FSAE方程式赛车碳纤维车身与后尾翼设计与空气动力学分析-开题报告

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1、开题报告题目：FSAE方程式赛车碳纤维车身与后尾翼设计与空气动力学分析学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导老师：提交日期：10目录一、选题背景和意义3二、国内外发展趋势、研究现状3三、基本内容和拟解决的主要问题8四、研究或设计方法9五、设计或研究的可能的创新之处9六、工作展开的步骤与进度计划9七、参考文献1010FSAE方程式赛车碳纤维车身与后尾翼设计与空气动力学分析一．选题背景及意义FSAE是一项面向全世界大学生集赛车设计制造竞赛为一体的综合性工程教育赛事。它由国际汽车工程师协会于1978年创办，

2、有着30多年历史的一项赛事。参赛队伍必须在一年时间内通过自行设计并制造出一辆具有出色加速、制动、操控性能的小型开仓式单座方程式赛车。中国在2010年开始引入这项赛事，中国汽车工程学会联合21所高校在上海举办了首届中国大学生方程式汽车大赛。截止2014年，共有61支燃油组赛车，19支电车组赛车参加了2014年第5届中国大学生方程式汽车大赛。而截止2014年底，已有79支燃油组赛车，31支电车组赛车报名2015年第6届中国大学生方程式汽车大赛,而我校也将参加2015年电车组比赛。中国大学生方程式汽车大赛已

3、然成为国内最有影响力的大学生赛车比赛，被誉为“学术界的Formula1”。FSAE赛车与一般汽车不同，赛车的重量对赛车最后能否取得好成绩有着至关重要的作用。而对于赛车轻量化来说，两种主要方法之一便是使用轻型材料。因此，碳纤维这种增强型纤维材料便脱颖而出了。碳纤维相比其他材料以及增强型纤维材料，都具有较大优势。因此，研究碳纤维材料在车身上的应用对于赛车甚至商用车的轻量化都具有较大意义。FSAE赛车在比赛中的直线赛道上的最高速度可达到120，在弯道的速度的也可达到50。在如此高的速度下减小赛车空气阻力对于

4、赛车取得好成绩，减少能量消耗具有十分重要的意义。而若要减小赛车的空气阻力，就需要对赛车进行计算流体力学（CFD）的方法，优化赛车的车身造型。而在赛车过弯时，为了增加赛车过弯的稳定性，在充分轻量化的同时满足对地面的足够压力，则需要对赛车设计安装鼻翼、尾翼和扩散器。为了赛车拥有较小的气动阻力以及高速行驶时足够的下压力，需要利用计算机技术和涡流理论，通过计算流体力学的方法对赛车进行空气动力学分析。利用ANSYS的FLUENT模块模拟汽车行驶中的外流场，与传统的风洞实验相比，CFD分析可以节约大量的资金，提高

5、研究效率。由此可见，对赛车的车身进行空气动力学造型，并对其进行CFD分析，对于赛车的气动阻力，下压力具有十分重要的意义。有利于提高赛车高速行驶的稳定性，减小所受的空气阻力，提高赛车的性能。二．国内外研究现状和发展趋势2.1国外研究现状10据了解，国外的赛车经过铝合金的非承载式车身，铝合金的承载式车身，玻璃纤维的非承载式车身，碳纤维的非承载式车身的发展，已基本发展为碳纤维材料的承载式车身，并在不断完善之中。而对于空气动力学，早在20世纪初，人们就试图通过改善乘用车的造型来减小的乘用车的气动阻力。通过车身

6、造型设计并结合空气动力学原理，将车身表面设计得更加符合空气动力学原理，能够改变或引导气流运动。使迎风气流能够较容易通过车身表面从而达到减小风阻系数的目的。而国外赛车运动起步较早，到目前为止已经完成了较为成熟的空气动力学研究。其中最具代表性的是Formula1赛车运动。为了能够在比赛中获得优异成绩，各支车队都在空气动力学研究中花费了大量的人力物力，充分利用计算流体力学的方法和风洞试验实测的方法提高赛车各方面的性能。就拿Formula1的小车队卡特汉姆车队来说，就有约40人专门从事空气动力学研究，而这一数

7、字对于类似于法拉利车队等大车队来说要数倍于卡特汉姆车队。有统计数字表明，在德国大约有3000余人专门从事关于Formula1的空气动力学研究，美国约有11000多人，而在日本这一数字则达到了20000。图1.F1赛车车身发展轨迹如图1中①所示，早起的赛车并没有过多的注意空气动力学，工程师们普遍认为发动机、底盘、轮胎和驾驶员是影响赛车性能的4个基本要素。随着技术的发展，在发动机、底盘、轮胎和驾驶员这4个基本要素上的突破都遇到了瓶颈，这时候工程师们逐渐把注意力放到如何利用空气动力这一课题上来，空气动力学逐

8、渐开始发展了起来。20世纪60年代，国际汽联开始限制Formula1赛车的发动机功率和轮胎大小，这也是空气动力学兴起的另一个重要原因。20世纪70年代，Formula101赛车逐渐开始安装前后负升力翼和侧裙等空气动力学套件，虽然当时的空气动力学才刚刚起步，并没有充分起到作用，但还有引起了巨大的反响，能够合理运用空气动力学的赛车最终可以取得优异成绩。随着国际汽联对规则的完善，空气动力学套件变得更加规范。到目前为止，空气动力学套件的发展已比较成熟，如对前尾翼