載貨汽車氣壓制動系統(tǒng)設(shè)計

載貨汽車氣壓制動系統(tǒng)設(shè)計,載貨汽車氣壓制動系統(tǒng)設(shè)計,載貨,汽車,氣壓,制動,系統(tǒng),設(shè)計 附錄A 轎車氣動制動裝置 羅伯托·卡帕塔(Roberto Capata)，塞拉利昂 羅馬大學(xué)機械和航天工程系，羅馬，意大利羅馬 2015年8月21日收到；2015年10月23日接受；2015年10月26日公布 【摘要】 在過去的幾年里，在方程式賽車錦標(biāo)賽中，空氣動力作為一個性能參數(shù)達到了越來越重要的地位。在過去的四個賽季里， ER設(shè)計了他們的一級方程式賽車，具體的目的是產(chǎn)生最優(yōu)的下壓力，相對于汽車的瞬時設(shè)置。然而，這種對更高下壓力的極端研究帶來了一些 當(dāng)一輛車跟在另一輛車后面時，會產(chǎn)生負面影響；事實上，眾所周知，在這種情況下，空氣動力受到干擾，很難超過領(lǐng)先的汽車。到 部分地解決了這個問題，公式1規(guī)定了2011的減阻系統(tǒng)（DRS），它是位于后翼上的可調(diào)節(jié)襟翼；如果是扁平的，可以減少T。 他向下用力，大大提高了速度，因此，有機會超過領(lǐng)先的汽車。反之亦然，當(dāng)皮瓣關(guān)閉時，它可以確保更高的抓地力，這是非常有用的，特別是 中低速旋轉(zhuǎn)。把重心放在后翼上，但是通過轉(zhuǎn)移注意力從增加的最高速度來增加中間速度和慢速曲線的抓地力，我們決定學(xué)習(xí)。 一種類似于DRS的裝置，但效果相反。目的是設(shè)計一種與后翼結(jié)合的氣動制動器。特別是，項目構(gòu)思是在上表面雕刻。 機翼(壓力側(cè))的一系列“C”形型腔，也不是由適當(dāng)?shù)幕瑒影甯采w。這些空腔，當(dāng)它們被發(fā)現(xiàn)時，在制動階段的開始，產(chǎn)生一個 湍流和額外的下壓力增加，減輕了制動系統(tǒng)的負荷，并允許駕駛員大幅減少滑行和延遲制動。因為看起來 國際汽聯(lián)一級方程式錦標(biāo)賽通過的是不允許這樣的裝置，它已經(jīng)決定將這一概念應(yīng)用在一輛4方程式賽車上。本文介紹了該設(shè)計，并對其影響進行了分析。 f使用商用CFD軟件，在標(biāo)準(zhǔn)翼腔上提供這些細節(jié)。 關(guān)鍵詞：氣動制動器；空腔；動力效應(yīng)；流體動力學(xué)模擬 【問題定式化】 本文介紹了一種公式轎車后翼氣動制動器的實現(xiàn)方法。第一步是選擇合適的空氣動力學(xué)附錄。我 特別是，它決定研究意大利4方程式賽車[1]，這是一個類別在發(fā)展的第一階段。而且，這場錦標(biāo)賽的規(guī)則很容易找到，而且賽車也很容易找到。 以力學(xué)和翼型的均勻性為特征的。因此，考慮到國際汽聯(lián)網(wǎng)站上的技術(shù)規(guī)定，決定對上翼型進行研究。 繪制(圖1)。它是一個鋁合金機翼，有237.9毫米的弦線和54.2mm的高度。 方程式第四屆錦標(biāo)賽將提供使用4T熱機(奧托/博德羅卡斯循環(huán))：它可以是納吸入或渦輪增壓，最大功率在120千瓦(160馬力)左右?？紤] 考慮到賽車的重量和錦標(biāo)賽的賽道，預(yù)計最高時速為230公里/小時(64米/秒)。在操作條件方面，假設(shè)空氣溫度為300 K大氣壓力。 【翼型行式簡述】 考慮到翼型，有幾個元素有一個特定的命名： 平均弧度線：與平均腔線垂直測量的上、下表面中間點的軌跡； 前緣：平均弧度線的最前方點； 后緣：平均弧度線的后一點； 和弦：連接前緣與后緣的直線； 上表面：剖面的上邊界； 下表面：剖面的下邊界； 厚度：下表面與上表面之間的距離。 不同翼型的標(biāo)志是一個邏輯編號系統(tǒng)，這是由美國饋送機構(gòu)NACA。這個系統(tǒng)由四個數(shù)字組成，它們有明確的含義： 第一個數(shù)字表示最大彎曲度，以百分之一的和弦表示； 第二位代表從弦的前緣沿和弦最大彎曲度的位置，以和弦的十分之一為單位； 第三和第四是最大的厚度，以百分之一的和弦。 當(dāng)翼型相對于空氣運動時，它產(chǎn)生氣動力，在一個與相對運動方向成一個角度的后向方向上。 分為兩個部分：提升和拖動。升力是垂直于相對運動方向的力分量，而阻力是與相對運動方向平行的力分量。這些 在不同的攻角下研究了力，即翼型切割流體的角度。實驗數(shù)據(jù)表明，CL隨攻角的變化而變化：更準(zhǔn)確地說，是在低角度下。形成一個“死氣沉沉”的區(qū)域后面的輪廓。本文通過對上述物理現(xiàn)象的流場分析，提出了一種新的解決方案。 更好地了解在后一種情況下正在發(fā)生的情況。從圖2中可以清楚地看出，隨著壓力的大幅度降低，尾翼的速度趨于增大，而 在停滯點，速度趨向于零，普瑞斯-當(dāng)然會急劇上升。它會產(chǎn)生一個不利的壓力梯度，從而使流體顆粒從后緣移動到停滯點， 然后，它有一個快速分離的邊界層下面。停滯點在這些條件下沒有穩(wěn)定的位置，因為沒有壓力恢復(fù)。 圖1.F4后翼的尺寸圖(毫米) Figure 1. Dimensions of F4 rear wing 這個方程組是一個描述斯托克流體行為的偏微分方程組：流體可以被認為是連續(xù)的。有一個關(guān)于 在簡化的情況下，用簡化的數(shù)值分析方法可以得到其他情況下的解。湍流f的最直接數(shù)值模擬方法 LOW是直接數(shù)值模擬DNS，它將Navier-Stokes方程分解為離散的數(shù)值模擬.它解決了整個范圍的湍流長度尺度，因此對流動的描述是如此的詳細， e仿真的有效性與實驗相似。計算量與Re3成正比，因此有必要用不同的方法來研究高雷諾數(shù)BEC下的湍流流動。 因為DNS所需的計算資源將超過當(dāng)前可用的最強大的COM-計算機的容量。在實際應(yīng)用中，平均數(shù)量的知識是 足夠解決湍流問題的技術(shù)Rans(雷諾平均Navier-Stokes方程)的基本思想是只從Nav中求出平均參數(shù)(在時間上是中介的)。 IER-Stokes方程，減少了DNS所需的巨大計算費用.在實踐中，湍流運動由平均運動和隨時間變化的波動組成。利用Reynol的分解 days after sight ： 除了應(yīng)力張量的發(fā)散外：由Navier-Stokes方程導(dǎo)出的系統(tǒng)是封閉的，而t則是封閉的。 由于雷諾張量引入了6個額外的未知數(shù)，因此RANS模擬的系統(tǒng)是不開放的。上述問題被稱為解決的湍流閉合問題。 通過引入TUR-Bulent波動模型，再現(xiàn)波動項對平均運動的作用。 k-ε模型是最常見的湍流模型之一，即使在強烈的不利壓力梯度的情況下也是不合適的。它是一個具有兩個方程的模型：它包括兩個加法 描述湍流特性的Al輸運方程，以及湍流能量的對流和擴散等效應(yīng)。第一個變量是湍流動能k。第二個變量是湍流耗散ε；第二個變量決定湍流的尺度，而第一個變量K決定湍流中的能量。有 K-ε模型的兩個公式：標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon模型和RNGk-epsilon模型。 在標(biāo)準(zhǔn)的k-epsilon模型中，渦粘性是由單長尺度湍流決定的，因此渦旋擴散只能通過一定的尺度來計算，而在實際中則是全部尺度。 S的運動將有助于湍流擴散。 【項目描述】 本課題的目的是為了提高賽車性能，縮短拉斷距離，提高彎曲速度。因此，我們決定干預(yù)機翼產(chǎn)生的阻力。 E斷裂，也有下壓力提供的抓地力，速度的作用。為了解釋升力，然后是下壓力，可以參考飛機的機翼，觀察它的剖面。大 后者是不對稱的，頂部有一個比底部更長的輪廓：當(dāng)機翼移動時，它將相對流動分離成兩個部分，因此空氣層在頂部滾動得更快。出水 英航經(jīng)歷了一個助推，然后是空氣動力制動的公式汽車加速向尾部的速度高于機翼下的空氣，這是一個較短的路徑。所以兩個洋流 e在同一時間間隔后在尾部重新團聚，沒有造成不平衡。這不僅是事實，而且作為第一個近似，我們可以參考這個模型。關(guān)于伯努利特林 由于在較低流速下的壓力低于上部，所以機翼下的壓力必須大于機翼上方的壓力。因此，兩個壓力基因之間的差異 將結(jié)果向上，即將飛機置于空中的升力。詳細地說，可以表示為： 式中： ρ為中等密度； V是空氣速度； A是參照面； C是一個升力無量綱系數(shù)； α是翼攻角。 在賽車，機翼是倒裝和垂直推力向地面(下壓力)：這是相關(guān)的輪胎抓地力系數(shù)。運行阻力取決于它的前部。 它的前向速度、介質(zhì)密度和阻力系數(shù)。阻力系數(shù)(Cd)取決于物體的形狀和尺寸、介質(zhì)密度和粘度、表面。 粗糙度和物體速度。氣動力阻力(在一般流體力學(xué)中)或阻力， 首先，用摩擦阻力、尾跡阻力和誘導(dǎo)阻力之和，給出流體介質(zhì)對物體前進運動的總阻力。 起重機。在顆粒中，對于錐形物體，流動阻力是通過摩擦(層流和/或湍流)來實現(xiàn)的，即表面對介質(zhì)的摩擦。為此，我們引進了 邊界層的概念：它的動態(tài)范圍，層流或湍流，在其中內(nèi)的電流速度受強梯度(連續(xù)變化)，由于流體的粘度。 它可以被認為是經(jīng)歷無序的區(qū)域，在層表面上速度為零。 邊界層的厚度很小，比物體的整體尺寸低一個數(shù)量級，從而產(chǎn)生粘膠擾動。然后，在邊界內(nèi) Ry層，切向剪切應(yīng)力為“致密”。因此，在層施加強烈的耗散制動作用時，在熱攪動中轉(zhuǎn)換部分運動。耗散A 限制物體與周圍流體的相對速度。在湍流邊界層中，由于橫向的交換，粘性應(yīng)力也會增加應(yīng)力。 rse動量；這些作用隨著流體密度的增加而增加。湍流運動的混沌意味著較高的熱耗散，因此，在湍流條件下，制動力是相反的， 大于層流制度。以這種方式產(chǎn)生的阻力受到表面粗糙度的影響：而且，粗糙的表面點燃較早，更容易湍流。 在流動中的條件，然后，確定較高的電阻。因此，決定設(shè)計一些管道，在機翼的壓力側(cè)，最初用特殊的滑板蓋住，以便增加。 唱氣動阻力和下壓力。 設(shè)計的第一階段是用CAD軟件繪制機翼的輪廓。這樣，就有可能進行cfd模擬，評估機翼的氣動性能。 在失速現(xiàn)象發(fā)生前，對下向力和阻力進行了估計，并估計了有效攻角[3]。在流體力學(xué)中，失速是由于Ang的增加而產(chǎn)生的升力系數(shù)的縮回。 在空氣動力剖面上，如翼型、螺旋槳葉片或葉輪機械轉(zhuǎn)子上，由于入射速度的下降。對象的攻角的最小值。 失速的發(fā)生稱為臨界攻角。這個值對應(yīng)于最大升力系數(shù)，根據(jù)特定的剖面或考慮的雷諾數(shù)而有很大的變化。 編號[4]。同樣地，還報告了活動腔的輪廓，并進行了適當(dāng)?shù)哪M。通過這種方式，可以估計出achiev的大小和配置。 e項目目標(biāo)。在收集到的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對這些腔體在機翼上的應(yīng)用進行了研究，并對不同可能布置的空穴的性能進行了評價。在這里 S時刻只有二維模擬已經(jīng)形成，3D系列被認為是未來的改進項目。模型，不同的配置和所有的結(jié)果上述案例將在以下段落中詳細顯示。 【幾何模型】 關(guān)于有源腔，幾何如圖2所示?？諝鈩恿涂涨坏膸缀沃車目臻g是用專用軟件av進行離散的。 可用的ANSYS軟件包。此外，為了觀察邊界層的進展情況，從相鄰的高度剖面出發(fā)，在5層參考網(wǎng)格上建立了生長因子1.1的參考網(wǎng)格。 t 0.18毫米(圖5)。為了達到這一姿勢，通過足夠精確的數(shù)值模擬，創(chuàng)建了一組相當(dāng)大的數(shù)據(jù)，以求出初始值。在三維模塊上進行了仿真。 使用商用CFD模擬代碼ANSYS/FLUENT對運動相似度進行分析。 湍流模型是可實現(xiàn)的k-ε，具有二階精度。 每個模型都網(wǎng)格化以確保y+max~5 網(wǎng)格的質(zhì)量對數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性有著重要的影響。 圖2. 邊界層 Figure 2. Boundary layer 商業(yè)軟件允許將細胞層“抹灰”到控制體積的臨界邊界，在這種情況下，這顯然是輪轂、外殼和葉片的壁面。在這 e區(qū)通常的做法是創(chuàng)建一個完全結(jié)構(gòu)化的邊界層，盡可能指定第一行細胞的高度和“生長比率”，即： 確定連續(xù)單元格的高度。在這個過程中，第一行細胞的高度通常是通過一個經(jīng)驗公式來確定的，這個公式給出了基于壁面的局部雷諾值。 以y(y=u*·y/v)表示，其中u*=(τ墻/ρ)1/2，τ壁為壁面剪應(yīng)力)。對于機翼分析控制體積被分割成幾個較小的子體積，以達到更多的c。 持續(xù)的一組面孔，并更好地利用創(chuàng)建一個局部更精細的網(wǎng)格的可能性。邊界條件的選擇如下：它是啟發(fā)式地執(zhí)行，開始。 根據(jù)初步的測量數(shù)據(jù)，通過第一次模擬對其進行標(biāo)定，通過迭代地重置近尾跡徑向區(qū)域的出口靜壓來調(diào)整數(shù)值。 后緣。通過隨后的數(shù)值模擬，確定了進口總壓力和溫度值，以保證質(zhì)量流的守恒。速率(采用所謂的“質(zhì)量流入口條件”). 【仿真結(jié)果】 在這一段中，對機翼的性能進行了分析。使用CFD模擬得到的結(jié)果(見圖6-8)被用作后續(xù)試驗的參考模型[5]。既然， 下圖顯示了0?迎角的結(jié)果。特別是對于假設(shè)的單一延伸翼(1米)，它得到： 圖3.0°迎角的壓力、速度和紊流圖 Fig3.0 angle of attack pressure velocity and turbulence diagram 圖4.CD和CDW隨攻角變化的圖解 Fig4. Diagram of CD and CDW varying with angle of attack 圖5.(A)兩個空腔，(B)兩個空腔，(C)見(B)(D)三個空腔 Fig. 5. A) two cavities and two cavities. 最后，為了使失速角個性化，在不同的攻角下進行了額外的模擬，精確地說是2?，4?，6?，8?和10?，報告了表1中的數(shù)值。它可以 注意，攻角大于8?時的失速。 【有源腔性能分析】 經(jīng)初步試驗，洞口尺寸為3.5mm，洞室深度為3mm。后來，建立了一個控制管道，附加仿真以尋找最佳。 配置已經(jīng)完成。特別是所使用的配置是：位于8.22mm距離的兩個腔體，11.5毫米，19.72毫米，最后是三個洞，兩個相等，一個較大半徑，插入到12.2毫米和其余兩枚為22.74毫米(圖8)。分析表明，準(zhǔn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)是位于中間距離：infa的兩個等腔的結(jié)構(gòu)。 CT，最后一個配置對應(yīng)于距離限制，超過該距離極限，由前面的空腔產(chǎn)生的氣泡壓力重新吸收（在圖9中以紅色圈）?；谶@些 考慮因素，它可以繼續(xù)使機翼的機身得到最理想的氣動效果的配置。 圖9.空腔產(chǎn)生的壓力氣泡 Figure 9. Pressure bubble produced by cavity 表1.CD和CDW作為攻角函數(shù)的變化 Table 1.Variations of CD and CDW as angle of attack function Angle of attack [°] Drag coefficient [Cd] Downforce coefficient [Cdw] 0 0.048 0.258 2 0.053 0.278 4 0.061 0.313 6 0.071 0.336 8 0.084 0.361 10 0.096 0.343 它被認為在機翼的前半部有許多管道，因為該部分的壓力低于剩余的空氣動力部分。在此之后，對CAD幾何進行了修改。 導(dǎo)入選定的構(gòu)型比例，然后進行CFD模擬（圖11中的結(jié)果）。獲得的值證實了先前的考慮。 【實驗結(jié)果分析】 計算流體力學(xué)模擬證實了理論的預(yù)期：特別是上述三種構(gòu)型的深入分析。詳細地說，它可以注意到帶有活動腔的機翼在擴展。 到整個表面和一個只有管道的尾部，大致顯示相同的拖曳值(分別為65.88N和61.04N)：然而，在第一種情況下，它會產(chǎn)生更大的下垂。 Orce(365 N對N 341)。從這一觀察，可以推斷，尾翼與18導(dǎo)管，以最有效的方式，一個更好的性能，在制動期間。而同一條翅膀， 但是在轉(zhuǎn)彎時可以使用僅位于靠背中的具有稍微低的阻力的腔：事實上，參考車輛的性能，目標(biāo)是具有高的抓握力來處理 這些轉(zhuǎn)彎越快越好。因此，選擇最有效的集合(在上述配置之間)取決于曲線的類型(或多或少的速度)以及兩者之間的平衡。 因此，配備8-9對和13-14對機翼，其特性是比平滑的空氣動力剖面產(chǎn)生更大的下壓力和更低的阻力，可用于 餡餅。事實上，在這種情況下，要有好的沖刺，最好是低空氣動力阻力，防止后輪打滑：這種現(xiàn)象可以通過開發(fā)利用來實現(xiàn)。 機翼在這種結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的下壓力。結(jié)果會是更好的抓地力。最終，你應(yīng)該有一個能夠令人滿意地回答這兩種情況的翅膀。配置必須 能夠提供良好的抓地力和較低的阻力啟動，并獲得更好的行為曲線。這可以通過裝備打開或關(guān)閉凹穴的滑動板的翼面來實現(xiàn)。 【結(jié)論和可能的改進】 計算流體力學(xué)模擬結(jié)果表明，在配方車后翼上進行活動腔的效果是有序的。實現(xiàn)空氣動力制動。具體來說，我們可以斷言，在向下力和阻力之間保持最佳平衡的結(jié)構(gòu)是在ae的整個上表面上延伸的管道。 輪動力(Fl=?365.172 N，F(xiàn)D=65.88N)。最后，正如前面所解釋的那樣，通過利用滑動板的選擇性，可以實現(xiàn)不同的機翼配置，這取決于r的需ACE和靈敏度。 至于對制動器性能測試的任何改進(本文研究的對象)，可以在終端部分使用垂直艙壁進行更多的cfd模擬。 以及三維模擬。這樣，就有可能觀察到應(yīng)該微型化的升力阻力的影響。那么下一步就是實現(xiàn)這個設(shè)備的物理功能。 ，將其安裝在配方車上，并將實驗數(shù)據(jù)與CFD模擬結(jié)果進行比較。這項研究是由意大利政府資助的，部分是關(guān)于方程式賽車/方程式4項目的框架。 【作者貢獻】 羅伯托·卡帕塔(Roberto Capata)和里昂·馬特爾盧奇(MartelLucci)的貢獻涉及測試和比較，而Enrico Sciubba則負責(zé)與CFD模擬有關(guān)的所有方面。 11 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12