基于CFX的方程式赛车绕流场分析与优化

针对某型大学生方程式（FSC）赛车的整车绕流场展开计算流体力学（CFD）分析与优化。利用三维建模软件CATIA对车身、车架、发动机总成、车轮及舱内模型进行建模、装配并生成风洞分析模型。采用集成于ANSYS Workbench环境下的流体分析软件CFX对此模型进行仿真分析,着重分析了赛车在正面风向状态下的受力情况及气流流态。仿真计算结果显示,原型车风阻较大,多处流场存在明显的紊流,影响了气动性能及赛车的速度性;气动升力及纵倾力矩偏大,影响赛车的驾驶稳定性。根据原型车的仿真结果,对车身及其他部件的优化改进提出几种策略,通过CFX仿真计算得出其优化效果。在对各项策略的优化效果进行详细分析后,通过选择优化效果好的策略、剔除无作用甚至反作用的策略以及多策略组合的办法,完成对原型车的优化设计。优化后赛车的气动性能得到提升,整车的气动阻力、气动升力及纵倾力矩均得到改善。     

车身设计中空气动力学特征的视觉表达

分析了汽车的气动性影响因素,提出了针对改善汽车空气动力学性能的造型手段,指出如何利用符号语义,从视觉上来实现高气动性能的心理要求.最后列举了具备良好气动性能的通用视觉语言符号,指出这也是车身设计所应遵循的基本规律.     

造型曲线驱动的客车车身骨架参数化设计方法

提出了一种由造型曲线驱动的客车车身骨架参数化设计方法。采用造型曲线构造了Top-Down顶层骨架,并以此驱动生成车身骨架模型。通过造型曲线离散、离散点参数化、造型曲线拟合、造型曲线替换等过程,解决了非参造型曲线在顶层骨架模型中的外部导入和几何替换问题,实现替换导入不同车型的造型曲线与客车车身骨架的关联设计。     

孤独求败 2013帕加尼Zonda Revolucion

外观上,工程师为其设计了诸多优化空气动力学的动力套件,相比起常规Zonda,Revolucion在前引擎盖上加载了全新的反射器,在车身后部加载了垂直车身稳定器,大大提升了车身稳定性,减少了空气阻力,提升车身下压力,让它在直道和弯道都有了更优秀的表现。尾部我们还看到了类似F1赛车中的超大尾翼,并装有DRS(Drag-Reduction-System)减阻系统。该系统     

计算机视觉技术在工程领域的应用

介绍了计算机视觉技术的发展情况以及它在汽车设计领域内的应用,着重介绍了在汽车车身造型领域内应用的一些计算机视觉方法和它们的应用领域。     

高速列车表面气动噪声偶极子声源分布数值分析

以Lighthill方程为基础,采用边界元法并与计算流体动力学相结合,对高速列车表面气动噪声偶极子声源进行数值分析,以获得高速列车表面气动噪声偶极子声源分布.探讨了不同车速工况下列车车身表面气动偶极子声源的强弱及其分布特征,在此基础上对基于表面气动偶极子声源的列车外部气动声场进行了数值分析.研究表明:列车运行速度为270 km/h、频率为2.5 kHz时,声压级在90 dB以上的气动偶极子声源主要分布在车底转向架附近,其最大声源声压级约97 dB,是高速列车主要的气动噪声源区.     

桂林GL6970系列客车车身结构设计计算

应用有限单元法结合结构优化理论对GL6970系列客车（GL6970，GL6970C，GL6980CH等），车身进行了多种结构方案的比较和调整，并在此基础上确定了车身结构设计方案，对设计中的若干问题也进行了阐述。并对车身结构强度作出了评估。     

务实! 斯柯达Rapid注重性价比

斯柯达Rapid在外观方面,采用了斯柯达最新的家族化设计风格,尽管尺寸紧凑,但造型设计十分大气。硬朗的车身线条贯穿全身,虽然造型比较低调,但是完全符合最新的大众审美需求。     

娃娃脸的魅力——GMC Yukon

GMC本着更简单、更精致的原则对形Yukon进行了的新设计,车身前脸的造型颇像一张“娃娃脸”,憨态可掬。一个巨大的GMC标志在隔栅中央位置显得十分突出。     

地面效应对汽车模型气动阻力的影响

为了获得地面效应对汽车模型气动阻力的影响,在中国空气动力研究与发展中心Φ3.2m风洞对1∶3的MIRA汽车模型进行了风洞试验,采用移动带作为统一的研究平台,研究了地面静止与运动,车轮静止与旋转,以及车身不同离地间隙对气动阻力的影响;模拟了横摆角为0°的无侧风工况,固定试验风速为25m·s~(-1),变雷诺数试验风速为15~26m·s~(-1);仅对汽车模型进行气动力测量,主要关注气动阻力,试验结果以量纲为1的气动阻力系数表示。分析结果表明:当静止地面边界层厚度与车身底面离地间隙之比不大于0.32,且车轮下表面与车身底面离地间隙之比(定义为量纲为1的离地间隙)不大于0.37时,静止地面比运动地面的气动阻力略小,差异小于1.1%,因此,可以忽略地面状态对气动阻力的影响;车轮静止比车轮旋转下的气动阻力略小,差异小于2.1%,因此,在工程应用中,当不能模拟车轮旋转时,应考虑修正(增加)气动阻力,但修正量不宜大于2.1%;随着车轮下表面离地间隙的增加,气动阻力总体呈现逐渐减小的趋势,且在量纲为1的离地间隙为0.069~0.370时,气动阻力差异小于2.0%,因此,在采用移动带开展汽车模型风洞试验时,在确保车轮不与移动带带面接触的情况下,车轮下表面到带面间隙应尽可能小。     

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型,计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩;应用多体动力学理论,建立了车辆系统动力学模型,分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明:在不同侧风环境下,头车车体始终向背风侧横摆和侧滚;当风向角为90°时,车体的横向位移和侧滚角最大;当列车车速为350 km.h-1,侧风风速分别为13.8、32.6 m.s-1时,列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm,最大侧滚角分别为3.1°和8.4°;当列车车速为200 km.h-1,风速不小于32.6 m.s-1,且风向角为90°时,列车头车一、二位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,三、四位轮对均向迎风侧横移,三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象;四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对,相对安全。     

高速磁浮列车车体国产化

分析了由德国进口的上海磁浮列车车体结构静力学性能，结合中国铝合金挤压型材的生产工艺水平，提出了大型整体铝合金挤压型材拼装的磁浮列车车体设计方案。根据磁浮列车空气动力性能研究结果，参照轮轨系统列车车体结构设计规范，分析了作用于高速磁浮列车车体结构上的八种载荷组合工况。对两种车体结构静力分析结果的比较表明车体应力与振动频率均满足规范要求，车体实现国产化是可行的。     

中国列车空气动力学研究进展

论述了列车空气动力学研究方法:数值模拟计算、风洞试验、动模型试验和在线实车试验;讨论了几种典型列车的空气动力性能:中华之星高速列车、双层集装箱货运列车、磁浮高速列车;建立了列车交会压力波、线间距、安全退避距离的理论关系式;研究了列车流线形外形与气动性能的关系:流线形头形、车身截面外形、列车编组方式、车体表面以及影响气动性能的受电弓导流罩、外风挡、底罩及裙板、导流板等主要部件,介绍了研制流线形列车车体的成套技术及全面推广应用情况;研究了隧道-列车耦合空气动力特性;论述了为既有线5次大提速、百里强风区的兰新铁路解决的列车空气动力影响行车安全问题。     

高速列车风阻制动试验方法综述

针对高速列车风阻制动试验方法缺少统一标准的问题，从气动特性和装置工作特性两方面系统梳理了风阻制动的相关成果与进展；分析了风翼板形状、尺寸、安装位置和间距对气动特性的影响，装置结构、工作原理和配置对工作特性的影响，阐明了制动系统性能的试验需求；分析了风阻制动对车上其他设备、轮轨/磁浮列车运行稳定性、气动噪声的影响，阐明了风阻制动运行影响性的试验需求；分析了物体撞击、平均风载荷和脉动风载荷对风阻制动装置的影响，以及风阻制动装置安装对车体结构强度的影响，阐明了风阻制动结构强度的试验需求。研究结果表明:随着新型复合材料风翼板的应用，需采用高速摄影机记录等方式获取更详细的鸟撞试验过程信息；风载荷试验便于模拟验证不同运行工况下装置的制动能力、强度和气动噪声，但受空间和成本的限制，难以进行制动系统和车体的试验；线路试验可以验证制动性能、运行影响性和结构强度，但受天气条件影响，难以模拟所有运行工况，未来需进一步研究风阻制动的标准试验方法，探索不同装置位置、运行工况和故障状态下地面风载荷试验和线路试验模拟方法，完善试验结果的评价标准。      

气动翼对高速磁悬浮列车升力特性的影响

磁悬浮列车高速运行时受到较大气动升力作用,尤其是尾车向上的气动升力较大,易使悬浮性能恶化,甚至导致悬浮控制系统失效,影响列车的乘坐舒适性及运行安全性,因此亟待开展高速磁悬浮列车的尾车升力特性研究及改善工作. 对开展过风洞试验的高速磁悬浮列车进行数值模拟计算,得到的列车表面压力系数与风洞实验数据吻合较好,并加装气动翼改善高速磁悬浮尾车气动升力,研究了气动翼角度、数量对尾车气动性能的影响. 研究结果表明:仅安装一个气动翼时,其自身的气动升力随角度的增加而减小,但尾车气动升力则呈现先减小后增大的规律,气动翼角度为12.5° 时尾车升力最小,与原始磁悬浮列车相比气动升力系数减小3.9%,气动翼及尾车气动阻力略有增加;以气动翼与车体切线角度保持不变为基准在尾车安装多个12.5° 气动翼,不同位置气动翼的气动阻力基本相同,气动翼数量增加后尾车气动阻力随之增大;不同位置气动翼的气动升力存在差异,向鼻尖方向气动翼的气动升力递减,尾车气动升力随气动翼数量增加先减小后趋于稳定;各方案中安装2个气动翼的磁悬浮列车气动性能相对更优,与原始磁悬浮列车相比尾车气动升力减小4.6%,整车阻力仅增加1.4%.      

高速列车头型多目标气动优化设计

为提高明线运行的高速列车气动性能,以头车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,对高速列车头型进行了多目标自动优化设计.以某新型高速列车为原型,建立了包含转向架区域的高速列车参数化模型,提取了7个设计变量,分别控制鼻尖高度、端盖开闭机构顶端高度、驾驶室车窗高度、水平最大外轮廓线横向宽度、头型中部辅助控制线凹凸度、转向架区域横向宽度和隔墙倾角,并基于计算流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型.应用该模型计算作用在列车上的气动力,通过多目标遗传算法自动更新设计变量,实现了高速列车头型的自动优化设计.对优化目标与设计变量的相关性进行分析,结果表明:驾驶室车窗高度和转向架区域横向宽度对头车阻力影响最大,头型鼻尖高度和中部辅助控制线凹凸度对尾车升力影响最大;优化后得到6个Pareto最优头型,与优化前的头型相比,头车阻力最多减小3.15%,尾车升力最多减小17.05%.      

CRH3高速列车隧道压力波特性浅析

高速列车通过隧道会引起较大的车内外压力波动,带来乘客舒适性问题和车体较大的气动疲劳载荷.与常规速度的列车比较,隧道压力波是高速列车车体设计和通风系统设计中所必须要考虑的问题.基于已研制的一维可压缩非定常不等熵流动和广义黎曼变量特征线数值计算程序,给出了CRH3高速列车单车通过隧道和两列车隧道交会过程中隧道内压力波和车外压力波的形成过程,分析了同一编组上不同车厢车内外压力和压差的变化规律,以及8节车辆和16节车辆两种编组长度对车内外压力和压差的影响特征,得出了会车压力波变化比单车压力波变化更加剧烈,建议今后以隧道内会车工况为研究内容,研究车内外压力和压差的变化,确定最恶劣的会车工况和车内外压力和压差,为列车设计提供依据.     

FSAE赛车悬架系统的设计与分析

根据FSAE大赛规则要求,对赛车悬架系统的类型进行了选择,并对其进行了设计,确定了悬架的基本参数,在此基础上,在Catia软件中建立了悬架总成的三维模型,对其关键零件前悬架摇臂进行了有限元分析,结果表明其强度满足要求,对实车的制造提供了一定的参考。     

高速列车动车转向架气动噪声数值分析

为研究高速列车动车转向架气动噪声特性,建立了动车转向架空气动力学模型,采用定常RNGk-湍流模型与宽频带噪声源模型对其气动噪声声源进行初步探讨,并结合非定常LES大涡模拟与Lighthill声学比拟理论进行了远场气动噪声分析。研究结果表明:动车转向架气动噪声源为轮对、构架、牵引电机1、枕梁、垂向减振器、抗侧滚扭杆等结构的迎风侧凸起部位,且构架对动车转向架远场气动噪声的贡献最大,其次为轮对和抗侧滚扭杆,然后为垂向减振器和枕梁,牵引电机1、牵引电机2、空气弹簧和横向减振器对远场气动噪声的贡献较小。动车转向架远场气动噪声是宽频噪声,具有衰减特性、幅值特性和气动噪声指向性。在低频部分能量较大,中心频率为25、50Hz,且分布规律不随运行速度的改变而变化。