一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件及其设计方法技术

一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，包括尾翼及前定风翼，其特征在于：所述尾翼采用上下两片式翼片，且尾翼翼片两端采用大的端板并向下延伸，同时在端板上增加百叶结构，这样的结构可以兼顾风阻与下压力，优化确定基本翼型；充分考虑下压力，设计尾翼和前定风翼整体方案；采用阳模碳纤维敷制工艺，有效减轻套件重量；采用支杆与可调拉索配合固定，提高连接可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空气动力学研究领域，特别是涉及到一种应用于大学生方程式赛车以提高其操作稳定性的空力动力学套件及其设计方法。
技术介绍
早在上世纪60年代，F1赛车上就出现了尾翼等空气动力学套件，其目的是增加整车下压力，从而提高赛车操纵稳定性；除尾翼外，F1赛车还装有前定风翼和底部扩散器等空气动力学套件，能够将赛车底部的气流梳理后快速导出，在底部形成低压区，从而使高速行驶的赛车紧贴地面。目前，许多运动型轿车也设计安装有尾翼，又称“尾部扰流器”，主要作用是减少汽车高速行驶时的尾部升力，从而有效解决过度转向以及后轮附着力减少等问题。自2010年举办第一届中国大学生方程式汽车大赛以来，参赛车队逐年增加，近两年多家车队均开展了空气动力学组件的设计，但其在赛事中出现了诸如重量过大、断裂、阻力增加以及安装不稳等问题，而且其所产生的下压力效果随设计方案、制造工艺、安装方法的不同而又较大差别。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题提供一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件及其设计方法，从翼型的设计着手，兼顾空气动力学套件的下压力效果和风阻特性，设计赛车前定风翼和尾翼；以轻量化为目标改进制造工艺并提高安装稳固性。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现:一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，包括尾翼及前定风翼，其特征在于：所述尾翼采用上下两片式翼片，且尾翼翼片两端采用大的端板并向下延伸，同时在端板上增加百叶结构。所述前定风翼采用一片整体式主翼外加两片分开式襟翼，即主翼两端设有端板，两端板处各增加第一襟翼、第二襟翼上下两片襟翼。所述翼片前缘半径和后缘半径分别为3mm和0.3mm。尾翼采用可调长度交叉拉索和碳纤维支杆与车架本体连接固定。一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件设计方法，包括以下步骤：1)首先初步设计基本翼型，以典型机翼为基础进行适当修正，采用CFD方法比较不同攻角、翼片前缘与后缘的弧形半径、翼片长度与厚度参数对空气动力学性能的影响，并优化确定这些参数；2)在优选的单翼型基础上，出于操纵稳定性需求，设计尾翼方案，尾翼采用了上下两片式翼片，且尾翼翼片两端采用大的端板并向下延伸，确保在过弯时气流也能稳定的通过翼片，而不至于向两边分散，同时在端板上增加百叶结构，其作用是给翼尖泄压，减少所产生的涡流；3)进行前定风翼的方案设计，前定风翼方案为一片整体式主翼外加两片分开式襟翼，即主翼两端设有端板，两端板处各增加第一襟翼、第二襟翼上下两片襟翼，相对于两片翼，三片翼产生的翼尖涡流较少；4)出于轻量化考虑，优化尾翼和前定风翼的加工制造工艺，采用阳模全碳纤维敷制，具体为：前翼尾翼使用阳模方法，即用碳纤维板或者铝板切割出形状，再采用热线弓切割泡沫，并使用泡沫胶粘接，最终直接在泡沫表面敷碳纤维；5)考虑空气动力学套件与赛车本体的连接可靠性，采用碳纤维支杆和可调拉索进行尾翼的固定，将其固接在车架钢管上；采用螺栓、螺母和吊耳固定前定风翼。进一步包括以下步骤：为了有效减少前翼后部的压差梯度，在第二襟翼采用开槽处理。进一步地，翼片前缘半径和后缘半径分别为3mm和0.3mm。本专利技术的有益效果：可以兼顾风阻与下压力，优化确定基本翼型；充分考虑下压力，设计尾翼和前定风翼整体方案；采用阳模碳纤维敷制工艺，有效减轻套件重量；采用支杆与可调拉索配合固定，提高连接可靠性。附图说明图1所采用基本翼型及参数；图2尾翼结构示意图；图3前定风翼结构示意图；图4尾翼固定方案。具体实施方式下面将结合附图，对具体实施情况进行详细说明。参见图2、图3，一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，包括尾翼及前定风翼，尾翼采用上下两片式翼片5，且尾翼翼片两端采用大的端板6并向下延伸，同时在端板上增加百叶结构7。翼片5前缘半径和后缘半径分别为3mm和0.3mm。前定风翼采用一片整体式主翼外加两片分开式襟翼，即主翼8两端设有端板12，两端板处各增加第一襟翼9、第二襟翼10上下两片襟翼。第二襟翼10设有开槽11。本专利技术技术方案通过以下步骤实现的。（1）基本翼型优化设计方案：首先初步设计基本翼型，以典型机翼为基础进行适当修正，采用CFD方法比较不同攻角、翼片前缘与后缘的弧形半径、翼片长度与厚度等参数对空气动力学性能的影响。最终综合风阻和下压力效果，确定各基本参数，单翼型及其参数如图1所示；前缘半径和后缘半径分别为3mm和0.3mm。（2）尾翼设计方案：所设计单片翼型如图1所示，在优选的单翼型基础上，出于操纵稳定性需求，设计尾翼方案。因为尾翼属于赛车中高度最高的部分，所产生的阻力也是最大的。本专利技术中，尾翼采用了上下两片式翼片5，且尾翼翼片两端采用大的端板6并向下延伸，可以确保在过弯时气流也能稳定的通过翼片，而不至于向两边分散。同时在端板上增加百叶结构7，其作用是给翼尖泄压，减少所产生的涡流。结合尾翼空气动力学性能分析结果以及出于稳定性考虑，尾翼翼片适当增加厚度。尾翼方案如图2所示。（3）前定风翼设计方案：如图3所示；前定风翼的设计方案除了尽可能产生下压力外，还应该考虑将气流导离轮胎并为前制动盘提供足够的散热气流。本专利技术中，前定风翼方案为一片整体式主翼外加两片分开式襟翼，即主翼8两端设有端板，两端板处各增加第一襟翼9、第二襟翼10上下两片襟翼，相对于两片翼，三片翼产生的翼尖涡流较少。为了有效减少前翼后部的压差梯度，可以在第二襟翼10采用开槽处理。翼型角度应确保不会使翼片失速；所采用翼片间距应确保能够产生足够涡流区。前定风翼方案如图3所示。端板应尽量大，可以确保翼片表面气流运动的稳定性。（4）加工制造方案：出于轻量化考虑，为了尽可能减轻前定风翼和尾翼的重量，优化尾翼和前定风翼的加工制造工艺，本专利技术中采用全碳纤维敷制的加工工艺，具体为：前翼尾翼使用阳模方法，即用碳纤维板或者铝板切割出形状，再采用热线弓切割泡沫，并使用泡沫胶粘接，最终直接在泡沫表面敷碳纤维即可。与端板的固定可以采用预埋螺母或者在内侧直接粘接螺母和垫片。（5）固定连接方案：考虑空气动力学套件与赛车本体的连接可靠性，本专利技术采用碳纤维支杆2和可调拉索3进行尾翼的固定，将其固接在车架钢管4上；采用螺栓、螺母和吊耳固定前定风翼，尾翼连接固定方案如图4所示:1：尾翼最底层翼片；2：四根碳纤维支杆，连接支撑尾翼与车架；3：两条可调节拉索；4：车架钢管，由图可知，尾翼最底层翼片通地过四根碳纤维支杆和两条可调节拉索与车架钢管固定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，包括尾翼及前定风翼，其特征在于：所述尾翼采用上下两片式翼片，且尾翼翼片两端采用大的端板并向下延伸，同时在端板上增加百叶结构。

【技术特征摘要】
1.一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，包括尾翼及前定风翼，其特征在于：所
述尾翼采用上下两片式翼片，且尾翼翼片两端采用大的端板并向下延伸，同时在端板上增
加百叶结构。
2.如权利要求1所述的一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，其特征在于：所述
前定风翼采用一片整体式主翼外加两片分开式襟翼，即主翼两端设有端板，两端板处各增
加第一襟翼、第二襟翼上下两片襟翼。
3.如权利要求1所述的一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，其特征在于：所述
翼片前缘半径和后缘半径分别为3mm和0.3mm。
4.如权利要求1所述的一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，其特征在于：尾翼
采用可调长度交叉拉索和碳纤维支杆与车架本体连接固定。
5.如权利要求2所述的一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件，其特征在于：所述
第二襟翼设有开槽。
6.一种提高赛车操纵稳定性的空气动力学套件设计方法，包括以下步骤：
1）首先初步设计基本翼型，以典型机翼为基础进行适当修正，采用CFD方法比较不同攻
角、翼片前缘与后缘的弧形半径、翼片长度与厚度参数对空气动力学性能的影响，并优化确
定上述参数；
2）在优选的单翼型基础上，出于操纵稳定性需求，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖宝兰，张宇，孙树礼，朱奕东，黄志颖，吴伟明，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33