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大学生电动方程式赛车设计:阻力产生的要点

时间:2023-08-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:摩擦阻力是由于气流与物体间的相互摩擦产生的,对于赛车的气动阻力而言占比较小,一般也难以优化。而压差阻力相比之下要大得多,也是可以优化的重点。压差阻力与之前下压力的形成机制相同,都是由于静压在物体表面的分布产生的。升力与阻力之比称为升阻比,是翼型的重要参数之一。即便同为赛车,由于不同的赛事对于直线速度和弯道速度的不同权衡,也会对于翼型选择产生重要影响。但是这不代表可以完全忽视阻力。

大学生电动方程式赛车设计:阻力产生的要点

气动阻力可分为两部分,即摩擦阻力与压差阻力。摩擦阻力是由于气流与物体间的相互摩擦产生的,对于赛车的气动阻力而言占比较小,一般也难以优化。而压差阻力相比之下要大得多,也是可以优化的重点。压差阻力与之前下压力的形成机制相同,都是由于静压在物体表面的分布产生的。在静压压差产生垂直于来流方向的力,即升力或下压力的同时,也会不可避免地产生沿来流方向的阻力。

升力与阻力之比称为升阻比,是翼型的重要参数之一。此外,失速迎角、最大升力、力矩系数特性也都是翼型的重要参数。其中,注意到类似力矩系数特性之类的参数,对于飞机的操纵性乃至安全性都发挥着重要作用,而在赛车上由于气流来流迎角一定,因此不需要关心此类参数。加上流动尺度的巨大不同(即雷诺数不同),飞机的翼型选择与赛车的翼型选择事实上仍然存在着较大差异。

即便同为赛车,由于不同的赛事对于直线速度和弯道速度的不同权衡,也会对于翼型选择产生重要影响。在大学生方程式汽车的比赛中,考虑到赛道几乎没有长直道,赛车在比赛中的最高速度一般不超过100 km/h,因此赛车减阻对于性能的提升十分有限。与此相对,赛道中的弯道较多,使比赛对于赛车的下压力提出了很高的要求。因此,在选择翼型时最主要考虑的参数是其最大升力,而减阻相对而言不是首要考虑的目标。(www.xing528.com)

但是这不代表可以完全忽视阻力。在比赛中,耐久赛的效率测试也占很大比例。如果赛车行驶阻力过大,必将在效率测试中失分。与此同时,电动方程式赛车电池是最为沉重的部件,而电池容量很大程度上决定了电池的重量。如果赛车能够通过减少气动阻力,以减少完成耐久赛需要的电力,那么赛车在设计阶段就可以选用容量更小的电池,从而获得车重优势,提高赛车性能。因此,赛车气动减阻仍然有其意义。对于单体壳等部件,其气动阻力占比有限,且其气动外形往往受到多种因素限制,优化较为困难。而对于前翼、尾翼、扩散器等气动部件,在设计时也并不需要过于留意阻力,具体原因将在之后部分加以解释。

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