轿车三维分离流动特性的研究

本文介绍了使用激光片光技术及激光多普勒测速仪对某型国产轿车尾流的三维分离流的尾迹和速度分布测定的试验研究。本项研究表明，光学流态显示和数字图象技术相结合，可以有效地揭示汽车的尾流结构，诊断阻力来源，本项研究为建立汽车三维分离流动的动态仿真理论模型提供了依据。     

基于节段模型测振的钢丝绳吊索尾流致振试验研究

为研究大跨度悬索桥吊索发生大幅风致振动机理,设计并制作了外表粗糙的双圆柱试验模型,进行尾流索股弹性悬挂测振风洞试验。试验工况包括顺风向X=2. 5～11、横风向Y=0～4;测量了尾流索股在不同空间位置的运动响应规律,研究了结构阻尼比、来流风速等对尾流索股风致振动的影响规律。结果表明:在X≤5、0. 5 Y≤1. 25的空间范围内,尾流索股会发生大幅尾流致振,其振动形式为双自由度椭圆运动,在尾流中心线下方运动方向为逆时针,且稳定运动频率小于结构固有频率。风速大小对尾流索股的运动规律有明显影响;增加结构阻尼比对抑制尾流致振的效果较弱,但对提高尾流致振起振风速有一定的效果。     

桥塔尾流风作用下吊索尾流致振动模型与参数分析

现场实测表明,大跨度悬索桥塔后吊索受桥塔尾流影响常发生大幅尾流致振.为研究该振动机理,同时为工程设计和应用实践提供理论指导,以某大跨悬索桥桥塔单根塔柱和塔后吊索为研究对象,首先进行了大比例尺节段模型的风洞试验.通过试验,再现吊索在桥塔尾流区内的尾流致振现象,研究吊索的振动特征与桥塔尾流风速特征.在此基础上,考虑尾流刚度...     

基于正交试验设计的阶背车尾部结构优化CSCD

阶背汽车尾部尾流场优化,采用计算流体动力学(CFD)方法计算尾流体场,设计了车尾结构的L_(25)(5~6)正交优化试验:利用控制变量法,分析车尾6个结构因素,每个因素包含5个参数水平,共进行了25次试验;运用极差分析法,分析不同结构的影响主次,得出最优化尾部结构。结果表明:车尾结构综合优化可降低气动阻力系数14.4%,有效抑制尾流分离及尾涡拖拽,改善尾流结构。该研究结果可为汽车尾造型优化设计提供重要依据。     

悬索桥吊索非定常气动自激力试验

为了研究悬索桥吊索尾流索股的非定常气动力,制作表面光滑的吊索双索股刚性节段模型,采用HD-2风洞实验室自主研发的强迫振动装置重现双索股吊索尾流弛振现象,进行尾流索股2个自由度耦合振动状态下的横风向和顺风向测力试验,得到振动状态下尾流索股的气动升力和气动阻力时程。采用激光位移计同步测量2个方向的位移时程,识别尾流索股的8个相关气动导数,研究不同工况下气动导数随量纲一风速的变化规律,并验证采用气动导数拟合得到的非定常气动力的准确性。研究结果表明:尾流索股的气动刚度项系数H*4,H*6在高风速下会出现较大的正值,引起横风向运动气动负刚度,对尾流索股运动起放大作用;气动刚度项系数P*4,P*6仅在部分工况下引起气动负刚度;8个气动导数共同作用改变尾流索股的椭圆形运动轨迹;采用气动导数拟合得到的气动力与风洞试验测得的气动力大小吻合良好,可以利用气动导数对尾流索股的气动刚度力和气动阻尼力展开进一步研究。     

终端空域尾流间隔缩减研究综述

改进与完善尾流间隔标准是提高终端空域容量,保障终端空域安全运行的重要措施.分析、总结了国内外缩减尾流间隔技术,指出实现尾流间隔缩减的途径有2类,一类是偏置进近程序,着重于后机避开前机的尾流影响区域;另一类是动态尾流预测模型,致力于将前机尾流对后机的影响控制在可容忍的范围之内.通过分析国内外尾流间隔缩减系统的结构组成及应用情况,指出目前研究的热点集中于动态尾流预测.并重点分析了尾流预测与尾流遭遇2个核心模块;通过快速准确地预测尾流的产生与演变,评估尾流的严重性,能够给出安全、合理的尾流间隔.提出未来研究的发展方向.      

闭口风洞中汽车模型试验的阻塞修正

本文给出了汽车模型在闭口风洞中进行试验的阻塞干扰修正方法－－镜像法。修正分析为实体阻塞修正和尾流阻塞修正并得出阻塞总体修正公式。最后对理论修正公式进行了实例分析。     

运动型多功能车外流场的数值模拟

选取LUD离散格式、RNGκ-ε湍流模型,利用计算流体力学进行了运动型多功能车外流场的模拟研究。结果表明,模拟所得车身表面压力分布、尾流典型截面各向流速分布、尾流结构等与风洞试验值吻合性好;SUV尾流中存在上、下不对称的反向涡对,抑制该涡对的大小和强度可减小气动阻力。     

某SUV气动减阻优化及其流场机制

为了提高整车燃油经济性,本文以某款SUV车型为研究对象,将仿真与试验相结合改善汽车行驶过程中的气动阻力系数。首先通过风洞试验确定对整车气动阻力有重要影响的区域或部件,其次对气动阻力系数贡献值较大的部件或区域进行减阻优化。结果表明,前轮阻风板、尾灯和尾翼对整车气动阻力系数贡献值较大。对前轮阻风板的改型,有效降低正压区面积以及减弱车轮干扰阻力;对尾灯和尾翼的优化设计,改善了尾部负压区,缩短了分离流在后窗上部的再附着的距离。基于本征正交分解方法进行局部流场信息的提取和分析可知,1阶与2阶模态主要构成了该SUV尾流场的关键流态。经试验与仿真验证,相比于初始方案,气动优化组合设计减阻率可达7.5%。本文为新一代SUV改型与升级换代提供了理论基础与技术支持。     

斜拉索涡激振动的被动自吸吹气流动控制

圆形斜拉索长细比大、阻尼及刚度小，因而其经常发生风致振动，尤其是涡激振动。涡激振动是一种限幅振动，其发生风速较低，因而斜拉索经常发生涡激振动现象，为此提出一种被动自吸吹气流动控制措施来抑制斜拉索涡激振动。通过节段模型气弹试验得到，被动吸吹气控制方法在套环间距适当下使得斜拉索涡激振动区间变窄，甚至可以完全抑制其发生涡激振动。通过分析斜拉索节段模型表面压力分布，得到被动自吸吹气能大幅度降低压力脉动值和脉动风荷载；且模型背风面的平均压力值的平台区也有所提升，表明平均阻力也有所减小。频谱分析表明：此控制方法改变了旋涡脱落模式及脱落强度。最后由尾流速度剖面可得，被动吸吹气流动控制方法缩小了模型尾流区宽度，尾流中的速度脉动也极大降低。折算风速为5.99时，对尾流速度时程做频谱分析可得，吸吹气控制方法能抑制住无控圆柱模型尾流中周期性交替脱落的旋涡。套环控制方法应用于三维柔性索性索模型上，能极大地降低柔性斜拉索的前三阶涡激振动幅值，同时发现套环间距越小，控制效果越强。     

队列行驶领航车辆尾流的粒子图像测速试验研究

为了研究队列行驶时不同的车间距对领航车辆气动阻力的影响,采用风洞试验方法,分别测量了队列行驶工况下领航车辆和领航车辆单独行驶时的阻力系数.又运用粒子图像测速技术对以上工况中领航车辆尾部纵对称面内的流场进行了测量与分析.结果表明:随着车间距的缩短,领航车辆阻力值降低,降幅最大达41.66%,并且尾部流场的涡的拖曳距离、扩...     

新概念汽车模型风洞试验研究

用模型风洞对新概念车在不同横摆角下纵对称面上压力系数、整车气动力和气动力矩的变化以及纵对称面尾部流态分布进行了试验研究。通过和同等试验条件下典型汽车的气动性能对比,由于新概念车良好的外部流线,其气动性能明显优于典型汽车。     

Influence of unsteady aerodynamics on driving dynamics of passenger cars

Recent approaches towards numerical investigations with computational fluid dynamics methods on unsteady aerodynamic loads of passenger cars identified major differences compared with steady-state aerodynamic excitations. Furthermore, innovative vehicle concepts such as electric-vehicles or hybrid drives further challenge the basic layout of passenger cars. Therefore, the relevance of unsteady aerodynamic loads on cross-wind stability of changing basic vehicle architectures should be analysed. In order to assure and improve handling and ride characteristics at high velocity of the actual range of vehicle layouts, the influence of unsteady excitations on the vehicle response was investigated. For this purpose, a simulation of the vehicle dynamics through multi-body simulation was used. The impact of certain unsteady aerodynamic load characteristics on the vehicle response was quantified and key factors were identified. Through a series of driving simulator tests, the identified differences in the vehicle response were evaluated regarding their significance on the subjective driver perception of cross-wind stability. Relevant criteria for the subjective driver assessment of the vehicle response were identified. As a consequence, a design method for the basic layout of passenger cars and chassis towards unsteady aerodynamic excitations was defined.     

Aerodynamic Design of a Solar Road Vehicle

Solar road vehicles have very specific design requirements. This makes their aerodynamic characteristics quite different from classic sedan vehicles. In the present study, the computational model of a typical solar road vehicle was developed to investigate its aerodynamic forces and flow characteristics. Computations were performed assuming the steady viscous flow and using the Reynolds-averaged Navier Stokes equations along with the k-ω turbulence model. The obtained results indicate some important findings that are commonly not present for classic sedan vehicles. In particular, a contribution of the viscous drag force to the overall drag force is considerably larger (41 %) than it is the case for the standard passenger road vehicles, where the form drag force dominates over the viscous drag force. Surface pressure distribution patterns indicate a favorable aerodynamic design of this vehicle. In particular, larger pressure coefficients on the top of the vehicle body as compared to the bottom surface contribute to increasing a downforce and thus the vehicle traction. The airfoil-shaped crosssection of the designed cockpit canopy has favorable properties with respect to reduction of the aerodynamic drag force.     

横风下π型断面大跨桥上汽车气动特性风洞试验（双语出版）

准确获得车-桥系统气动力是评估强风作用下桥上车辆运行安全性和舒适性的基本前提，为此必须考虑车辆与桥梁间存在的显著气动相互干扰。以山区大跨桥梁常见的π型断面主梁和集装箱货车为研究对象，设计并制作了1：32几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型，通过风洞试验测试了典型车-桥组合工况下车辆表面的风压分布，分析了前、后车辆干扰作用、车辆横向距离和车道组合方式等对桥上汽车气动特性的影响，并进一步分析汽车表面的风压值分布，以探究汽车气动力系数变化的机理。研究结果表明：前、后车辆间的干扰、车辆横向距离的改变对汽车的侧向力系数、阻力系数和升力系数均有较大影响，但对汽车的力矩系数影响较小，且汽车的力矩系数具有一定的离散性；车道组合方式中测试车辆位置的改变对汽车气动特性的影响大于干扰车辆位置的改变对汽车气动特性的影响，且车辆组合方式的改变对汽车的力矩系数基本没有影响；受桥梁π型主梁断面的影响，汽车侧向力系数的变化趋势与Coleman规律下的变化趋势不同。     

CFD在轿车造型设计上的应用

对某轿车进行了数值模拟,分析了扰流板对整车流场结构和尾流场涡系结构的影响,成功地模拟了气流分离和拖拽涡现象。车身后部的速度矢量图,较清楚地显示了轿车后部尾涡的形成及演变过程,揭示了尾涡特性对空气阻力的影响,研究结果对改进车型,减小尾涡,降低空气阻力有一定的指导作用。     

紊流影响下车-桥系统气动力特性风洞试验

为了研究横风作用下紊流参数对车-桥系统气动力特性的影响，以典型32 m简支梁桥和CRH2列车头车为背景，首先根据阻塞比要求设计几何缩尺比为1：25的桥梁和列车测压试验模型；然后通过在风洞试验段入口处采用"格栅条"被动紊流发生装置，模拟一系列紊流风场；最后开展不同工况下车-桥组合风洞动态测压试验，测试列车和桥梁表面风压，并积分获得列车和桥梁气动力。基于此，分析了双线轨道不同位置下，顺风向紊流度、紊流积分尺度对列车表面风压和车-桥气动力分布的影响规律，并讨论了风攻角对车-桥气动力系数的影响。结果表明：列车表面平均风压系数随紊流度的增加而减小，紊流风场中列车和桥梁气动侧力（阻力）系数均小于均匀流场；紊流度对迎风侧轨道列车的影响更为显著，而对车头气动力特性影响较小，车身侧力（阻力）系数随紊流度增加而显著降低，升力系数和力矩系数随紊流度的变化规律并不显著；桥梁气动力系数对紊流度变化的敏感程度小于列车，其侧力（阻力）系数并非随紊流度的增大而单调减小，升力系数随紊流度增加而增大，力矩系数随紊流度的变化规律并不明显；车-桥气动力系数受紊流积分尺度的影响小于紊流度，桥梁侧力（阻力）系数受影响程度大于升力系数和力矩系数；列车位于背风侧轨道时，车-桥气动力系数随紊流积分尺度变化的敏感程度小于列车位于迎风侧轨道；风攻角和紊流参数对车-桥气动力特性的影响是相互独立的，且受列车路线布置方式影响不大。研究结果为紊流风场下的行车安全性提供了数据和资料。     

High fidelity quasi steady-state aerodynamic model effects on race vehicle performance predictions using multi-body simulation

We described in this paper the development of a high fidelity vehicle aerodynamic model to fit wind tunnel test data over a wide range of vehicle orientations. We also present a comparison between the effects of this proposed model and a conventional quasi steady-state aerodynamic model on race vehicle simulation results. This is done by implementing both of these models independently in multi-body quasi steady-state simulations to determine the effects of the high fidelity aerodynamic model on race vehicle performance metrics. The quasi steady state vehicle simulation is developed with a multi-body NASCAR Truck vehicle model, and simulations are conducted for three different types of NASCAR race tracks, a short track, a one and a half mile intermediate track, and a higher speed, two mile intermediate race track. For each track simulation, the effects of the aerodynamic model on handling, maximum corner speed, and drive force metrics are analysed. The accuracy of the high-fidelity model is shown to reduce the aerodynamic model error relative to the conventional aerodynamic model, and the increased accuracy of the high fidelity aerodynamic model is found to have realisable effects on the performance metric predictions on the intermediate tracks resulting from the quasi steady-state simulation.     

汽车气动噪声数值计算分析

文中阐述了气动噪声数值分析的两个步骤,即采用大涡模拟(LES)计算汽车外部瞬态流场和采用FW-H声学模型预测其噪声特性.最后介绍了该数值仿真方法在汽车设计中的应用以及降低气动噪声的措施.     

轻卡外流场数值模拟及货箱优化设计

对某轻卡进行外流场的数值模拟,通过对模型的流场特性的分析,研究气动阻力产生的主要原因。将车厢高度和车厢与驾驶舱距离作为两个影响因子,采用拉丁超立方设计方法和最小二乘法创建二阶响应面模型,利用混合整型优化法进行参数优化,优化后与原型设计相比,整车气动阻力明显减小,表明该方法能有效地提高整车空气动力学性能和CFD优化效率。