雨刷系统流场的数值分析与研究

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1、雨刷系統流場的數値分析與硏究林秋豐1洪敏發2曾全佑1蔡建雄1戴昌賢1藍浚嘉I1國立屏東科技大學車輛工程系丄國立中山大學機械與機宦工程學系摘要本文以數値模擬方法來探討雨刷所受的空氣動力行爲。硏究中探討雨刷桿形狀、尺寸、雨刷桿與雨刷刮片之間距離以及雨刷刮片的彎曲角度等參數，對雨刷所受升力與阻力的影響「計算結果顯示：雨刷刮片的變形僅對升力造成影響，雨刷桿卻會因其形狀、尺寸、雨刷桿與雨刷刮片之間距離改變時，對阻力與升力產生相當程度的影響。其中，雨刷桿本身的高度與雨刷桿上方開口大小對雨刷系統的阻力與升力影響最大。關鍵字：空氣動力、雨刷、升力

2、NumericalInvestigationofAerodynamicEffectsonWindshieldWipersChiu-FengLin1MinFaHung2Chyuan-YowTseng1Chien-HsiungTsai1Chang-HsienTai1Chun-ChiaLan1departmentofVehicleEngineeringNationalPingtungUniversityofScienceandTechnology2DepartmenlofMechanicalandElectro-MechanicalEn

3、gineering,NationalSunYat-senUniversityKeyWords:aerodynamic,wiper,liftforceABSTRACTAerodynamiceffectsonthewindshieldwipersystemareinvestigatednumericallyinthisstudy.Thedragcoefficientandtheliftcoefficientareexaminedasafimctionoftheshapeanddimensionofwiper-armandwiper-b

4、lade,thedistancebetweenwiper-bladeandwiper-arm.Thecalculatedresultsshowthatthedeformationofawiper-bladeafleetstheliftforceonly,buttheshapeanddimensionofthewiper-annandthedistancebetweenthewiper-bladeandthewiper-armaflectboththedragforceandtheliftforce.Toconclude,thehe

5、ightofthewiper-annandtheapertureinthewiper-armplayimportantrolesintheaerodynamicbehaviorofthewiper.一、前言雨刷系統的功用是在於雨天中行駛時，刮徐擋風玻璃上的雨水以確保視野並達到預防危險的功用。所以，在許多國家對雨刷的製造都訂定相關安全規範［1］。車輛在行駛時，氣流會順著引擎蓋吹向擋風玻璃往A柱與車頂流動，這樣的氣流會對雨刷產成-•個迎風面，雨刷因爲受風的緣故，會產生阻力與升力。雨刷受到升力的影響而產生飄浮的現象，使雨刷無法緊貼於擋風

6、玻璃，無法完全刮除雨水而導致行車危險。以往，車輛在高速行馭時(約130km/h)，雨刷便會受到空氣動力的影響，產生足夠的升力使得雨刷系統飄浮，而無法與擋風玻璃緊貼［2］。爲了解決雨刷上浮的問題，有人藉著彈性係數較強的彈簧來增加雨刷緊壓在擋風玻璃上的力量，但是卻也產生較大的摩擦力而對雨刷的電機系統造成負擔，並減短雨刷竜機系統的壽命。也有人嘗試著在雨刷桿上面裝買輔助壓片來減少雨刷的浮力，但是卻會因爲裝賈壓片的關係，會對行車視野造成影響。這些輔助設備都不是解決雨刷上浮的最隹對策，積極的對策應該是雨刷廠商必須要能設計出低升力，低阻力的雨刷

7、，才能確保行車的安全。要設計出升、阻力小的雨刷系統之前，必須對雨刷系統本身受到空氣動力的影響要冇相當的了解［3・5］。可是，由於涉及廠商之設計資料，所以雨刷周圍流場的分析資料與文獻相當少。在實驗戢測上，都是利用二維的模型進行風洞實驗，並量測出雨刷的CD(dragcoefficient)與CL(liftcoefficient)値［3,6］，以了解雨刷受空氣動力的影響。在數値模擬方面的文獻也相當有限，所模擬的雨刷也只是侷限於二維的分析［3,7,8］，而且分析的參數也只冇雨刷刮片角度對升力的影響。這些文獻資料對雨刷廠商之設計並沒有幫助，

8、有罷於國內雨刷廠商相當多，爲了剤助國內廠商建立自主技術，提升國際競爭力。本文擬以數値模擬的方法來収代以往文獻中所談到風洞的實驗方法，如此便可以使得沒有貴重風洞實驗器材的廠商也能以較便宜的數値模擬方法來從事雨刷之設計。硏究中以二維雨刷模型進行冇系統且