中国大学生方程式赛车进气系统设计与流场分析
中国大学生方程式赛车进气系统设计与流场分析作者：龙云浩王子烨李颖王海青来源：《中国新技术新产品》2016年第18期摘要：根据大学生方程式赛事对赛车发动机进气限流的规定，并结合我校宁远车队往年的参赛经验，对新赛季赛车的进气系统进行设计与优化。
利用CATIA软件和UG软件建模和有限元分析、ANSYS软件仿真分析，对进气系统形式及相关部件参数进行选择，并进一步确定进气歧管连接的四管直径和谐振腔的容积这两个参数。
同时对进气系统做了结构和力学性能等方面的优化。
关键词：FSAE赛车；进气系统；仿真；优化中图分类号：TK413 文献标识码：A中国大学生方程式汽车大赛是中国汽车工程及其合作伙伴在学习和总结了美国、日本、德国的经验基础上，结合中国国情创办的新型活动。
在这项赛事里，要求参赛队伍按照比赛规则，设计制造和测试一辆一级方程式赛车来参加比赛。
我们知道，影响赛车性能的核心部件是发动机，而进气系统对发动机的性能的发挥尤为重要。
根据赛事规则，进气系统的安装与制造有四大要求：①进气系统不得超出外框；②进气歧管必须用支架或机械固定；③节气门必须为机械控制；④必须在进气系统的节气门与发动机之间加装一个限流阀，并且所有进入发动机气缸的进气气流要经过该限流阀（最大直径20mm，且截面不能发生变化）。
结合大赛规则与往年参赛经验，我校宁远车队选用HondaCBR600摩托车发动机为赛车发动机，而原发动机进气系统粗糙且进气效率值不高，且作为摩托车发动机，其进气系统的结构形式与性能均不符合赛事要求，所以我们将根据赛事规则要求来对该发动机进气系统进行重新设计并进行优化与流场分析。
1.进气系统方案的确定与设计1.1 进气系统基本结构通过查找资料并结合我们所学的知识，我们了解到进气系统作为发动机的供给系统，包含了空滤器、节气门、进气门、谐振腔、进气总管、进气歧管等结构与零部件。
1.2 进气形式的确定现代发动机进气形式主要有涡轮增压、机械增压与自然进气3种。
3者相比，涡轮增压胜在能很容易地提升性能，且易调校，但缺点是油耗有提升，低转速下有明显的涡轮迟滞，动力输出不线性，寿命相对较短且保养费用较贵；机械增压的优点在于动力输出线性，寿命很长，但缺点是动力提升的效果不如涡轮增压，且维修保养费用昂贵，同时需要对发动机内部进行改动，工作量较大；此外则是自然进气，虽然进气效率比不上前两种进气方式，但是工作平稳可靠，动力输出线性，并且充气效率的改变可以通过改变进气歧管的长度来实现，且根据以往赛事经验，发动机常处于中低转速的工况下，所以我们选择自然进气为我们的进气方式。
1.3 进气管形式的设计我们的进气系统采用对称布置，如图1所示，这种形式的布置有利于各缸的进气平衡。
在赛车行驶的过程中，由于进气系统的最前端逆着气流方向，使得进气口的撞风量较大，发动机能得到足够的新鲜空气。
2.进气系统各部件参数的选择对于赛车的发动机而言，发动机性能的高低取决于进气量的多少，同时结合所学知识，我们知道进气系统存在着进气谐振效应。
由于我们的赛车采用的进气方式为自然吸气，所以为了提高发动机的充量系数，我们必须要合理地运用进气谐振效应。
通过查阅资料，了解到影响进气系统谐振效应的主要因素是进气歧管的口径及谐振腔的容积，在后文中将说明我们对于这两大因素的优化与调整。
首先，我们要尝试确定其他部位合理的参数。
2.1 节气门口径根据相关要求，节流阀的控制为机械控制，因此，我们选择了一个蝴蝶阀节气门。
当使用原文氏管节气门（直径45mm）时，节气门口径过大，会带来一定程度上的油门迟滞现象。
为保证较快的油门响应和足够的进气量，我们参考了以往的相关论文，调整节气门口的直径至35mm，从而降低了进气口的截面积，相对地提高了进气量。
2.2 进气总管长度限流阀位于进气总管的最前端，也是进气总管的一部分，所以我们将进气总管的结构形式确定为文氏管（进气管的横截面一头由细逐渐扩大），该横截面可迅速缩小空气流，以增加空气速率，同时将紊乱的气流整合。
进气管太长时，会影响在高速工况下发动机的功率；而当进气歧管过短时，发动机处于低速的运转状态下表现较差。
参考赛事要求以及我校赛车整体设计，进气歧管的长度的初选是221mm。
2.3 谐振腔体积为了大概计算进气歧管的长度，我们使用了公式L=30a/（nq），在这里，a=340m/s，n是发动机转速，所述q是波动系数（这里，q=1.5，2.5，3.5...）根据计算结果，我们将进气歧管的长度初步确定为62mm。
2.4 限流阀角度从文献[4]中，我们得知，根据比赛规则，在FSAE赛车发动机中，限流阀对进气系统的压力变化和速度变化具有较大影响，这一点非常重要。
如图2所示节流阀模型，限流阀形状的改变对于发动机整体性能的发挥有着重要的影响。
限流阀开口处有一定的锥角，外缘呈喇机口状展开，由于限流阀本体是一个截面逐渐收小的进气管，喇叭口和锥角的设计可以更好地收集空气，为限流阀引流，从文献[5]中查得，40°为最佳限流阀开口参数，同时，针对限流阀本身给进气压力和进气流速造成的巨大损失，位于限流阀后部安装的扩散器，它是由有一定的锥角的一个截面积逐渐变大的经典文氏管。
根据以往经验，一个精心设计的扩散器可以有效地将限流阀造成的进气压力损失降低至最小。
查阅文献[6]后，我们得知7°为最佳扩散器锥角参数，长度则是在总布置合理的情况下越长越好，所以我们分别对相同长度的6°、7°、8°锥角扩散器进行ANSYS分析，得到压力与流速的变化，并作比较。
边界条件设置如下：压力入口：1×105Pa；压力出口：0Pa；残差设定：1×10-3。
通过对6°、7°、8°3种不同锥角条件下的限流阀扩散器速度云图、压力云图分析，对比结果见表1。
限流阀扩散器的判指标是气流量和进气压力损失，过算扩散器末端截面的空气流量为流速乘以截面积，并比较扩散器末端压力。
基于上述数据，吸入时压力损失为7°时最小，最大空气流量是7°。
所以我们选择7°为限流阀的角度流动的稳定性。
3.进气系统匹配设计3.1 谐振腔的优化设计从文献[6]我们得知，进气谐振系统是利用一定长度和直径的进气管，并在特定转速下产生大幅值的压力波增加进气量，来提高充量系数f。
图3是我们基于亥姆霍兹谐振原理设计的球型进气谐振腔，如图3所示。
本次优化我们小组依据宁远车队的原发动机对谐振腔的容积做了改变，将谐振腔的直径由原来的65cm改为60cm，并采用ANSYS软件进行有限元分析，以寻找出合适的参数。
3.2 进气歧管的粗细设计在进气歧管这部分的优化中，依据我校宁远车队上赛季的发动机进气歧管的粗细并依据我们通过ANSYS分析得来的数据对4个管的直径进行了修改，使其进气更好更均匀。
原来的进气歧管1、4管（即外侧两管）上口径为21cm，下口径为20cm（圆台形），锥度为0.008。
现将1、4管的上口径改为25cm，下口径不变，锥度变化为0.04，2、3管（内侧两管）为半径20的圆管，锥度为0，现改为上口22.5，下口20（圆台形），锥度为0.02。
4.进气系统的演变过程4.1 1号模型的建立如上述4个模型（图4～图7），由1到2模型的转化，1模型未考虑到限流阀的存在，后来老师指正了我们的错误并加以修改；2模型到3模型的转化，我们小组参考了一些论文，在未考虑到实际情况的条件下误以为谐振腔两端的球形并不影响进气流量，故取消了两旁的半球；3模型到4模型的转化，4管进气管形状由扁平状改为圆台，使气流进入谐振腔的速度更快并且将谐振腔两端的平面重新改成了半球形，增加了进气流量。
具体分析见下文。
5.进气系统匹配仿真分析5.1 优化前后进气压力参数变化如图8所示，1/4歧管与2/3歧管的进气压力差距约为26.7%；如图9所示，1/4歧管与2/3歧管的进气压力差距约为22.2%；如图10所示1/4歧管与2/3歧管的在进气压力差距约为18.2%；如图11所示，1/4歧管与2/3歧管的进气压力差距约为4.7%。
由文献[6]可知，进气压力为图11所示的数据时，四缸的进气压力分布比较均匀。
5.2 优化前后进气速度参数变化如图12所示，1/4歧管与2/3歧管的进气速度差距约为16.0%；如图13所示，1/4歧管与2/3歧管的进气速度差距约为8.4%；如图14所示，1/4歧管与2/3歧管的进气速度差距约为9.1%；如图15所示，1/4歧管与2/3歧管的进气速度差距约为2.7%。
由此可以看出，当进气速度为图15所示的数据时，四缸的进气速度分布最为均匀。
运用文献[7]流体力学的进气系统的进气流量计算公式可知，qv=∫AVdA，进气流量与进气速度成正比，在断面面积A不变的条件下，进气速度成正比越大，进气流量越大。
5.3 优化前后进气流量参数变化如图16所示，1/4歧管与2/3歧管的进气流量差距约为18.4%；如图17所示，1/4歧管与2/3歧管的进气流量差距约为15.9%；如图18所示，1/4歧管与2/3歧管的进气流量差距约为11.6%；如图19所示，1/4歧管与2/3歧管的进气流量差距约为5.3%。
由此可看出，图19所示的参数中4个缸的进气流量分布最为均匀，此时的进气流量也最大。
5.4 优化前后进气矢量图变化如图20和图21所示，优化之前4个缸的进气量分布并不均匀，混合气流经进气管之后分别进入4个缸，中间2和3缸的进气量会比1和4缸的进气量要多，因此导致了4个缸的进气量分布不均匀。
调整进气1/4歧管的锥度后，4根歧管进气压力差距缩小。
5.5 优化前后进气流线图变化如图22所示和如图23所示，优化之前的进气流线比较紊乱。
用流体力学知识，在进气过程中，进气管道内壁光滑度会影响进气过程中混合气体流动的平稳性，管壁越粗糙，进气过程中的沿程损失就会越大，由于流体的黏性，会在管壁表面形成一层黏性底层厚度，当管壁的粗糙度大于黏性底层厚度时，流体经过管壁时会有新的涡流的不断产生，造成流体的能量损失，流体的紊流程度就会加快，从而导致进气的效果不好。
优化之后，流体的紊流程度明显减少，气流比较平稳，进气速度明显增大，并且扰流减少，有利于进气。
5.6 最终优化后的进气压力图与进气速度图（图24～图26）由图26比较可知，进气速度与进气流量成正比。
为确保进气歧管四缸的进气压力和进气速度近似相等，且进气流量最大，由图可知，4号模型的数据最为综合，即为最终的进气系统模型。
6.最终进气系统模型（图27）结语我们小组主要对我校宁远车队新赛季赛车发动机进气系统进行设计与优化。
在整个过程中，我们采用CATIA与UG来建立整个进气系统模型，利用ANSYS软件对优化前后进气压力、速度、矢量图和流线分别进行了分析及比较，根据结果分析得出此次结构与尺寸的参数变化对进气系统的影响。
进气系统的优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2021.08.012进气系统的优化设计余龙1，徐生荣2，朱银2，丁华锋1,2（1.湖北文理学院汽车与交通工程学院，湖北襄阳441053；2.湖北三环锻造有限公司，湖北襄阳441700）摘要：FSAE赛车发动机进气系统结构参数影响充气效率。
文章利用软件FLUENT 对进气系统模型进行流场仿真，分析进气系统流场压力、速度等参数分布规律，研究进气歧管流量分布的均匀性，到达优化进气系统的目的。
关键词：CAE；FLUENT仿真优化；FSAE赛车；进气系统中图分类号：TK412 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-36-03Optimization Design of Intake SystemYu Long1, Xu Shengrong2, Zhu Yin2, Ding Huafeng1,2（1.School of Automotive and Traffic Engineering, Hubei University of Arts and Science, Hubei Xiangyang 441053;2.Hubei Three Ring Forging Co., Ltd., Hubei Xiangyang 441700）Abstract:The structural parameters of the intake system of FSAE racing engine affect the charging efficiency. Software FLUENT was used to simulate the flow field of the intake system model, in this paper analyze the distribution rules of the flow field parameters such as pressure and velocity, and study the uniformity of the flow distribution of the intake manifold, so as to achieve the purpose of optimizing the intake system.Keywords: CAE; FLUENT simulation optimization; FSAE car; Air intake systemCLC NO.: TK412 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-36-03引言中国大学方程式大赛规定油车发动机排量必须为710cc以下，本车队选用本CBR600作为参赛发动机，规则为限制发动机功率，必须在进气系统中安装一个圆环形直径为20㎜的限流阀，限流阀的增加大大降低了发动机的自然充气效率[1]。
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 ．
FSC赛车的空气动力学套件的外流场分析
第8期2019年3月No.8March ，2019杨晨1，沈颖杰2，李垚3（1.江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212000；2.江苏大学能源与动力工程学院，江苏镇江212000；3.江苏大学材料科学与工程学院，江苏镇江212000）引言影响赛车动力性的因素有很多，汽车之所以能在路面上行驶依靠的是轮胎与地面的摩擦力。
因此，足够的地面附着力是汽车动力性提高的前提。
据统计，赛车大约有80%的附着力是由下压力产生，剩余的20%由轮胎提供［1］。
事实上，仅仅通过轮胎来获得足够的下压力是不现实的，而赛车的下压力不足将影响赛车在高速行驶过程中的稳定性，安全性也将没有保障。
文章分析了赛车空气动力学套件，包括前翼、尾翼和扩散器，尾翼增设格尼襟翼来增加赛车的下压力，提升制动时的稳定性。
该空套可显著提高赛车的下压力，使赛车得到较好的地面附着力，获得优良的动力性并改善赛车的空气动力学性能和操纵稳定性。
1技术路线1.1流场数值模拟气动特性研究的方法主要有风洞试验法和数值模拟法。
由于风洞试验在流场分析过程中存在局限性，而数值模拟又有诸多的优点，因此数值模拟在汽车气动性能分析中很受科研工作者的青睐。
但由于受数值计算方法、计算流体力学以及计算机本身等制约，数值模拟不能完全等同于风洞试验［2］。
数值模拟是利用计算机，通过对流动控制方程的数值求解，达到对汽车流场特性研究的目的。
通过计算周围的气流，将结果可视化，可以看到流场的细节，进而分析流动的分离、表面压力分布、某点受力大小等。
1.2基本控制方程及湍流模式基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律。
联立可得Navier-Stokes 方程［3］（见式1）。
∂∂t (ρu i )+∂∂x j (ρu i u j )=-∂p ∂x i +∂τij ∂c j+ρg i +F i （1）N-S 方程反映了黏性流体（又称真实流体）流动的基本力学规律，在流体力学中有十分重要的意义。
车辆工程专业精品毕业设计大学生方程式赛车设计开题报告-总体设计
河南科技大学毕业设计（论文）开题报告
（学生填表）
学院：车辆与动力工程学院2013年4月10日
课题名称
大学生方程式赛车设计（总体设计）
学生姓名
xxx
专业班级
xxxx班
课题类型
论文
指导教师xxFra bibliotek职称高工
课题来源
生产
1.设计（或研究）的依据与意义
中国大学生方程式汽车大赛（Formula Student China,简称：FSC）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，在接近一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单座赛车、并能够完成全部或部分竞赛环节的比赛。因此，总体设计担当起领头羊的作用。
第5周查阅文献、收集资料、初定设计方案；
第7~8周设计方案分析与计算、绘制草图；
②组成赛车的各要素对整体行为的影响不是独立的；
③赛车的行为不是组成它的任何要素所能具有的。
由此，赛车具备系统的属性，对环境表现出整体性、一辆子系统属性匹配协
调的赛车所具备的功能大于组成它的各子系统功能纯粹的、简单的总和、反之，如果子系统的属性因无序而相互干扰，即便是个体性能优良的子系统，其功能也会因相互扼制而抵消，功率循环、轴转向等就是这样的典型例子。
FSC赛车进气系统设计与CFD分析
FSC赛车进气系统设计与CFD分析
韩忠浩;关鑫;李刚;张璇
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2015(53)12
【摘要】针对FSC赛车发动机进气系统开发,进行了三维建模设计与CFD仿真优化分析.确定了进气形式和节气门体形式,根据比赛规则要求针对所采用发动机对限流阀稳压腔进行了设计,对进气歧管的长度进行了理论计算和选择.应用CATIA软件建立了三维模型,将模型导入到ANSYS软件里面对限流阀和进气系统整体进行了CFD分析.设计与分析结果表明:进气系统进气压力分布均匀,充气效率高,进气流畅且无迟滞现象.
【总页数】6页(P34-39)
【作者】韩忠浩;关鑫;李刚;张璇
【作者单位】121001辽宁省锦州市辽宁工业大学汽车与交通工程学院;121001辽宁省锦州市辽宁工业大学汽车与交通工程学院;121001辽宁省锦州市辽宁工业大学汽车与交通工程学院;121001辽宁省锦州市辽宁工业大学汽车与交通工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U469.6+96
【相关文献】
1.FSC赛车发动机进气系统设计 [J], 庞圣桐;曾东建;付凯;吕高全
2.FSC赛车进气系统CFD设计开发 [J], 邓召文;纪纯伟;李明泽;王晓鹏;
3.FSC赛车进气限流阀研究与优化 [J], 林少辉;任志英
4.基于模型耦合仿真的FSC赛车发动机进气系统设计 [J], 韩伟强;赵万东;冷松蓬;李鑫
5.FSC赛车涡轮增压发动机进气系统的优化设计 [J], 葛召浩;贾丽娜;程奉雨;何涛;黄勇
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FSAE赛车进气系统改进设计
第17卷 第4期厦门理工学院学报Vol .17 No .4 2009年12月Journal of Xia men University of Technol ogyDec .2009 [收稿日期]2009-09-01 [修回日期]2009-10-16[基金项目]厦门市科技计划项目(3502Z20073030)[作者简介]许建民(1981-),男,湖南邵阳人,助教,硕士,从事汽车节能与排放控制研究.FS AE 赛车进气系统改进设计许建民,刘金武,李晓宇(厦门理工学院机械工程系,福建厦门361024)[摘 要]通过对限流阀安装在进气系统不同位置对发动机的影响进行了详细分析,得出一种限流阀最优安装位置,即在节气门阀体和喷油嘴之间.并利用CF D 软件F LUE NT 对其谐振腔进行了流体动力学分析.研究表明:进气系统的改进对发动机的动力性、排放性以及噪音方面有非常大的改善.[关键词]FS AE 赛车;进气系统;谐振腔;CAE[中图分类号]U4641134+14;U46916+96[文献标志码]A [文章编号]1008-3804(2009)04-043-05FS AE 方程式赛事是由美国汽车工程师协会主办的挑战本科生、研究生团队构思、设计、制作和驾驶小型方程式赛车的国际性赛事.FS AE 方程式比赛内容是设计、制造和论证一辆用于业余比赛的小型赛车.该车必须在加速性,制动性和操稳性等方面表现出色,而且成本低廉(要求原型车实际耗资应低于215万美元)、易于维修、可靠性好.同时还需考虑其美观舒适性和零部件的通用性等因素.空气或混合气导入发动机汽缸的零部件集合体称为发动机进气系统.汽油机进气系统包含了空气滤清器、谐振腔、进气歧管、节气门等机构.空气经空气滤清器过滤掉杂质后,流过空气流量计和谐振腔,经由进气道进入进气歧管,与喷油嘴喷出的汽油混合后形成混合气,混合气通过发动机进气门进入发动机燃烧室燃烧产生动力.FS AE 赛车规则基本要点是发动机的所有的进气都要通过限流阀,并且限流阀必须位于发动机节气门和发动机进气门之间.在保证上述比赛规则的前提下,通过改进设计进气系统来提高发动机的动力性、改善其排放性和噪音.1 限流阀安装位置对比分析111 方案Ⅰ中限流阀安装位置分析依据规则要求,目前FS AE 赛车进气顺序从外到内依次是:空气滤清器-谐振腔-橡胶弯管-节气门阀体(包括节气门和喷油嘴)-限流阀-发动机橡胶管-进气门.如图1.该方案限流阀安装在喷油嘴之后,发动机运转时汽油会喷到限流阀上,导致燃油雾化效果急剧变差,而且由于限流阀处在进气系统的最后阶段,这样会导致混合气在进入发动机前体积突变,从而产生不规则的压力波.通过安装上限流阀和卸掉限流阀时的发动机性能对比试验,发现限流阀使发动机动力性能急剧下降.基于方案Ⅰ的发动机(嘉陵JH600,发动机排量600mL )最高转速可达到5000r/m in .厦门理工学院学报2009年112 方案Ⅱ中限流阀安装位置分析方案Ⅱ的进气道的布置顺序依次是:空气滤清器-谐振腔-节气门-橡胶弯管-限流阀-喷油嘴-发动机橡胶管-进气门.见图2所示.该方案将节气门和限流阀同时外移.不改变原喷油嘴,则喷油顺畅,雾化效果比方案Ⅰ要好.但是首先将节气门和喷油嘴分开难度较大,而且改变了节气门位置传感器和进气压力传感器与喷油嘴的位置,节气门与喷油嘴的重新匹配比较困难,喷油雾化效果同样受到很大影响.基于方案Ⅱ的发动机(嘉陵JH600,发动机排量600mL )最高转速可达到6200r/m in .113 方案Ⅲ中限流阀安装位置分析方案Ⅲ的进气道布置顺序依次为:空气滤清器-谐振腔-橡胶弯管-堵上喷油孔的节气门阀体-限流阀-喷油嘴-发动机橡胶管-进气门,如图3所示.该方案在不拆分节气门阀体的前提下,在基本不改变节气门位置传感器和进气压力传感器与喷油嘴之间的位置的前提下,将原喷油嘴堵住,重新加工制作一喷油嘴.由于喷油点位置和角度不变,因此不影响喷油效果,而且限流阀紧跟喷油阀之前,则进气在限流阀处管径缩小,进气速度增大,改善燃油的雾化.通过发动机试验发现发动机的动力性和排放性都有极大的改善.基于方案Ⅲ的发动机(嘉陵JH600,发动机排量600mL )最高转速可达到7100r/m in .比较方案Ⅰ到方案Ⅲ可以发现:当限流阀安装在节气门阀体和喷油嘴之间时,发动机的动力性最好,即方案Ⅲ是最优方案,可以作为设计参考.2 谐振腔CF D 仿真分析211 谐振腔CAE 分析方法仿真的目的是在保证谐振腔容积的前提下尽量减少压力损失,使进气流畅.谐振进气系统通过在进气道上增加谐振腔,调整发动机的固有频率,使得发动机在一定转速范围内获得更大的进气量,以达到改善发动机效率的目的.进气道的设计要求最大限度的提高进气量,保证发动机的进气需求,提高进气效率.采用CF D 软件F LUENT 对进气系统中影响较大的谐振腔进行仿真分析,通过对不同锥角谐振腔的流场分析,得出一种最优的谐振腔.Fluent 软件是个工程运用的CF D 软件,针对每一种流动的物理问题的特点,采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度方面达到最佳[1-2].可以计算流场、传热和化学反应.对二维流动模型,可以生成三角形和矩形网格;对于三维流动模型,则可生成四面体、六面体、三角柱和金字塔等网格;结合具体计算,还可生成混合网格,其自适应功能,能对网格进行细分或粗化,或生成不连续网格、可变网格和滑动网格.F LUE NT 软件在我国已经获得较好的应用.・44・ 第4期许建民,等:FS AE 赛车进气系统改进设计212 谐振腔CAE 分析步骤21211 利用G AMB I T 建立计算区域和指定边界条件类型在G AB I T 中创建谐振腔模型,并设定边界条件进行网格划分,谐振腔边界分为进气边界、出气边界、两边wall 边界.为了保证分析精度,此次采用2003200网格截面进行分析.网格划分后,将文件保存为网格mesh 文件.21212 利用F LUENT求解器求解将划分好的模型导入fluent 中进行分析.读入网格文件,检查是否有单元格出错情况.选定的计算模型为流场和温度场,设置标准k -e 湍流模型.定义流体的物理属性,设置进气口和出气口边界条件[3-5].根据本次赛车进气量计算出进气流速为10m /s,进气入口温度为290K .最后显示计算结果.213 谐振腔CAE 分析结果对谐振腔提出了3种几何方案,采用F LU 2E NT 软件进行流体动力学分析,分析方案如表1,表1中所用的参数如图4,分析结果如下.表1 谐振腔流体动力学分析方案参数对比Ta b 11 Pa ram e te rs o f fl u i d m echa n i c ana l ys is f o r re so nat o rD 1/mmD 2/mmD 3/mmL 1/mmL 2/mmα/(°)β/(°)方案Ⅰ62122502002009090方案Ⅱ62122501802108080方案Ⅲ62122501482303060图5是方案Ⅰ的速度场CAE 分析结果.在图5中,外围深色区域为低速区,速度约为0,即为进气死角,中间深色区域为高速区,速度为13m /s,从图5可以看出低速区出现在谐振腔中间外围区域,速度约为0,高速区出现在出口区域,速度为13m /s .整体看来,整个谐振腔中心区域进气速度相对外围区域明显高很多.图6是方案Ⅰ的温度场CAE 分析结果.在图6中,外围深色区域为低温区,温度约为292K,中间深色区域为高温区,温度为310K,从图6可以看出低温区出现在谐振腔入口,温度约为290K,高温区出现在谐振腔外围区域,温度为310K .整体看来,谐振腔外围区域温度明显高于中心区域温度,而且温度场分布很不均匀.・54・厦门理工学院学报2009年图7是方案Ⅱ的速度场CAE 分析结果.在图7中,外围深色区域为低速区,速度约为0,中间深色区域为高速区,速度为14m /s,从图7可以看出低速区出现在谐振腔中间外围区域,速度约为0,高速区出现在出口区域,速度为14m /s .整体看来,从进口到腔体,速度逐渐下降,再从腔体到出口,速度大幅增加.总体上比方案Ⅰ变化比较均匀.图8是方案Ⅱ的温度场CAE 分析结果.在图8中,外围深色区域为低温区,温度约为295K,中间深色区域为高温区,温度为305K,从图8可以看出低温区出现在谐振腔入口,温度约为292K,高温区出现在出口区域,温度为305K .整体看来,从进口经过腔体到出口,温度逐渐增加.总体上温度与轴线基本对称.以下是根据锥角90°和锥角80°谐振腔的流场分析而得出的比较理想谐振腔形状.这样不仅可以充分利用谐振容积,还能最大限度地降低进气阻力,从而提高发动机进气效率.图9是方案Ⅲ的速度场CAE 分析结果.在图9中,外围深色区域为低速区,速度约为0,中间深色区域为高速区,速度为16m /s,从图13可以看出低速区出现在谐振腔中间外围区域,速度约为0,,速度为16m /s .整体看来,从进口到腔体,速度逐渐下降,再从腔体到出口,速度大幅增加.总体上变化比较均匀.图10为方案Ⅲ的温度场CAE 分析结果,从图10可以看出低温区出现在谐振腔入口,温度约为295K,高温区出现在出口中心区域,温度为302K .整体看来,从进口经过腔体到出口,温度逐渐提高.可见总体上温度与轴线对称.比较方案Ⅰ到方案Ⅲ可以发现:在可以满足发动机对谐振腔体积要求的前提下,方案Ⅲ的速度场、温度场分布均匀,进气阻力最小,可以作为设计参考.・64・ 第4期许建民,等:FS AE 赛车进气系统改进设计3 结语1)通过对限流阀安装在进气系统不同位置对发动机的影响进行了理论分析,得出限流阀安装在节气门阀体和喷油嘴之间时,发动机的动力性最好.2)通过对不同锥角谐振腔仿真温度场、速度场的对比,可以得出:谐振腔两端减小锥角会缩小进气死角,同时进气流速降低较少,进气温度变化不大,改善发动机的进气.通过整车试验证明改进后的进气系统在动力性、排放性以及噪音方面有非常大的改善.[参考文献][1]王瑞金,张凯,王刚,等.Fluent 技术基础与应用实例[M ].北京:清华大学出版社,2007:33237.[2]周龙保.内燃机学[M ].北京:机械工业出版社,1998:56258.[3]王晗,蔡忆昔,毛笑平.发动机进气系统不均匀性的三维数值模拟[J ].小型内燃机与摩托车,2007,36(3):15217.[4]罗马吉,陈国华,蒋炎坤,等.进气管内三维稳态流动特性的数值分析[J ].小型内燃机与摩托车,2001,30(2):124.[5]夏兴兰,杨雄,朱忠伟,等.数值模拟方法在柴油机进气道改进中的应用[J ].内燃机学报,2002,20(5):22224.Enhanced I n t ake System D esi gn of FSAE Race CarXU J ian 2m in,L I U J in 2wu,L I Xiao 2yu(Depart m ent of Mechanical Engineering,Xiamen University of Technol ogy,Xia men 361024,China )Abstract:A detailed analysis was made t o see how engine was affected by varied positi ons of thr ottle valve on the intake syste m ,which resulted in an op ti m al thr ottle valve positi on bet w een the thr ottle valve p late and nozzle .A CF D Fluent based fluid mechanic analysis was done on its res onat or that indicated that the en 2hanced intake system contributed remarkably t o the dyna m ics,release efficiency and noise reducti on of the en 2gine .Key words:FS AE race car;intake syste m;res onat or;CAE・74・。
Get格雅毕业设计(论文)-大学生方程式混合动力电动赛车设计(含全套CAD图纸)
毕业设计〔论文〕-大学生方程式混合动力电动赛车设计〔含全套CAD图纸〕毕业设计〔论文〕题目大学生方程式混合动力电动赛车设计2013年 5 月30 日大学生方程式混合动力电动赛车设计摘要本次毕业设计，我进行了大学生方程式混合动力电动赛车的总体设计。
在设计中，主要运用了比照分析的方法，各项参数通过优化设计和UG、MATLAB等进行优化。
我根据2021年大学生方程式汽车大赛规那么确定了赛车整体布置方案，并进行论证与分析，初步确定混合动力电动赛车主要参数。
通过计算与比照，确定发动机型号和电动机型号,并确定其混合形式——并联式。
初选传动系最大传动比、最小传动比。
我设计中使用三维软件对各个零部件总成进行建模和整体装配，并进行悬架、转向的运动干预分析。
利用发动机动力特性曲线和电动机动力特性曲线特点，用MATLAB软件绘制出混合动力电动赛车驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图等，并详细计算混合动力电动赛车的燃油经济性。
利用进行导出混合动力电动赛车总体布置二维工程图，并制成总体参数表，并将纯发动机赛车与此次混合动力电动赛车进行比照分析。
通过本次毕业设计，了解和掌握了对汽车进行总体设计的步骤和方法，并且使我认识到混合动力汽车的开展前景。
稳固了本专业的所学的专业知识，增强了搜集资料、整合资料的能力，这些将为我毕业以后从事汽车设计工作打下良好的根底。
关键词：混合动力电动赛车，参数确定，总布置，动力性，经济性FORMULA STUDENT HYBRID RACING DESIGNABSTRACTMy graduation design is the overall design of the formula hybird racing. I used the contrast analysis method mainly in the design, through optimizing the parameters optimization design and optimization of UG MATLAB, etc.equation overall layout of the car, and the demonstration and analysis, the main parameter is determined primarily racing. Through calculation and comparison, sure engine type, primaries drivetrain maximum transmission ratio, minimum transmission.The intermediate stage, we design UG8.0 3d software used in various parts of assembly for modeling and whole assembly, and suspension, steering movement interference analysis. Use of engine power characteristic curve characteristic, MATLAB software mapped drive car driving forces - resistance balance figure, acceleration curve, and etc, and detailed calculation racing fuel economy.The final stages UG8.0 are derived by car, general layout, and two-dimensional engineering graphics overall parameter table, and made the first generation and the second generation racing cars are compared and analyzed. For considering the actual production of may change suspension, frame and steering parts, obligate scheme.Through the graduation design, I understand and master the overall design of car of the steps and method, the professional knowledge of professional knowledge, enhance the data collection and integration of information, these ability after my graduation will be engaged in car design lay a good foundation for the job.KEY WORDS: hybrid racing, parameter identification，generalarrangement, the car power, econom符号说明m a 汽车总质量kgV 最高车速km/hL 轴距 mmB1 前轮距 mmB2 后轮距 mmR 最小转弯半径mmhg 满载时质心高度mmhgˊ空载时质心高度mmD 轮胎直径mmB 轮胎宽度mmP 轮胎气压MPA 汽车迎风面积F 滚动阻力系数C空气阻力系数Do i驱动桥主减速比变速器传动比g iF汽车行驶使的空气阻力wi变速器Ⅰ挡传动比1gF车轮与路面的附着力ϕm汽车总质量au汽车行驶速度aT发动机转矩ef P为克服滚动阻力所消耗的功率ϕ轮胎与路面的附着系数η传动系效率tQ是百公里油耗s目录第一章大学生方程式混合动力电动赛车总体概况 (1)§1.1 混合动力汽车开展现状 (1)电动赛车开展现状 (2)§1.3 大学生方程式混合动力电动赛车电动总体设计概述 .. 3 §1.3.1汽车设计的规律、决策与设计过程 (3)§1.3.2 大学生方程式混合动力电动赛车主要技术要求 (4)§1.3.3 本次混合动力电动赛车动力性设计目标 (4)§1.3.4 大学生方程式混合动力电动赛车工程意义 (5)第二章大学生方程式混合动力电动赛车总体设计 (6)§2.1 总体设计目标 (6)§2.2 赛车目标参数的初步确定 (7)§2.2.1 发动动机的选择 (8)§2.2.2 电动机的选择 (9)§2.2.3 轮胎的选择 (10)§2.2.4 传动系最小传动比确实定 (11)§2.2.5 传动系最大传动比确实定 (11)§2.3 混合动力电动赛车发动机和电动机选型 (12)§2.4 混合动力电动赛车主要设计参数确实定 (13)§2.4.1 尺寸参数 (13)§2.4.2 质量参数 (15)§2.4.3 性能参数 (17)§2.5 赛车各系统设计 (20)§2.5.1 悬架系统设计 (21)§2.5.2 转向系统设计 (22)§2.5.3 制动系统设计 (22)§2.5.4 电器系统设计 (24)§2.5.5 车身设计 (26)§2.5.6 车架设计 (26)第三章大学生方程式混合动力电动赛车动力性与经济性 (28)§3.1 汽车的动力性 (28)§3.1.1 动力性的评价指标 (28)驱动力—行驶阻力图 (28)§3.1.3 汽车的加速能力 (31)§3.1.4 动力特性图 (33)§3.1.5 功率平衡 (34)§3.2 燃油经济性 (35)第四章大学生方程式混合动力电动赛车总体布置 (37)整车布置的基准线〔面〕-零线确实定 (37)各部件的布置 (37)总体设计参数表 (40)第五章结论 (45)参考文献 (46)致谢 (47)第一章大学生方程式混合动力电动赛车总体概况混合动力汽车〔Hybrid Electric Vehicle, HEV〕是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。
大学生方程式赛车
大学生方程式赛车作者:日期:辂般舫駐要辭酸戢醐连翩艇对点麻曰龊聽gmsw,毓贿跆 有力的魏予阪»乜车架规则总体要求SOfumia \上冊的MS/iWM 申何的樋|肪撞杠 阪沖的侧斷曲H大学生方程式的赛车主要是使用桁架式结构的钢管车架和复合材料的单体壳结构这两种。
ni 1} 工* fTJr车架基本结构:砂£＞雹 每一支车队的车架结构中都需要尽可能多的使用三角结构 ，点对点，符合力学要求例如防滚架是赛车对车手安全保护的一个最重要的安全屏障 ，当赛车发生翻滚时必须保护 车手的 头■部 和腿部 不与地 面接触，因 此规则 会有硬 性设计 要求。
驾驶舱空间要求驾驶舱内部横载面为了保证驾驶员的逃生空间和腿部空间，规则还限宦了 驾驶舱最小开口和驾驶舱内部横截面的空间要求。
基于大赛规则和人机工程，对车架的数据尽可能多的采集足够的数据，为后期的三维模型的建立提供数据支持 、熟读规则，模型搭建获取设计基本参数由于赛车必须车轮外露和座舱敞开（方程式赛车式样），因此赛车的安全性必须得到保证。
所以采用钢管作为赛车的框架结构的赛车必须符合赛会对钢管材料的要求、管径厚度、结构形式等要求。
规则对结构的要求对于这农册啲要求援证车羽S#辍生鳩或 耐，车手的头課身体曲和地面发生雖 从 而民证车手的安全，薜醉栗的®!边購触必须由车手（车手以正常驾 删魁）两赂跌删毗驾驶舱幵口 连删轩头跚 甜到车手头虽的距离至＞■赛车还需要适合从第5百分位的女性到第95百分位的男性车手驾驶，因此需要搭接模型进行数据采集。
在性能和舒适性方面需要做出取舍，数据需要不断调整。
二、使用三维软件进行建模和分析在有限元软件中进行静力分析、优化及模态，得出车架扭转刚度，在满足车架安全和使用的条件下对车架结构进行优化和轻量化。
三、定位模具和焊接由于方程式车架的设计比较紧凑，许多零部件的安装位置极限，因此对焊接精度要求比较高，同时还需要注意焊接的时候的热变形。
F1方程式赛车的空气动力学(完整资料).doc
【最新整理，下载后即可编辑】F1方程式赛车的空气动力学班级：学号：姓名:年月号引言空气动力学在F1领域中扮演着重要的角色。
在引擎的研发相对稳定的下，空气动力学几乎主宰着一辆赛车的全部性能。
从上纪六十年代F1赛车第一次使用尾翼，到七十年代地面效应的引进，再到近些年双层扩散器、废气驱动扩散器等设计的提出，空气动力学在短短的几十年时间里取得了长足的进步，几乎可以与航空工业并驾齐驱，甚至有超越后者的势头。
空气动力学是流体力学的一个重要分支，主要研究空气或其它气体的运动规律、空气或其它气体与飞行器或其他物体相对运动时的相互作用和伴随产生的物理变化。
F1的空气动力学主要研究下压力，阻力和灵敏度三个方面，其中，提高压力是提升弯中表现的有效手段，降低阻力是获得高尾速输出的必要手段，灵敏性又称敏感度，主要研究空气动力学环境改变而导致的自身变化的强度。
确切地说，就是研究由路况差异而导致的气动翼片与底盘间距的变化对赛车性能的干预强弱。
前翼前翼是安装在车体最前端的气动附加装置，它不仅负责制造赛车前部的下压力，还影响向后流动的气流的走向。
F1赛车的前翼的工作受到多种因素的影响，首先，作用在翼面上的气流并不是理想状态的，风速，风向都时刻变化，且不确定，此外，赛车在弯道中行驶时，作用在翼面上的气流会发生横向的偏转和移动，形成不稳定的流场，这不仅降低了前翼产生的气动负升力的效率，还影响到了前翼后部的气流环境，不利于气流的正常传输。
人类在流体力学的研究过程中一直在发展，进步，在可以产生气动负升力的翼形的研究中更是如此，先后出现了伯努利，牛顿等不同时期的翼形，这些翼形在气动性能上也不断提升，今天F1赛车所采用的主襟翼结合的翼形就是人类经过长期探索换来的智慧结晶，这种翼形不仅成熟，而且有效。
F1赛车在高速行驶时，流过前翼所在区域的气流被前前翼分割为两部分：一部分从翼片的上表面流过，另一部分则流过翼片的下表面，这两股气流依附在翼片上流动，最后在前翼后方的某一区域重新汇聚，两股的气流的区别在于，由于襟翼与主翼呈一个很大的倾角，因此襟翼拥有较大的迎风面积，在气体的流动过程中，翼片上表面的气流在流动中受到了阻碍，流速有所降低，而翼片下表面的气流则可以在无阻碍的状态下顺利通过，结合前，上翼面文提到过的运用在气体领域的伯努利方程p+1/2ρv2=P的气流流速低，压强大，下翼面的气流流速高，压强小，两者作差，即产生了我们所需的气动负升力。
大学生方程式赛车整车设计
104AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计大学生方程式赛车整车设计姜沛羽 任峰 李龙海长春师范大学工程学院 吉林省长春市 130032摘 要： 赛车的整车设计是赛车制造过程中的第一步也是最重要的一步，本文中写明长春师范大学工程学院车辆工程专业根据FSEC 规则设计的赛车的整车设计方案，详细的论述了该车的整车主要参数、悬架、转向、电气、车架等方面的设计方案。
关键词：FSEC 赛车；整车设计；转向系统；电气系统；车架1 引言中国大学生电动方程式汽车大赛（FSEC）是由中国汽车工程学会主办，考验各个有汽车专业高校学生在汽车设计与制造方面能力的比赛，全国多所院校参加。
本文围绕本次大赛长春师范大学新时代车队自主设计的赛车展开，分析了该车的整车主要参数、悬架、转向、电气、车架等方面的设计，并通过对实车的测试，验证的设计过程的合理。
2 整车主要参数整车的设计理念是在兼顾大赛规则、成本、性能等因素下尽量选择合适的轴距，同时做好承重合理分布、前后轴载荷的均匀分配。
轴距和轮距是很重要的参数，轴距的大小会影响到整车的质量和中心的额位置，增加轴距长度，会提高抗俯仰和横摆性能增强稳定性，但同时会一定程度上影响汽车的灵活性。
综合考虑到轻量化、重心位置等因素，将轴距定为1650mm以达到理想的性能。
根据大赛规则，车辆的最小轮距不可以小于最大轮距的75%，轮距的选择决定了汽车的横向宽度、横向稳定性等因素，综合考虑，前轮轮距定为1220mm，后轮轮距定为1180mm，并确定汽车总宽1220mm，考虑到车架的长度，将汽车总长定为2450mm。
3 悬架系统设计悬架系统采用了推杆不等长双横臂独立悬架，并选用10英寸铝合金轮辋、Hoosier43105轮胎。
通过ANSYS分析，确定了推杆长度以及最佳焊点，并在后期的调试中进行了严谨的修改，以保整车的最佳状态。
4 转向系统设计在比赛中，八字绕环和高速避两个项目对赛车的转向系统提出了很高的要求，因为车身较轻，故采用了无助力的机械式转向器并将其附于车架底部。