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原文传递气动附加装置对车辆气动升力的影响机制分析与改进设计

论文题名：	气动附加装置对车辆气动升力的影响机制分析与改进设计
关键词：	汽车空气动力学;气动附加装置;地面效应;优化设计
摘要：	车辆在高速行驶时，经常可能遇到“发飘”这种高速气动不稳定性现象，即驾驶员感觉行驶的车辆失去路面感，车辆的转向系统反应迟缓，进而直至驾驶员完全丧失对车辆的控制。产生“发飘”的直接原因是气动升力克服车重将车辆垂直地面向上托起，使得车轮与地面之间的附着性能变差。因此在高速汽车空气动力学设计过程中，气动升力系数指标至关重要，对车辆稳定性和安全性产生了较大的影响。气动升力系数较高的汽车会使车轮在高速时失去一部分抓地力，严重时甚至可能完全失去控制而导致交通事故。但是，良好的空气动力学设计，甚至可能使得车辆的气动升力系数为负，气动负升力随着车速的增加而增大，保证了车辆的高速行驶。　　本文旨在探索气动升力的成因，分析整车流场分布，深入研究气动升力的影响因素，并设计相应的气动附加装置对气动升力改进，从而增加汽车高速行驶的负升力，这对提高车辆的高速稳定性有着重要的工程意义。现代计算机技术的进步和湍流理论的不断发展使得计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)开始广泛被运用于汽车空气动力学的开发研究。本文是基于CFD仿真技术，对车辆气动升力的影响机制进行分析，对附加装置对气动升力的改进设计进行深入研究。　　运用CFD方法，通过对绕圆柱流场的仿真，对气动升力的重要影响因素一一“地面效应”进行了研究。构建简化的汽车钝体模型，对不同离地间隙和扩散器上翘角度进行CFD仿真，获得各种不同工况的速度场和压力场分布，研究其对气动升力的影响规律。　　基于“地面效应”理论，对“中气”轿车底部流场进行改进。在底盘发动机舱下方的位置使用盖板密封的办法进行改进，隔绝了前车架发动机舱等复杂细节对车底气流的阻滞，提高了车辆底部的流速，减小了底部压强，从而减小了气动升力。在车头下缘添加凸唇状导流板对模型作进一步改进，减少了整车底部的压力，进而减小了气动升力。　　对某跑车尾部扩散器进行气动特性分析并进行改进。对比无扩散器的跑车模型以说明扩散器的作用。以减小气动升力为目标，使用扩大工作空间、添加三角翼片墙以及添加扰流板三种不同的方案对扩散器进行改进。三种方案均使得气动升力得以减小，扩散器在加入三角翼片墙后对气动升力的改善更为明显;扰流板与扩散器组合的方案对气动升力的改进具有更大的潜力，但会略微增加阻力，对离地间隙的要求也较高。　　将现代优化方法引入到气动附加装置改进中。本文设计一种可变扰流器，结合近似模型和遗传算法对其形状和位置进行了优化设计，减小了车辆在高速行驶时的气动阻力和升力，同时在高速制动工况下提供较大的负升力，起到辅助制动作用。
作者：	沈夏威
专业：	车辆工程
导师：	杨易;徐文汉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文