《fsae赛车定风翼扩散器气动设计与优化研究》

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1、中文摘要大学生方程式汽车大赛（FSAE）是面向高等院校在校学生的方程式赛车比赛。本文以清华大学方程式车队2015年FSAE赛车为研究对象，基于计算流体力学（CFD）为赛车设计完整的空气动力学套件，包括两组定风翼（前翼、尾翼）和扩散器，以获得最佳的气动下压力，从而提高赛车的比赛成绩。从下压力对赛车弯道性能的影响入手，根据大学生方程式汽车大赛的比赛项目，分析赛车对下压力的需求，明确了前翼、尾翼和扩散器的设计目标。论文分析了不同翼型、弦长、宽度、间距和攻角关键参数等对定风翼翼片组合产生下压力的影响，再

2、结合赛车的实际需求，完成了定风翼的气动设计。解释了赛车底部安装扩散器以产生下压力的原理，分析了扩散器离地间隙与扩散角度两大关键参数对下压力的影响，完成了扩散器的气动设计。根据定风翼和扩散器的气动设计需求完成了内部结构设计，在保证其强度和刚度的同时，兼顾轻量化，提出了碳纤维外表面和泡沫填充的三明治结构。在设计完空气动力学套件之后，将所有套件装配进整车，对整车外流场进行数值模拟，确定了前翼和尾翼的合理布置位置，应用CFD分析了整车的外流场。数值仿真结果表明，所设计的定风翼和扩散器产生的下压力，满足F

3、SAE赛车的需求。关键词：FSAE；空气动力学；定风翼；扩散器；CFD73ABSTRACTFormulaSAE(FSAE)isaraceinggameforstudentsofCollegesandUniversities.BasedontheTsinghuaUniversityFormulastudentracecar,thearticlefocusontheaerodynamicsperformance.InordertoimprovetheFormulastudentracelaptime

4、,thearticleanalyzestherequirementsabouttheFormularacecar,finishesdesigningtheaerodynamicpackageaccordingtoaerodynamicandCFDtheory.Aerodynamicpackageincludestwowings(frontwingsandrearwings)anddiffuser.Startingwiththeimpactoncurveperformanceunderthedow

5、nforce,thearticleanalyzestherequirementsofthedownforceaccordingtothecompetitioneventsinFSAEandmakeitclearhowtodesignthepackages.ComputationalfluiddynamicsisintroducedandthestepstousecommercialsoftwareinCFDforaccuratesimulationaredetailed,includingmes

6、hingandchoiceofturbulencemodel.Thearticleexplainstheprincipleofwingsgeneratingdownforce,analyzingtheairfoilselection,theimpactofthewingflapandthechordlength,spacing,theanglesofattackandotherkeyparametersaboutproducingdownforce,completingwingaerodynam

7、icdesign.Thearticlealsoexplainstheprincipleofthediffuser,analyzingtwoparametersandfinishingthedesignofthediffuser.Internalstructuredesignisfinishedaccordingtotheactualmechanicsneedofwingsanddiffuser.Carbonfiberandfoam-filledsandwichstructureisselecte

8、d,losingweightwithensuringthestrengthandstiffness.Afterdesigninggetallthepackagesassembledintothevehicle.Thepositionsofpackagescanbedeterminedaftergettingthevehicleoutflowfieldofnumericalsimulation.Thesimulationresultsshowthatthedownforcegeneratedbyt