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-文献综述

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1、（文献综述）文献综述题目：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：11（文献综述）目录1.前言32.主题33.本课题应实现的关键问题94.参考文献911（文献综述）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1.前言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，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201

2、0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”。2.主题2.1FSAE赛车车身和尾翼及CFD分析FSAE是一项竞速型赛事，对赛车的重量控制有着很高的要求。因此，FSAE赛

3、车的轻量化便至关重要。作为赛车轻量化重要组成部分之一的车身部分便要使用足够轻的材料，并要保持一定强度。我们选用碳纤维增强材料作为车身材料。碳纤维是一种连续的细丝碳材料，通过有机纤维碳化及石墨化处理而得到，含碳量高于90%，直径范围在6～8内，仅为人的头发丝的1/3左右。是近数十年以来为满足高性能飞机以及汽车工业的需求而发展起来的一种新型材料。碳材料不溶于任何溶剂，也不能用熔融纺丝法制取，而是由有机高分子材料（聚丙烯晴纤维）或石油沥青或煤沥青纤维经专门的碳化处理而制得的。碳纤维最突出的优点体现在它远远超出其他工程材料的比强度和比刚度。由表1可见，碳纤维的

4、比强度和比模量要远高出高强钢和高强铝合金。“比强度”和“比模量”，它们是指材料单位质量的强度和模量。显然，如果一种材料的密度小而又能够提供相当高的强度和模量，这种材料便具有高比强度和高比模量，碳纤维正是在这点上体现出了巨大的优势。11（文献综述）表1.碳纤维与其他材料性能的比较材料密度（ρ）抗拉强度（σ）拉伸模量（E）比强度（σ/ρ）比模量（E/ρ）高模碳纤维1.7400024024140高强钢7.8340～21002080.04～0.2727高强铝合金2.7144～650690.05～0.2326E-玻璃纤维2.543100～380072.5～75.

5、512.6～1528.5～29.5芳纶491.4428001261.9488硼纤维2.3627503821.17162碳纤维的研究开发开始于对20世纪50年代开发的玻璃纤维复合材料的认识和经验。通常的玻璃纤维复合材料，重量要高出碳纤维复合材料以上，而拉伸强度仅是碳纤维复合材料的，模量则更低，不到，满足不了当时工业发展的要求。因此势必要研发出新的高性能纤维复合材料作为玻璃纤维材料的替代品，满足日益增长的需求量。在这种背景下，20世纪60年代后期，创新型的聚丙烯晴基碳纤维研发成功并能够批量生产。碳纤维复合材料生产技术难度大，价格高，但由于碳纤维复合材料优秀

6、的综合性能，特别是超高的比强度和比模量，满足了高技术发展的要求，因而迅速的进入航天航空、体育用品和汽车行业。目前，无论国内外赛场，FSAE赛车车身已普遍采用碳纤维复合材料制作。碳纤维的比强度和比模量都要远超高强钢和高强铝合金，在工业领域具有巨大的优势。与其他增强型纤维材料相比，碳纤维还具有耐腐蚀、抗疲劳、耐高温、膨胀系数小、尺寸稳定性高、导电等优点。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

7、较容易通过车身表面从而达到减小风阻系数的目的。1936年，Kamm和Koeing几乎同时申请11（文献综述）了一项车身专利，即戴尾车。他们通过实验发现，将尾流区附近的车身后部去除，不仅不会造成压差阻力的增加，反而会提高车辆的稳定性。1970年，英国人A.J.赛博提出了“鲸状”理论模型，如图1所示。该理论模型虽然将气动阻力控制在较小的水平，但气动升力较大，横向不稳定性偏大，相关结构布置比较困难。图1.“鲸状”理论模型1976年，在意大利以A.Morelli教授为首的研究团队提出了一个比例为1:2的基本模型，如图2所示。若将此模型转换成实车，估计其阻力系数

8、将在0.23左右。图2.A.Morelli教授提出的基本模型通过马车型车身，箱型车身，甲壳虫型