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FSC赛车前翼空气动力学特性仿真研究
| 论文题名： | FSC赛车前翼空气动力学特性仿真研究 |
| 关键词： | 方程式赛车;前翼;后掠角;空气动力学;流固耦合 |
| 摘要： | 本文从车辆空气动力学和流体力学的理论入手，研究车辆空气动力学和流体力学中的规律和常见的效应，通过CFD手段，计算求解方程式赛车空气流场和空气作用力，在结构层面研究解决赛车在前翼作用下的空气动力学相关问题。 重点通过参数化建模，以前翼后掠角、上扬角等作为变量，建立不同设计状态和工况下的整车和前翼模型进行仿真，研究以上变量对赛车空气动力学产生的影响。结合空气动力学理论，分析赛车前翼构造对空气作用力的影响机理。 研究结果表明：前翼和整车受到的阻力和升力随后掠角的变化规律与前翼的结构设计特别是端板和小翼片相关。前翼受阻力和升力与后掠角关系变化规律与前翼展向上扬角有关。最大升力和阻力发生的后掠角度，随上扬角增大而增大。有端板的前翼，在展向上扬角固定3°时，后掠角8°，翼面气流的展向流动最小，弦向速度最大，产生最大的空气作用力和升阻比，符合赛车空气动力学设计的追求目标，这也是本文所涉及赛车前翼的最优设计方案。 另外通过结构分析、流固耦合仿真、瞬态动力学仿真方法，对树脂基碳纤维复合材料作为空气动力学部件的结构静强度、动强度和空气激励下的振动等进行设计校核。结果表明该前翼设计的主翼的静安全系数较大，结构体的静强度是安全的。前翼后掠角在10°之前对结构强度影响不大，在后掠角较大时，结构的静强度会下降。前翼结构的最大位移出现在翼展两端偏后侧，空气作用造成的前翼静态形变对空气动力学特性形成了负反馈，该前翼造型并不会出现气动发散现象。 通过流固耦合的瞬态动力学仿真获得了前翼受空气作用力振动时域响应，分析结果表明：前翼在流场的瞬态空气作用力下呈周期性的振动，在中等车速时，瞬态振动振幅与稳态结构形变相比比较小，瞬态波动不大，满足赛车一般工作要求。 |
| 作者： | 宋学沛 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 邹旭东;张世功 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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