基于试验设计的轿车尾翼空气动力学优化-论文.pdf

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1、第32卷第3期佳木斯大学学报(自然科学版)Vo1．32No．32014年O5月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)May2014文章编号：1008—1402(2014)03-0382-05基于试验设计的轿车尾翼空气动力学优化①章覃辰益盆，_一-Iz．东尔(同济大学汽车学院。上海201804)摘要：传统优化方法凭借对轿车外流场的分析经验来控制尾翼优化变量并等间隔枚举，通过比较得出最优方案，工作量大且可能遗漏关键样本点．本文以尾翼的翼型及相

2、对车身的位置参数(尾翼攻角、垂向位置和纵向位置)为设计变量，基于DOE试验设计方法确定样本设计变量组合，利用数值模拟方法计算出所确定样本点轿车的气动升力和阻力．通过方差分析以及响应曲面法以使轿车获得最大下压力与阻力比值为优化目标，得到各设计变量的影响因数和最优水平．结果表明：基于试验设计的优化过程更加高效地优化了轿车尾翼的空气动力学性能，具有实际工程应用价值．关键词：轿车尾翼；DOE试验设计；空气动力学；优化中图分类号：U270．2文献标识码：A要进行一定的优化设计【4】．0引言基于DOE试验设计

3、方法来确定所需试验的轿轿车尾翼的作用是为了减少车辆尾部的升力．车尾翼设计参数组合，从而能够综合考虑轿车尾翼我国高速公路上现轿车时速通常在100kin以上，各设计变量对高速行驶工况下轿车气动性能的影轿车在高速行驶时，车身外高速空气绕流产生气动响及相互之间的联系，也减少了试验次数，使优化升力，升力随车速加快呈平方增长，而由于汽车自更高效．结合数值模拟的方法，通过对轿车尾部流重的降低，无法平衡由速度加快产生的巨大升力，场的分析，来验证优化结果的可靠性．造成汽车附着力下降⋯．1高速行驶工况轿车外流场数值模

4、拟目前，普通轿车大多采用前轮驱动或者后轮驱动形式．对于前轮驱动类型的轿车，如果车尾的升对某型号无加装尾翼的三厢轿车进行外流场力比车头的升力大，在急速转弯的情况下，后轮会数值模拟，模拟时速108km直线匀速行驶工况．由于抓地力不够而导致侧滑，特别是在道路湿滑的1．1轿车外流场CFD数值模拟方法状况下，容易导致车辆失控，引发事故；对于后轮驱动的轿车，会使得驱动轮的抓地力下降，从而导致采用某三厢轿车的1：1简化模型进行计算，如驱动力大幅下降，造成驱动轮“打滑”加速轮胎的图1所示．该轿车总长4728mm，

5、宽1761mm，高磨损，更使得发动机功率无法充分发挥【2J．为了有1428mm，轴距2800ram，符合B级轿车的尺寸标效减少并克服汽车高速行驶时气动升力的影响，加准．模型的计算域选取【5为车前余留3倍车长、装尾翼来改善轿车尾流结构，抵消一部分升力，控车后余留6倍车长的空间，计算域7倍车宽，左右制轿车上飘，使汽车能紧贴地面行驶，增加操纵稳各3倍，高5倍车高．定性-3】．然而，尾翼的安装位置及尺寸必需经过精汽车属于低马赫数交通工具，因此空气可视作确计算设计，若安装位置或尺寸不合适，则轿车尾三维有黏不

6、可压缩流体，且在车身曲面形状复杂区部不但没有获得理想的下压力，反而造成了空气阻域具有三维分离流动特性，需按湍流处理，其基本力大大增加，适得其反，因此为了在增大轿车下压控制方程为三维不可压缩雷诺时均Navier—Stokes力与减小空气阻力这对矛盾体之间找到平衡点；需方程，流体运动遵循质量守恒、动量守恒和能量守①收稿日期：2014—03—21作者简介：章辰益(1990一)，男，上海人，同济大学汽车学院硕士研究生，研究方向：汽车空气动力学，汽车热管理和多相流384佳木斯大学学报(自然科学版)2014年

7、面层，在后风窗与后备箱盖交界处壁面同样存在着总试验次数为27次，三种翼型NACAM8、NACA夹角，再次导致分离现象的产生，如图B处所示，M26和NACA6306型号的因素水平分别对应于一产生了速度近乎O的死水区，出现气泡；当气流经1、0和1，试验变量组合安排如表1所示：过车尾边缘时，由于该位置上表面与后表面夹角接表1试验变量组合近9O度，于是边界层流动无法沿上表面的曲面继续发展，只能从后备箱后缘点脱离，产生分离现象，且分离后的边界层在下游区形成较大的漩涡区，如C区所示．对于三厢轿车来说，轿车尾翼

8、的安装位置通常位于后盖上方区域，亦是后风窗后方这一空间内，即D区域．尾翼的工作原理与飞机机翼的工作原理类似，利用翼片上下表面的压力差从而获得下压力．使得翼片在上下表面产生压力差的原因是由于流经翼片上下表面的流速不同，所以尾翼所处位置的气流速度越大，那么尾翼将会产生更加显著的下压力，于是在轿车尾部D区域，气流速度较大处可能会是安装尾翼的较优位置。2试验设计优化方法试验设计是以概率论和数理统计为基础，经济科学地安排试验的一项技术．本章节介绍了通过DOE试验设计的方法综合考虑尾翼的设计变