方程式賽車尾翼優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　方程式賽車尾翼優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　方程式賽車尾翼是賽車空氣動(dòng)力套件的重要組成部分。本文通過對(duì)方程式賽車尾翼造型發(fā)展的了解,結(jié)合汽車?yán)碚摲矫娴闹R(shí)，對(duì)FSC方程式賽車的尾翼進(jìn)行了一定的優(yōu)化改變。希望通過對(duì)造型的改變能提升賽車尾翼性能及提升人工可操控性，即在不同比賽項(xiàng)目中，利用人工對(duì)尾翼攻角角度

2、的調(diào)整使汽車尾部的空氣流動(dòng)更利于單項(xiàng)比賽。</p><p>　　關(guān)鍵詞：方程式賽車 尾翼 人工調(diào)整 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　For Formula Car,rear wing is an important component as the aerodynamic kit.In

3、this article,author improve the modeling of rear wing according to learning something about the modeling of rear wing and theoretical knowledge of automobile. Author wish to improve the performance of human handling by i

4、mproving the modeling.In other words，taking advantage of artificial adjusting to the rear wing angle make the airflow to help the Formula Car in different matches.</p><p>　　Keywords:Formula Car Rear wing

5、 Manual adjustment</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 方程式賽車尾翼概述</p><p>　　根據(jù)car2100權(quán)威定義，汽車尾翼的專業(yè)名稱為“汽車擾流器”，安裝于汽車尾部的空氣動(dòng)力套件，主要作用是高速行駛時(shí)可以為車輛提供必要的穩(wěn)定性，在F1賽車上所使用的擾流翼其實(shí)基本原理與飛機(jī)的機(jī)

6、翼是相同的，后來才被移植于普通汽車上。只不過飛機(jī)的機(jī)翼是產(chǎn)生向上抬升的力量，而賽車的擾流翼則是要產(chǎn)生向下壓制的力量。如圖1所示，這是飛機(jī)機(jī)翼的剖面，當(dāng)空氣流經(jīng)機(jī)翼時(shí)，由于通過機(jī)翼上方的氣流速度較快，下方的氣流速度較慢，因此翼面上方的空氣壓強(qiáng)降低，相對(duì)的翼面下方的空氣壓強(qiáng)較大，所以產(chǎn)生向上抬升的力量，而且速度越快壓力差越大。如果把機(jī)翼倒過來，就是簡(jiǎn)單的賽車擾流翼了，效果也就相反，產(chǎn)生向下壓制的力量，通常我們稱之為下壓力。</p>

7、;<p><b>　　圖1</b></p><p>　　1.2 尾翼造型改進(jìn)</p><p>　　尾翼造型設(shè)計(jì)需要結(jié)合各種汽車造型設(shè)計(jì)的知識(shí)和空氣動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，然而對(duì)之進(jìn)行改進(jìn)跟需要深入研究。</p><p>　　2 空氣動(dòng)力學(xué)及尾翼工作原理</p><p>　　根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)原理分析，我門知道汽車在行駛過

8、程中會(huì)遇到空氣阻力，這種阻力可分為縱向、側(cè)向和垂直上三個(gè)方面的作用力，并且車速與空氣阻力平方成正比，所以車速越快，空氣阻力就越大。一般情況，當(dāng)車速超過60km/h，空氣阻力對(duì)汽車的影響表現(xiàn)得就非常明顯了。為了有效地減少并克服汽車高速行駛時(shí)空氣阻力的影響，人們?cè)O(shè)計(jì)了汽車尾翼，其作用就是使空氣對(duì)汽車產(chǎn)生第四種作用力。即對(duì)地面的附著力，它能抵消一部份升力，控制汽車上浮，減小風(fēng)阻影響，使汽車能緊貼著道路行駛，從而提高行駛的穩(wěn)定性。</p&

9、gt;<p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　2.1 空氣動(dòng)力學(xué)</b></p><p>　　汽車空氣動(dòng)力學(xué)是研究汽車與周圍空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)兩者之間相互作用力的關(guān)系及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是流體力學(xué)的一個(gè)重要部分。汽車向前行使時(shí)與空氣產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，對(duì)汽車的行使?fàn)顟B(tài)影響很大，特別是汽車高速行使時(shí)會(huì)承受強(qiáng)大的氣動(dòng)力作

10、用。使汽車具有良好的形狀以降低汽車的氣動(dòng)阻力，不但可以提高汽車的動(dòng)力性，而且還可以提高汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于高速汽車來說，空氣動(dòng)力穩(wěn)定性是汽車高速安全行使的前提。</p><p>　　汽車直線行駛時(shí)收受到的空氣作用力在行駛方向上的分力稱為空氣阻力?？諝庾枇Ψ譃閴毫ψ枇湍Σ磷枇刹糠帧Ｗ饔迷谕庑伪砻嫔系姆ㄏ驂毫Φ暮狭υ谛旭偡较虻姆至?，稱壓力阻力。由于空氣的粘性在車身表面產(chǎn)生的切向力的合力在行駛方向的分力，稱摩擦阻

11、力。</p><p>　　在汽車行駛范圍內(nèi)，空氣阻力的數(shù)值通常都總結(jié)成與氣流相對(duì)速度的動(dòng)壓力,成正比例形式，即</p><p><b>　　Cd—空氣阻力系數(shù)</b></p><p><b>　　ρ—空氣密度</b></p><p><b>　　A—迎風(fēng)面積</b></p

12、><p>　　2.2 尾翼工作原理</p><p>　　如圖3所示，空氣在流過汽車尾翼時(shí)空氣流分流，因?yàn)槲惨淼挠甑涡螤?，分流的空氣在尾翼上下兩面流?dòng)的距離不相同。在尾翼上方的氣流在相同時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的距離較之尾翼下方的氣流更短，速度更快。根據(jù)流體力學(xué)基本原理可知，尾翼上方空氣壓力大于下方空氣壓力，即可產(chǎn)生壓力差，使尾翼受到一個(gè)來自上方空氣的壓力，進(jìn)而作用在車身上，使車身得到一個(gè)與空氣升力方向相反的

13、力，這里稱為負(fù)升力，使汽車行駛更加穩(wěn)定。</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　3 尾翼優(yōu)化設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 基礎(chǔ)造型設(shè)計(jì)</p><p>　　現(xiàn)有的賽車尾翼大多與圖4所示的相似，原理來自于飛機(jī)機(jī)翼，形狀上也相差不多。不過，因?yàn)樾枰獫M足賽車的行

14、駛需要，也對(duì)尾翼的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的改進(jìn)。圖4所示的是方程式車隊(duì)的一個(gè)尾翼方案，此尾翼與大多數(shù)尾翼一樣分為前后兩塊，且后部均向上翹起，主翼與水平呈12度的夾角，副翼與水平呈38度夾角。</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　圖5為此尾翼的端板形狀</p><p><b>　　圖5</b><

15、/p><p>　　圖6為此尾翼整體模型</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　3.2 尾翼優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到提高人工控制性和尾翼的靈活度，首先將端板分為前后兩塊，用于分別固定前后兩塊尾翼。如圖7所示。</p><p><b>　　圖7</b&g

16、t;</p><p>　　這樣的造型可以讓尾翼更具機(jī)動(dòng)性，提高人工調(diào)整的可行度。</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　端板造型的改變，可以使在獨(dú)立的端板上改變主副翼板的工作位置，根據(jù)需要進(jìn)行工調(diào)整，比如分別改變主副翼板的攻角，甚至拆掉副翼，讓主翼單獨(dú)工作。</p><p><b>　　

17、圖9</b></p><p><b>　　圖10</b></p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　通過對(duì)方程式賽車尾翼的改進(jìn)，了解到了尾翼對(duì)于賽車有極其重要的作用，賽車尾翼也在不斷地更新發(fā)展，比如F1賽車失速尾翼，DRS系統(tǒng)。尾翼的改變對(duì)賽車性能有著重大影響。本次創(chuàng)新活動(dòng)對(duì)尾翼的改動(dòng)主

18、要成果是得到了可以人工調(diào)整的尾翼，如在進(jìn)行直線加速比賽時(shí)可以調(diào)整尾翼工作角度使之迎風(fēng)面積變小，負(fù)升力減小，從而降低空氣阻力和滾動(dòng)阻力，提高車速。在穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)，增大尾翼的工作角度得到更大的負(fù)升力，使賽車行駛更加穩(wěn)定。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次創(chuàng)新活動(dòng)能順利完成，首先要感謝吳濤老師和武小花老師的悉心指導(dǎo)，感謝在創(chuàng)新過程中各位

19、同學(xué)的寶貴意見，尤其要感謝學(xué)校FSC車隊(duì)隊(duì)員的技術(shù)和資料方面的大力支持。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　林建忠.流體力學(xué)（第二版）[M].清華大學(xué)出版社.2013</p><p>　　余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫M].機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　汽車尾翼的物理學(xué)原理[