繆軍凱，姜成龍，李佳音

（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430000）

1 空氣動(dòng)力學(xué)套件整體設(shè)計(jì)

1.1 流場(chǎng)分析的前處理

在非承載式車身（單體殼）設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)賽車的前翼、尾翼及側(cè)翼。首先進(jìn)行整車的流場(chǎng)分析，采用自動(dòng)生成的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，在Fluent中轉(zhuǎn)換成為多面體網(wǎng)格。初始模型采用Alias Automotive 2014建立，模型經(jīng)過(guò)ANSYS中SCDM模塊修復(fù)與精簡(jiǎn)后，省略了座椅上方的主環(huán)、懸架等車身外部不易于網(wǎng)格劃分且對(duì)整車流場(chǎng)影響較小的部分，同時(shí)將模型一分為二以減少網(wǎng)格數(shù)量，最終達(dá)到減少計(jì)算量的目的。

1.2 空氣動(dòng)力學(xué)套件的設(shè)計(jì)

根據(jù)流場(chǎng)分析結(jié)果設(shè)計(jì)整套空氣動(dòng)力學(xué)套件，見(jiàn)圖1.

2 空氣動(dòng)力學(xué)套件的性能分析

2.1 整車流場(chǎng)分析

在使用上述方法對(duì)模型進(jìn)行處理并劃分網(wǎng)格后，得到的整車壓力云圖如圖2所示，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

設(shè)計(jì)基本達(dá)到了增加下壓力、控制風(fēng)壓中心位于整車質(zhì)心后的目的，但由于單體殼原始阻力較大，加入空氣學(xué)套件后的整車升阻比并不是很理想。

圖1 安裝空氣動(dòng)力學(xué)套件的整車模型

圖2 整車壓力云圖

表1 流場(chǎng)分析相關(guān)數(shù)據(jù)

2.2 圈速仿真

圈速仿真采用Optimum Lap這款軟件進(jìn)行，在填入用于計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)后得到的圈速仿真結(jié)果如圖3所示。

Aero曲線對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)、阻力系數(shù)為安裝空氣動(dòng)力學(xué)套件后的，NoAero曲線對(duì)應(yīng)的升力系數(shù)、阻力系數(shù)為未安裝空氣動(dòng)力學(xué)套件的。由圖3可知，對(duì)于同一賽道在安裝空氣動(dòng)力學(xué)套件后圈速減少了5 s，同時(shí)在制動(dòng)時(shí)安裝空氣動(dòng)力學(xué)套件的情況下可以延緩剎車的時(shí)刻（觀察到Aero曲線的尖峰相比于No Aero曲線的尖峰有右偏的趨勢(shì)），即更晚剎車，所以在加速至尖峰然后再制動(dòng)的這個(gè)過(guò)程中，安裝空氣動(dòng)力學(xué)套件情況下的平均速度更快。而DRS則是要在這個(gè)基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整整車的阻力系數(shù)來(lái)提升直線行駛時(shí)的速度，同時(shí)在過(guò)彎的合適時(shí)機(jī)打開(kāi)，以深化突出空氣動(dòng)力學(xué)套件的作用。

圖3 圈速仿真結(jié)果

2.3 DRS打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)的分析

當(dāng)尾翼襟翼打開(kāi)時(shí)，尾翼整體阻力有明顯的減小，同時(shí)以襟翼打開(kāi)時(shí)的角度為變量進(jìn)行分析，得到整體升阻比最大的角度，在保證一定的下壓力情況下最大化地減小阻力，提升了賽車在直道上的行駛速度。

3 DRS連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 驅(qū)動(dòng)部件的選取

驅(qū)動(dòng)部件采用20 kg·cm的防水金屬齒輪舵機(jī)，優(yōu)點(diǎn)為體積小、性能穩(wěn)定。采用Arduino UNO進(jìn)行控制，僅安裝在尾翼端板一側(cè)。

3.2 舵機(jī)安裝位置的選取

舵機(jī)安裝在尾翼主翼片的鋁翼肋中，圖4為連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)裝配圖。

圖4 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖

3.3 連桿機(jī)構(gòu)控制策略

連桿機(jī)構(gòu)控制策略如下：①在方向盤上安裝開(kāi)關(guān)按鈕，由駕駛員手動(dòng)啟動(dòng)舵機(jī)，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)；②在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中安裝角位移傳感器，當(dāng)檢測(cè)到角度超過(guò)一定度數(shù)時(shí)啟動(dòng)舵機(jī)，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)。

在兩種情況中優(yōu)先檢測(cè)駕駛員開(kāi)關(guān)按鈕信號(hào)，若按鈕按下，則啟動(dòng)舵機(jī)；若按鈕未按下，則檢測(cè)角位移傳感器測(cè)得的度數(shù)，若達(dá)到規(guī)定度數(shù)，則啟動(dòng)舵機(jī)。

3.4 傳感器的選取

采購(gòu)的霍爾非接觸式角位移傳感器參數(shù)如表2所示。

表2 霍爾非接觸式角位移傳感器參數(shù)

其中，未提供的0～360°機(jī)械行程中的輸出電壓實(shí)測(cè)為0～3.38 V。

4 結(jié)論

經(jīng)論述，得出以下結(jié)論：①在完成加工、安裝后的75 m直線加速的實(shí)車測(cè)試中，開(kāi)啟DRS時(shí)的測(cè)試時(shí)間為3.80 s，與不開(kāi)啟時(shí)的測(cè)試時(shí)間4.40 s相比有較大提升；②本設(shè)計(jì)明顯減輕了車手的負(fù)擔(dān)，普遍反映良好。