FSAE赛车总布置及车身造型设计
FSAE赛车悬架系统设计
三.弹性元件和减振器的选择与计算
弹性元件： 而其配套的弹簧可供选用的分别有：300LBS/in、350LBS/in、 400LBS/in、450LBS/in刚度。经过计算，我们选择前弹簧刚 度为350LBS/in。 减振器： 经过计算与分析，最终确定本辆赛车选用直径D=20mm的充 气式减振器，这种减振器的优点是在不利于车辆连续行驶的 路面上行驶时，能够体现出更加优良的阻尼力，是有着十分 出色的工作的持续性和高速特性。
单片吊耳
整体式吊耳
减震器吊耳
摇臂吊耳
四.车轮定位参数的确定和优化
1. 车轮外倾角 由于赛车经常需要快速转弯，希望能够最好的发挥轮胎性能，使其在转弯 的过程中，最大的提供侧向力，所以赛车设计常把它设置为负角度，从而 最大程度利用轮胎的附着能力，并且希望随轮跳变化尽量小。在常见的车 轮跳动范围内，其变化量一般控制在1°以内。
e1 ——前悬架纵倾中心到地面的高度(mm)；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
抗驱动后仰角 抗驱动后仰角可减小后轮驱动汽车车尾的下沉量或前轮驱 动汽车车头的抬高量。与抗制动前俯角不同的是，只有当汽车为单桥驱动 时，该性能才起作用。对于独立悬架而言，当纵倾中心位置高于驱动桥车 轮中心时，这一性能方可实现。 考虑到车架的加工问题，若上下横臂轴轴线不平行，车架加工难度会非常 大，所以本次设计将上下横臂轴轴线设计成都和地面平行，即纵倾中心在 无限远处。
推杆使不等长双横臂独立悬架
FSAE 赛事规则要求轮辋最小直径为203.2,mm, （8 英寸）， 轮辋空间的大小直接影响着立柱的设计，而立柱的大小有决 定着上下横臂的距离，如图，为CATIA中建立的8英寸的轮辋 模型。
FSAE电动赛车整车布置及性能分析
FSAE电动赛车整车布置及性能分析摘要: 大学生电动方程式赛车是在传统燃油大学生方程式赛车的基础上发展起来的，其绝大多数零部件都与燃油车相似，如赛车的车架、制动、传动以及悬架等，其主要差别在于动力系统和电子控制系统。
本文以FSAE大学生电动方程式赛车整车布置及性能分析为研究对象，主要进行以下研究：1）通过研究大学生方程式汽车大赛赛事相关规则以及赛车制造标准要求，掌握电动赛车总体布置方案；2）查阅国内外相关参考文献，从而为整车布置以及整车参数设计提供理论依据；3）首先从车架结构以及车架所使用的材料进行选择说明，通过结构与材料之间的对比，分别选择合适结构和材料来设计车架，建立电动赛车车架的三维模型；4）对悬架采用的类型与部件的设计参数进行讨论说明，然后对悬架特性参数进行计算说明，确定悬架的硬点位置，最后对悬架系统的零部件结构进行设计，从而确定赛车悬架系统；5）首先确定制动系统采用的方案，选择制动器的形式与液压分路系统；然后对制动系统的主要参数与盘式制动器的相关尺寸进行相关计算；最后对整套制动系统的液压驱动机构进行设计计算，包括前后轮制动卡钳的尺寸以及前后轮制动主缸尺寸的大小。
由于电机是驱动电动赛车的唯一动力源，所以它的选择尤为重要，关系到整个汽车的动力性和操纵稳定性。
实际应用时，往往会因为各种情况导致实际转矩和理论转矩出现误差，本文选用永磁无刷直流电机来当作电动赛车驱动系统的驱动电机。
根据方程式汽车大赛规则，FSAE赛车的车架设计内容包括车架的结构布置、车架材料的选择、车架的内部空间布置设计并且设计要符合人机工程。
FSAE赛车车架采用桁架式车架结构，选择了四种厚度不同的的30CrMo钢材，最大限度地缩小赛车的整车重量，使得车架的整体性能得到提高。
结合国内外车队相关悬架优秀设计经验，本文选择了推杆不等长双横臂悬挂。
主要因素有：推杆不等长双横臂悬挂，加工方便，装配精度高，符合学生的技术水平；重心较高的问题，由于采用了铝合金部件和碳纤维材料，可以有效解决；赛车通过传动形式的对比，选择链传动作为本次设计的传动形式。
毕业设计(论文)-大学生方程式赛车整体车架设计、标准安全系统及座椅附件设计(全套图纸)
毕业设计（论文）题目大学生方程式赛车设计（整体车架设计、标准安全系统及座椅附件设计）全套图纸，三维加1538937062013年5月30 日方程式赛车整体车架设计摘要FSAE赛车是一项以大学生为对象的赛事，旨在为汽车工业培养更多的优秀人才，参赛的赛车全都由各高校研究设计。
由于是为比赛而设计的赛车车架，因此设计时必须要考虑赛事技术规范。
我的毕业设计就是为FSAE 赛车设计车架。
赛车的车架设计必须要考虑赛车发动机、驾驶员的布置以及赛车各个总成的布置。
又由于赛车车架是赛车的主要受力结构，赛车上的几乎所有的结构以及部件都是有车架直接或者间接支撑，所以车架的结构一定要合理，同时强度刚度必须达到一定的要求。
在车架设计之初，要将大赛的有关规定和评分标准完全掌握，对各部件该怎么布置，布置在什么方位有一个清晰的规划。
同时为了使以后的车架结构设计更为合理，我参考了天津大学、湖南大学以及部分国外的车架。
进入设计阶段后，在对比了车架的结构形式后，选择了桁架式的车架。
根据强度要求，选择车架的材料。
在确定了悬架的安装位置后，依据技术规范、赛车的整体布置、发动机以及人体模型确定车架大致的整体尺寸，然后建立几套车架的雏形；再优化车架结构使整体各个系统能合理的布置在车架上，直至使车架结构满足各个方面的要求。
在几套车架结构基本定型以后，开始对车架进行结构受力分析、优化以及对比，选择结构合理质量最轻的车架。
关键词：FSAE，车架，技术规范，发动机，驾驶员FORMUL SAE—A SPACE FRAME DESIGNABSTRACTThe FSAE vehicle race is one takes university student as the sports event of object,for the purpose of creates more outstanding talents for the automobile industry,participating vehicle race all by various university research and designs. As a result of competition vehicle race frame of design, when design must consider the sports event technology standard.My graduation project designs the frame for the FSAE vehicle race. The frame design of vehicle race must consider the the arrangement of arrangement as well as vehicle race each unit of vehicle race engine and pilot. Because vehicle race frame is the main stress structure of vehicle race, almost all structures as well as the parts in vehicle race have the frame direct or indirect support, therefore the structure of frame is certainly reasonable, simultaneously the intensity rigidity must meet certain requirements. At the beginning of the frame designs, must completely grasps the concerned requirements and point scale of big game, how should arrange to various parts, arranges has a clear plan in any position. Simultaneously to make the later vehicle frame design is more reasonable, I have referred to some Tianjin University, Hunan University as well as overseas frames. After being in the design stage, after contrasting the structural style of frame, has chosen the truss-type frame.According to the intensity request, chooses the material of frame. After locating the airflow distribution of suspension fork, according to the overall arrangement, engine of as well as the manikin determination frame approximate overall size technology standard and vehicle race, then establishes the embryonic form of several sets of frame; Optimizes the vehicle frame to enable the overall each system again to arrange reasonably on the frame, until makes the vehicle frame meet the request in each aspect. After several sets ofvehicle frame finalizes basically, starts to carry on the structure analysis of accepting force, to optimize as well as contrast to the frame, optional structure reasonable quality lightest frame.KEY WORDS: FSAE, frame, technology standard, engine, pilot目录第一章赛车概述 (6)§1.1 国外Formula SAE简介 (6)§1.2 中国大学生方程式汽车简介 (7)第二章车架结构特点综述 (8)§2.1 车架的功用与要求 (8)§2.1.1 车架的功用 (8)§2.1.2 对赛车车架的要求 (8)§2.2 车架的计算 (9)§2.3 车架综合实验要求 (9)§2.3.1 车架的应力测定 (10)§2.3.2 车架的刚度测定 (10)§2.3.3 可靠性与耐久性台架试验 (10)§2.3.4 随整车进行的可靠性道路试验或试车场试验以及使用试验 (10)第三章车架类型方案的对比与分析 (11)§3.1 一体式金属车架 (11)§3.2 单体式车架 (12)§3.3 桁架式车架 (12)第四章车架的材料以及结构 (13)§4.1 车架材料的材料力学分析 (13)§4.2 方程式赛车车架材料的技术规范要求 (13)§4.3 车架材料的选择 (14)§4.4 赛车车架的结构 (15)§4.5 车架应力的消除 (15)第五章大学生方程式赛车车架设计 (16)§5.1 赛车整体结构的设计 (16)§5.2 赛车驾驶舱的设计 (19)§5.3 赛车各个系统及零部件在车架上的安装位置的设计 (20)§5.3.1 悬架系统的安装位置的设计 (20)§5.3.2 转向系统安装位置的设计 (22)§5.3.3 传动系统的要求 (23)§5.4 安全系统的要求 (23)第六章赛车车架的结构分析和优化 (26)§6.1 车架在实际环境下的受力 (26)§6.2 车架的结构分析方法 (26)§6.3 有限元分析方法的基本原理 (27)§6.4 有限单元法的分析步骤 (28)§6.5 基于有限元分析方法的车架的分析 (29)§6.6 基于有限元分析方法的碰撞块分析 (29)第七章座椅设计 (31)§7.1 人性化座椅设计 (31)§7.1.1 系统中人和机的职能分工 (32)§7.1.2 体坐姿体压分布 (33)§7.1.3 座垫上的体压分布 .................. 错误！未定义书签。
FSAE_赛车_设计报告【FSAE技术组资料】
SAE III: FSAE Suspension DesignCary HenryMichael MarthaHussain KheshrohRyan PrentissTeam 3: Dr Hollis11/25/20031 0 Abstract/Scope (4)1 1 Problem Definition (4)1 2 Design Goal and Objectives (7)1 3 Design Concept (13)1 4 Materials Selection (15)1 5 Monocoque Body Attachment (16)2 0 Introduction (18)2 1 Goals/Objectives (18)2 2 Motivation (23)2 3 Specifications/Needs Requirements (25)2 4 Definitions (30)3 0 Background (37)3 1 Front Suspension Solutions: (39)3 3 Rear Suspension Solutions: (41)4 0 System Design (43)4 1 Suspension System Selection (43)4 2 Mounting Design (46)4 3 Sway Bar (49)4 4 Final Design (52)14 6 Front Suspension System (55)4 7 Rear Suspension System (62)5 0 Design Finalization (66)5 1 Summary of Results (66)5 3 Future Work (74)Appendix B Adams Modeling Data (80)Front Suspension (95)Good Run Data (98)Failure Run Data (101)Rear Suspension (102)Good Run Data (105)Failure Run Data (108)Appendix C Deliverables (111)Project Scope (111)Needs Assessment (114)Product Specifications (120)Project Plan (124)Project Procedures (124)Concept Generation (129)2Materials Selection (130)Monocoque Body Attachment (132)References (133)31 0 Abstract/Scope1 1 Problem DefinitionTo develop a suspension system for the new FAMU-FSU Formula SAE team The new body for the formula car presents a unique challenge not encountered by previous teams at this school The front section of the car is a carbon fiber composite matrix, where an aluminum honeycomb is sandwiched between two carbon fiber sheets The challenge therein lies in the fact that we have not had previous experience in design and fabrication of metal tubing on a carbon fiber monocoque The rear end of the new FSAE car is a traditional tube-frame, for the sake of motor support This means the design of the rear end of the car will be simpler than the frontDuring the course of an FSAE competition a competing racecar will be subjected to a variety of performance challenges, in which the suspension of the car will be a key factor in the success of the said vehicle4。
FSAE赛车车架的总体设计
FSAE赛车车架的总体设计王承梅;黄爱维;牛华【摘要】“FSAE”是大学生方程式汽车大赛的简称，是面向高等院校本科和研究生人员的一场高水平竞赛，是对车辆设计制造全过程的深入研究。
车架作为整车的重要组成部分，既需要足够的刚度和强度，又要满足轻量化设计和空气动力学等要求。
车架的设计包括前环、主环、前隔壁、前环支撑、主环支撑、侧防撞杆的设计，可以利用CAD软件先建立整车模型，然后利用有限元软件进行力学分析，提高整车的力学性能，使整车结构可靠。
【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2016(000)015【总页数】1页(P51-51)【关键词】FSAE赛车;车架设计;轻量化设计【作者】王承梅;黄爱维;牛华【作者单位】南通理工学院汽车工程学院，江苏南通 226000;南通理工学院汽车工程学院，江苏南通 226000;南通理工学院汽车工程学院，江苏南通 226000【正文语种】中文“FSAE”是大学生方程式汽车大赛的简称，2010年首次在中国举行。
这项由高等院校车辆工程或相关专业在校学生组队参加的汽车设计、制造与使用的比赛，是目前国内大学生汽车赛事中科技水平最高、对学生实践能力要求最高的比赛。
车架是车辆底盘形式系统的组成部分，汽车的装配基体，俗称“大梁”，汽车绝大多数的零部件、总成，如发动机、座椅、悬架、车声、踏板、传动总成都要装在车架上。
除了支承、连接汽车的各零部件和总成之外，还要承受来自车上和地面上的各种静、动载荷。
因此车架需满足以下四点要求：a.应满足汽车总布置的要求；b.车架应具有足够的强度和适当的刚度，保持其上各总成和部件之间的相对位置；c.其质量尽可能小，结构简单；d.尽可能降低汽车重心位置和获得较大的转向角。
目前，FSAE赛车中广泛使用的是由金属管件构成的空间管件结构、单体壳车身两种。
空间管架结构使用钢管、铝合金管经焊接、铆接或高强度粘接加工而成，用以承受全车载荷。
单体壳其实是一种结构技术，利用壳体表面承载，而非采用内部框架结构进行承载。
FSAE赛车制动系统设计 毕业设计 论文 汽车
本人自己毕业设计文章，为最后定稿内容！！！！安徽工业大学毕业设计任务书课题名称FSAE赛车设计专题：制动系设计与计算学院机械工程学院专业班级车辆工程姓名学号毕业设计的主要内容及要求：一、说明书总论部分：本课题的应用领域，产品设计、研究和使用状况（文献综述），分析薄弱环节和存在问题，提出改进措施。
制动系总体方案设计与分析制动系和驱动机构的结构型式及选择制动系的主要参数及其选择专题部分：制动器和驱动机构的设计计算主要零件的强度、刚度分析主要零、部件的CAD图设计赛车三围造型和实物模拟二、图纸内容总装配图1张部件装配图1张主要零件图若干张指导教师签字：摘要FSAE（Formula SAE）国际学生方程式赛车由美国车辆工程师学会于1979年开办，在国际上被视为是“学界的F1方程式赛车”。
每年在世界各地有600余支大学车队参加各个分站赛，2011年在中国举办了第一届中国大学生方程式赛车，本设计将针对中国赛程规定进行设计。
本说明书主要介绍了大学生方程式赛车制动系的设计，首先介绍了汽车制动系统的设计意义、研究现状以及设计目标。
在选定了基本结构后本论文对制动器展开了以下设计。
第一，制动系的参数：包括制动力分配系数、同步附着系数、制动强度、附着系数利用率以及最大制动力矩等参数的选择计算；第二，制动器及其零部件：制动盘、制动钳体、摩擦衬块等制动器零部件的尺寸计算与材料选择；第三，制动驱动机构：制动轮缸、制动主缸、以及踏板行程的设计计算。
除此之外，本论文还介绍了制动驱动机构的结构型式选择，制动主缸，制动管路的多回路系统的选择以及制动器的研究现状及发展前景。
最后，根据设计与计算用AUTOCAD绘制出了该赛车制动器的装配图和制动钳体、制动盘等零件图，并用UG对其进行了三维建模。
关键词：盘式制动器,赛车,设计,建模AbstractFormula SAE race was founded in 1979 by the American cars institute of Engineers.It was regarded as the “academic Formula 1 racing”.China has hold the first Formula one for Chinese college students in 2011,the design will be for design of the provisions of the Chinese calendar.In This paper,we mainly introduces the design of breaking system of the Formula Student.First of all,breaking system's design meaning,research status,an goals are been introduced.This paper start the following steps after selecting the basic structure. First, the parameters of braking power distribution coefficient include: adhesion coefficient, synchronous adhesion coefficient, strength, and brake, and maximum braking torque parameters calculation, etc. The second brake and its components: the brake disc and calliper, friction lining block size of components etc brake calculation and material selection, Third : brake wheel drive mechanism brake cylinder, the brake pedal stroke the cylinder, and the design calculation.In addition, this paper introduces the drive mechanism brake type selection, brake main cylinder pipe, braking system, the selection of multi-loop research status of brake and development prospects.Finally, according to the design and calculation using AUTOCAD drawing brake assembly and brake caliper disc brake, at the same time ,the paper also carried a three-dimensional modeling by UG.Key words:disc brake, racing cars,design,modeling中文摘要英文摘要第一章绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 制动系统的基本概念 (1)1.3 制动系统研究现状 (2)1.4 FSAE赛车对制动系统的基本要求 (2)1.5 课题研究方案 (3)第二章制动器的结构形式选择 (4)2.1 鼓式制动器结构形式简介 (4)2.2 盘式制动器结构形式简介 (4)2.3 盘式制动器的优缺点 (6)2.3.1 盘式制动器的优点 (6)2.3.2 盘式制动器的缺点 (7)2.4 FSAE方程式赛车制动器结构的最终选择 (7)第三章制动器主要参数及其选择 (9)3.1 制动力与制动力分配系数 (9)3.3 制动强度、地面制动力和附着系数利用率 (14)3.4 制动器最大制动力矩 (16)3.5 制动器因数 (17)3.6 盘式制动器主要参数的确定 (17)3.6.1 制动盘直径D (17)3.6.2 制动盘厚度h (18)3.6.3 摩擦衬块内径与外径与厚度b (18)3.6.4 摩擦衬块工作面积A (18)3.6.5 摩擦衬块摩擦系数f (18)第四章制动器的设计计算 (19)4.1摩擦衬块的磨损特性计算 (19)4.1.1 比能量耗散率 (19)4.1.2 比滑磨功 (20)4.2 制动器的热容量和温升核算 (20)4.3 盘式制动器有效半径的计算 (21)第五章制动器主要零部件的结构设计 (24)5.1 制动盘 (24)5.2 制动钳 (24)5.3 制动块 (24)5.4 摩擦材料 (25)5.5 制动器间隙的调整方法及相应机构 (26)第六章制动驱动机构的结构形式选择与设计计算 (27)6.1 制动驱动机构的结构型式选择 (27)6.1.1 简单制动系 (27)6.1.2 动力制动系 (28)6.1.3 伺服制动系 (28)6.2 制动管路的多回路系统 (30)6.3 液压制动驱动机构的设计计算 (31)6.3.1 制动轮缸直径与工作容积 (31)6.3.2 制动主缸直径与工作容积 (32)6.3.3 制动踏板力与踏板行程 (33)6.3.4 制动主缸 (34)第七章制动性能分析 (35)7.1 制动性能评价指标 (35)7.1.1 制动效能 (35)该结果符合有关标准。
FSAE大学生方程式赛车（电动版）设计说明书
FSAE⼤学⽣⽅程式赛车（电动版）设计说明书以⼤学⽣⽅程式赛事为背景，参考⼴西⼯学院⿅⼭学院⼤学⽣⽅程式赛车作为基础，应⽤汽车理论和汽车设计等相关知识结合⽐赛规则，对赛车的基本尺⼨、质量参数和赛车的性能参数进⾏选择，对赛车各总成进⾏选型和总布置，进⾏赛车蓄能系统、再⽣制动系统以及⾏驶系统、传动系统进⾏设计。
根据同组同学确定的驱动系统，结合⽐赛需求计算出电池、电容容量和要求，选择电池、电容型号和组合形式，确定出外形尺⼨和质量和安装位置。
再为蓄能装置匹配出合适的充电系统。
设计节能环保的再⽣制动系统,然后按照⿅⼭⼆号对纯电动⽅程式赛车的⾏驶系统、传动系统进⾏改动,最后再结合同组同学的参数，确定整车的设计参数。
随着全球能源、环境问题的⽇益严峻，节能环保的纯电动车辆将会成为下⼀个时代的主流。
关键词：⼤学⽣⽅程式赛车；总布置；磷酸铁锂电池；超级电容Students Formula One racing events as the background, refer to the Guangxi Institute of Technology the Kayama College Students Formula One racing as a basis for the automotive design and automotive theory and other related information as well as the FSAE competition rules，application of automotive theory and knowledge of automotive design , combined with the rules of the game , the basic dimensions of the car , quality parameters and performance parameters of the car selection , selection and general arrangement of the assembly of the car , the car energy storage system , regenerative braking system and driving system, transmission system design.According to the same group of students to determine the drive system , combined with the game needs to calculate the battery, capacitor , capacity and requirements , select the battery, capacitor model and the combination to determine the shape size and quality , and installation location . Match the charging system for the energy storage device . The regenerative braking system of the design of energy saving and environmental protection , and then follow the Lushan II Formula One racing for pure electric driving system , the transmission system to make changes , and finally combined with the parameters of the same group of students to determine the design parameters of the vehicle .Keywords:college students and Formula One racing ; general arrangement ; lithium iron phosphate batteries ; super capacitor ⽬录1 绪论 (4)1.1 ⼤学⽣⽅程式赛事介绍 (4)1.2 ⼤学⽣⽅程式的历史 (4)1.3 赛事意义 (5)1.4 国内外发展现状 (5)2 纯电动⽅程式赛车总布置设计 (6)2.1 赛车主要参数的选取 (6)2.1.1 纯电动⽅程式赛车机械部分参数的选取 (6)2.1.2 赛车性能参数的选取 (7)2.1.3 悬架主要参数（学院车队提供） (8)2.2 赛车驱动电机的选取 (8)2.2.1 电机类型的选择 (8)2.2.2 电机功率的选择 (9)2.3 赛车各总成选型原则和总布置 (10)2.3.1 悬架、轮胎的选择 (10)2.3.2 制动系统 (10)2.3.3 车架 (11)2.4 ⼈机⼯程 (11)2.4.1 ⼈体尺⼨ (11)2.5 赛车的轴荷分配 (12)2.5.1 学院⿅⼭2号的轴荷分配 (12)2.5.2 纯电动⽅程式赛车相对后轴增加的质量分布的计算 (13)2.5.3 纯电动⽅程式赛车轴荷的分配 (13)3 储能装置的选择 (14)3.1 蓄能装置的容量计算 (14)3.1.1 赛车的续驶⾥程 (14)3.1.2 蓄能器容量的计算 (14)3.2 蓄能装置类型的选择 (14)3.2.1 ⾼⽐能量蓄能装置 (14)3.2.2 ⾼⽐功率储能设备的选择 (17)3.2.3 ⾼⽐功率装置的计算 (17)3.2.4 超级电容的计算 (22)4 充电器的设计 (24)4．1 锂离⼦电池充电⽅法 (24)4.1.1 常⽤的充电⽅法[10] (24)4.1.2 赛车充电放式的选取 (25)4．2 赛车的充电要求 (25)4.2.1 赛车的充电要求 (25)4.2.2 充电器⽅框图 (26)4.2.3 充电器的分析 (27)5 再⽣制动 (29)5.1 赛车制动⼒矩的计算 (29)5.1.1 赛车制动⼒的要求 (29)5.1.2 赛车制动⼒的计算 (29)5.2 制动距离和制动减速度 (30)5.2.1 制动减速度计算 (30)5.2.2 制动距离计算 (31)5.3 制动效能的恒定性 (31)5.4 制动的稳定性 (31)5.5 前、后制动器制动⼒的⽐例关系 (31)5.5.1 求出I曲线 (31)5.5.2 具有固定⽐值的前、后制动器制动⼒分析 (32)5.6 赛车要求的最⼤制动⼒ (33)5.6.1 赛车最⾼车速下所具有的能量 (33)5.6.2 塞车的制动⼒要求 (34)5.6.3 赛车制动器制动⼒的选取 (34)5.6.4 赛车再⽣制动路线分析 (36)6 机械传动系统与⾏驶系 (37)6.1 机械传动系统 (38)6.2 ⾏驶系 (38)6.2.1 车架 (38)6.2.2 车桥和车轮 (38)6.2.3 悬架 (39)致谢 (42)参考⽂献 (43)1 绪论1.1 ⼤学⽣⽅程式赛事介绍全球可利⽤能源逐渐减少、环境恶化的形式越来越严峻，⼈类需要⼀个更安全、低碳的能源体系及环境。
大学生方程式赛车设计（模具及卡具设计）（有cad图三维图）
大学生方程式赛车设计（模具及卡具设计）（有cad图三维图）毕业设计（论文）题目大学生方程式赛车设计（模具及卡具设计）2013年5月30日方程式赛车模具及卡具设计摘要本文依据大学生方程式汽车大赛FSAE赛事技术规则对大学生方程式赛车整体车架、悬架进行了模具及卡具设计。
在卡具设计当中不仅需要考虑赛车车架各杆件是否定位完全以及夹紧可靠，同时必须考虑支撑杆件的强度和刚度能否满足要求，最终还必须考虑焊接空间是否与支撑杆干涉。
在模具设计当中不仅要考虑凸、凹模的加工精度以及冲压机的选择，同时还必须考虑凸、凹模的强度和刚度。
本文在完全满足上述要求的前提下对模具及卡具进行了设计。
在模具及卡具设计之初，将方程式汽车大赛的有关规定和评分标准，作为后续模具及卡具设计的技术规范要求；为了达到卡具设计合理性的目的，本设计参考了湖南大学、天津大学以及部分国外大学的赛车模具及卡具。
进入设计阶段，本设计通过分析比较几种模具及卡具的结构形式，决定选择定位与夹紧一体化的卡具设计，采用压弯模制得对强度要求较高的主环。
然后依据技术规范、车架的最终尺寸确定了卡具及模具的结构形式和具体尺寸，并在UG7.0中建立车架卡具的模型。
再对模具及卡具进行受力分析，使各杆件能合理的定位、夹紧，使主环能满足强度和精度的要求，直至模具及卡具结构满足各个方面的要求。
关键词：FSAE，模具，卡具，建模，工艺分析FORMULE SAE—A MOLD AND FIXTURE DESIGNABSTRACTBased on equation FSAE car competition event technical regulations of university students for the college studentsformula overall frame, suspension for the mould and fixture design. In fixture design not only need to consider whether or not the car frame each bar of positioning and clamping completely reliable, at the same time must consider the strength of the support bar and stiffness can meet the requirements, the final must also consider whether the welding space interference with the support bar. During mold design should not only consider the machining precision of the convex, concave die and punch, also must consider the intensity of the convex, concave die and stiffness. In this paper, on the premise of fully meet the above requirements on the mould and fixture design.At the beginning of the mould and fixture design, the formula car contest regulations and criteria, as the follow-up mold and fixture design of the technical specification requirements; In order to achieve the purpose of fixture design rationality, the design reference of Hunan university, Tianjin university and some of the foreign car mold and fixture. Entered the stage of design, this design through the comparative analysis several kinds of mould and the structure of fixture, decided to choose integration of positioning and clamping fixture design, USES the bending molding of strength to demand higher main ring. Then according to specification, to obtain the final size of the frame the structure of the mould and fixture and the specific size, and set up in the UG7.0 frame models of the fixture. Stress analysis was carried out on the mold and fixture, make each bar can reasonable positioning, clamping, the main ring can meet the accuracy requirement of the strength and, until the mold and fixture structure meet the requirements of all aspects.Key words: FSAE, mould, fixture, modeling, process analysis 目录第一章绪论 (1)§1.1 赛事简介 (1)§1.2 大赛性质 (2)§1.3 大赛理念 (2)§1.4 愿景与使命 (2)§1.5 组织结构 (3)第二章焊接卡具的设计 (4)§2.1 焊接的主要类型 (4)§2.1.1 点焊 (4)§2.1.2 凸焊 (4)§2.1.3 钎焊 (5)§2.1.4 二氧化碳焊 (5)§2.2 车用焊接卡具分析 (5)§2.3 焊接夹具的分类 (6)§2.3.1 无驱动夹具 (6)§2.3.2 气动夹具和手动夹具 (6)§2.4 焊接夹具的结构设计 (7)§2.5 六点定位原则在车身焊装夹具上的应用 (7) §2.6 焊装夹具设计原则 (8)§2.7 焊装夹具的基本要求 (8)§2.8 工艺分析 (9)§2.8.1 车架的分析 (9)§2.8.2 基准的选择 (9)§2.8.3 制定工艺路线 (10)§2.9 定位、夹紧元件的选择 (11)§2.9.1 定位元件及定位方式的选择 (11)§2.9.2 工件的夹紧及对夹紧装置的要求 (13)§2.9.3 定位误差的分析与计算 (13)§2.10 工件的夹紧 (14)§2.10.1 夹紧装置的设计原则 (15)§2.10.2 夹紧力确定的基本原则 (16) §2.10.3 减小夹紧变形的措施 (18)第三章模具的设计 (20)§3.1 模具的发展与现状 (20)§3.1.1 国内模具的发展与现状 (20)§3.1.2 模具CAD/CAE/CAM技术 (22) §3.2 零件工艺性分析 (23)§3.2.1 材料选择 (23)§3.2.2 结构分析 (23)§3.2.3 工艺分析 (24)§3.3 U形件弯曲模结构设计 (25)§3.3.1 模具的整体结构 (25)§3.3.2 凸、凹模的结构和固定形式 (25) §3.4 模具零件的设计与计算 (26)§3.4.1 凸、凹模的间隙 (26)§3.4.2 弯曲力计算 (27)§3.4.3 凸模长度的确定 (28)§3.4.4 凹模尺寸的确定 (28)§3.5 冲压设备的选用 (29)§3.5.1 冲压设备主要技术参数 (29)§3.5.2 冲压力的计算 (31)§3.5.3 选择压力机 (31)§3.6 模具强度和刚度的计算 (32)第四章结论 (35)参考文献 (36)致谢 (38)第一章绪论§1.1 赛事简介Formula SAE 赛事由美国汽车工程师协会（the Society of Automotive Engineers 简称SAE）主办。
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. 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