[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明的有益效果：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。