้lt settings which correspond to a stationary wall (relative to the fluid zone) with a no-slip condition.
WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Case Setup: Choose the solver and models
• Select the turbulence model to be used:
• Models > Viscous > Edit
• Choose k-omega (2-eqn) • Select SST, then OK
什么是赛车的空气动力学
Easy Start
• 导流板起步
翼型基础
So,如果翼型上下形状对称,还能飞么
仿真实战第一课!
• Are you ready?
FLUENT
WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
关于例子
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Set Operating Pressure to 0 Pa
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Case Setup: Boundary Conditions
• Boundary Conditions > Zone > select ‘airfoil_lower’ • Check that the boundary zone type is set to ‘wall’
– In this case there is only one cell zone (with the default name of fluid) – In this case there is also only one material (air, which has been modified) – There can be multiple zones with user-specified names and multiple materials if required
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
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以下是例子的参考设置部分 例子来源于ANSYS教程
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Therefore, with compressible flows, it is sometimes convenient to set to operating pressure to zero, and input/output ‘absolute’ pressures. This is simply a user preference. Other times it may be convenient to set a bulk flow operating pressure. The main thing to remember is that whatever operating pressure is set, this will be added to any gauge input pressures.
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• The maximum aspect ratio in this mesh is quite high, as will be examined shortly. • This is a result of placing the first grid point in the viscous sublayer close to the airfoil wall surface, for maximum accuracy in the turbulence model. • However, very long thin (stretched) cells can lead to problems, so we need to proceed with some checks.
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Case Setup: Define Materials
• Constant density air is the default fluid.
Case Setup: Define Materials
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Click ‘Change/Create’
Close the materials panel.
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Ansys 空气动力学
兰常欣
Tips:
• 很多人想要视频里面的ppt做参考,我找了很久终于 找到了这个ppt。内容有所修改,大家选取自己需要 的内容看吧。 • ppt中Ansys的例子的ppt经过截取,同时模型无法提 供,请见谅。 • 视频地址如下: • /v_show/id_XNDQ0MzU1MzA 4.html
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– Models > Energy > Edit > Toggle ‘On’ – This is needed because the flow is compressible and temperature will be variable.
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– 例子图片如下,我没法附上模型。模型主要是个NACA0012的标准翼型,周围 包裹着质量很高的网格,细部图见下一页。
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Examine the mesh
• Zoom in and examine the mesh.
• There is nothing else to assign to the fluid cell zone for this case
– Other tabs are enabled when the corresponding options are selected
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– Ideally, in high speed compressible flow modeling, these should be temperature dependent as well.
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Case Setup: Choose the solver and models
• Select the steady-state density-based solver:
– General > Solver > Type > select ‘Density-Based’ – General > Solver > Time > steady (default)
Case Setup: Assign Materials
• Check that ‘air’ is assigned to the cell zone ‘fluid’ • Cell Zone Conditions > Zone > ‘fluid’ > edit
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Case Setup: Operating Conditions
• Cell Zone Conditions > Operating Conditions
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– Note: can also be accessed from the boundary conditions panel
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WS2: Transonic flow over NACA0012 Airfoil
Case Setup: Choose the solver and models