載貨汽車氣壓制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

載貨汽車氣壓制動系統(tǒng)設(shè)計(jì),載貨汽車氣壓制動系統(tǒng)設(shè)計(jì),載貨,汽車,氣壓,制動,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 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(jī)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(dá)到了越來越重要的地位。在過去的四個賽季里， ER設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，會產(chǎn)生負(fù)面影響；事實(shí)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(jī)會超過領(lǐng)先的汽車。反之亦然，當(dāng)皮瓣關(guān)閉時(shí)，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(jì)一種與后翼結(jié)合的氣動制動器。特別是，項(xiàng)目構(gòu)思是在上表面雕刻。 機(jī)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(shí)，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(fù)荷，并允許駕駛員大幅減少滑行和延遲制動。因?yàn)榭雌饋?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(jì)，并對其影響進(jìn)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(xì)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(shí)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(jìn)行研究。 繪制(圖1)。它是一個鋁合金機(jī)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(jī)(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(jì)最高時(shí)速為230公里/小時(shí)(64米/秒)。在操作條件方面，假設(shè)空氣溫度為300 K大氣壓力?！疽硇托惺胶喪觥靠紤]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(diǎn)的軌跡；前緣：平均弧度線的最前方點(diǎn)；后緣：平均弧度線的后一點(diǎn)；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(jī)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(yùn)動時(shí)，它產(chǎn)生氣動力，在一個與相對運(yùn)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(yùn)動方向的力分量，而阻力是與相對運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)，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(diǎn)， 然后，它有一個快速分離的邊界層下面。停滯點(diǎn)在這些條件下沒有穩(wěn)定的位置，因?yàn)闆]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(rèn)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(xì)， e仿真的有效性與實(shí)驗(yàn)相似。計(jì)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?yàn)镈NS所需的計(jì)算資源將超過當(dāng)前可用的最強(qiáng)大的COM-計(jì)算機(jī)的容量。在實(shí)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(shí)間上是中介的)。 IER-Stokes方程，減少了DNS所需的巨大計(jì)算費(fèi)用.在實(shí)踐中，湍流運(yùn)動由平均運(yùn)動和隨時(shí)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(xiàng)對平均運(yùn)動的作用。k-模型是最常見的湍流模型之一，即使在強(qiáng)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(yùn)方程，以及湍流能量的對流和擴(kuò)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；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-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(kuò)散只能通過一定的尺度來計(jì)算，而在實(shí)際中則是全部尺度。 S的運(yùn)動將有助于湍流擴(kuò)散。【項(xiàng)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(jī)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(jī)的機(jī)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(jī)翼移動時(shí)，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(jī)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(shí)間間隔后在尾部重新團(tuán)聚，沒有造成不平衡。這不僅是事實(shí)，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(jī)翼下的壓力必須大于機(jī)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(jī)置于空中的升力。詳細(xì)地說，可以表示為：式中：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)；是翼攻角。在賽車，機(jī)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(yùn)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(jìn)運(yùn)動的總阻力。 起重機(jī)。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(shí)現(xiàn)的，即表面對介質(zhì)的摩擦。為此，我們引進(jìn)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(qiáng)梯度(連續(xù)變化)，由于流體的粘度。 它可以被認(rèn)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(qiáng)烈的耗散制動作用時(shí)，在熱攪動中轉(zhuǎn)換部分運(yùn)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(yùn)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(diǎn)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(jì)一些管道，在機(jī)翼的壓力側(cè)，最初用特殊的滑板蓋住，以便增加。 唱?dú)鈩幼枇拖聣毫?。設(shè)計(jì)的第一階段是用CAD軟件繪制機(jī)翼的輪廓。這樣，就有可能進(jìn)行cfd模擬，評估機(jī)翼的氣動性能。 在失速現(xiàn)象發(fā)生前，對下向力和阻力進(jìn)行了估計(jì)，并估計(jì)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(jī)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(bào)告了活動腔的輪廓，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)哪M。通過這種方式，可以估計(jì)出achiev的大小和配置。 e項(xiàng)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(jī)翼上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并對不同可能布置的空穴的性能進(jìn)行了評價(jià)。在這里 S時(shí)刻只有二維模擬已經(jīng)形成，3D系列被認(rèn)為是未來的改進(jìn)項(xiàng)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(xì)顯示?！編缀文Ｐ汀筷P(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(jìn)行離散的。 可用的ANSYS軟件包。此外，為了觀察邊界層的進(jìn)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(dá)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(jìn)行了仿真。 使用商用CFD模擬代碼ANSYS/FLUENT對運(yùn)動相似度進(jìn)行分析。湍流模型是可實(shí)現(xiàn)的k-，具有二階精度。每個模型都網(wǎng)格化以確保y+max5 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(xì)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(xì)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(xì)胞的高度通常是通過一個經(jīng)驗(yàn)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*=(墻/)1/2，壁為壁面剪應(yīng)力)。對于機(jī)翼分析控制體積被分割成幾個較小的子體積，以達(dá)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(xì)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(jìn)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(jìn)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(jī)翼的性能進(jìn)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(yàn)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(jìn)行了額外的模擬，精確地說是2，4，6，8和10，報(bào)告了表1中的數(shù)值。它可以 注意，攻角大于8時(shí)的失速?！居性辞恍阅芊治觥拷?jīng)初步試驗(yàn)，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(jī)翼的機(jī)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 functionAngle of attack Drag coefficient CdDownforce coefficient Cdw00.0480.25820.0530.27840.0610.31360.0710.33680.0840.361100.0960.343它被認(rèn)為在機(jī)翼的前半部有許多管道，因?yàn)樵摬糠值膲毫Φ陀谑Ｓ嗟目諝鈩恿Σ糠?。在此之后，對CAD幾何進(jìn)行了修改。 導(dǎo)入選定的構(gòu)型比例，然后進(jìn)行CFD模擬（圖11中的結(jié)果）。獲得的值證實(shí)了先前的考慮?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)果分析】計(jì)算流體力學(xué)模擬證實(shí)了理論的預(yù)期：特別是上述三種構(gòu)型的深入分析。詳細(xì)地說，它可以注意到帶有活動腔的機(jī)翼在擴(kuò)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(shí)可以使用僅位于靠背中的具有稍微低的阻力的腔：事實(shí)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(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)。 機(jī)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(shí)現(xiàn)。【結(jié)論和可能的改進(jìn)】計(jì)算流體力學(xué)模擬結(jié)果表明，在配方車后翼上進(jìn)行活動腔的效果是有序的。實(shí)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(shí)現(xiàn)不同的機(jī)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(jìn)(本文研究的對象)，可以在終端部分使用垂直艙壁進(jìn)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(shí)現(xiàn)這個設(shè)備的物理功能。 ，將其安裝在配方車上，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與CFD模擬結(jié)果進(jìn)行比較。這項(xiàng)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(xiàng)目的框架?！咀髡哓暙I(xiàn)】羅伯托卡帕塔(Roberto Capata)和里昂馬特爾盧奇(MartelLucci)的貢獻(xiàn)涉及測試和比較，而Enrico Sciubba則負(fù)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(jì)12