本田節(jié)能賽車車殼設(shè)計(jì)與仿真分析

呂金星，張富坤，王曉紅，梁媛媛，孔超

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222；2.青島市技師學(xué)院，山東 青島 266229；3.上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266001）

前言

針對(duì)節(jié)能主題，本田公司創(chuàng)立了Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽，該項(xiàng)賽事目標(biāo)是不斷提高能源利用效率。比賽中，賽車外部殼體（車殼）造型是影響賽事結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。

1 賽車車殼的設(shè)計(jì)

1.1 車殼的設(shè)計(jì)原則

賽車車殼的作用是減小風(fēng)阻、保護(hù)駕駛員及美觀。車殼設(shè)計(jì)滿足賽車軸距、輪距、駕駛員安全及視野等要求。車殼基于賽車主體尺寸要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 賽車車殼的設(shè)計(jì)

圖1 賽車車殼實(shí)體

基于比賽規(guī)則，根據(jù)賽車主體尺寸，基于空氣動(dòng)力學(xué)要求，將車殼設(shè)計(jì)為水滴形。利用Rhinoceros軟件對(duì)車殼進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪制，設(shè)計(jì)的車殼線條圖如圖1所示。

2 賽車車殼的仿真分析

車殼造型空氣動(dòng)力學(xué)條件對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及操穩(wěn)性都有著十分重要的作用。采用數(shù)值模擬的方法來(lái)進(jìn)行仿真分析。利用STAR-CD軟件，分析過(guò)程分為前處理，分析計(jì)算和后處理。前處理步驟包括：導(dǎo)入模型表面、創(chuàng)建計(jì)算域、設(shè)置壁面邊界條件、生成體網(wǎng)格等操作。具體分析步驟如下：導(dǎo)入表面→修復(fù)表面→定義邊界條件→設(shè)置網(wǎng)格模型及參數(shù)→生成網(wǎng)格→設(shè)置物理模型及參數(shù)→定義求解器參數(shù)→后處理。

迭代計(jì)算中，迭代步數(shù)越多、模型網(wǎng)格數(shù)越多，計(jì)算精度也越高，但總計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)。試算發(fā)現(xiàn)迭代200步后計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定，已經(jīng)收斂。車身迎風(fēng)面壓力云圖如圖2所示，表面壓力云圖如圖3所示。

圖2 正迎面面積壓力云圖

圖3 車殼表面壓力云圖

通過(guò)車殼表面云圖可以看出，賽車在行駛時(shí)前部壓力較高，這是因?yàn)樵搮^(qū)域?yàn)橛L(fēng)面積，這是不可避免的；車身部分壓力分布較為均勻，壓力變化不大，說(shuō)明造型是合理的；尾部表面處于較小的負(fù)壓力區(qū)，行駛過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生較大的阻力。計(jì)算Cd結(jié)果已經(jīng)趨于穩(wěn)定，值為0.18，較普通轎車低，設(shè)計(jì)合理。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了本田節(jié)能賽車造型，利用STAR-CD對(duì)車殼造型進(jìn)行了仿真分析。計(jì)算結(jié)果表明造型風(fēng)阻系數(shù)較小，設(shè)計(jì)合理。

[1] 傅立敏.汽車空氣動(dòng)力學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2001:80-95.

[2] 谷正氣.汽車空氣動(dòng)力學(xué)[M].北京:人民交通出版社,2005:88-97.

[3] 陳景秋,胡韓飛,張永祥.STAR-CD 對(duì)汽車外流場(chǎng)的三維數(shù)值模擬[J].重慶:重慶大報(bào),2005,28（4）,99-101.