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大学生电动方程式赛车设计:前翼的地面效应和尾流管理

时间:2023-08-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:前翼位于赛车最前方的位置,是赛车前部的下压力来源。相比尾翼,前翼的设计有两大不同,体现在地面效应和尾流管理方面。由于前翼离地距离很小,并且两侧存在端板阻止展向流动,因而可以将它们与地面视作管道的壁面。与尾翼的翼尖涡原理相同,前翼也会不可避免地产生翼尖涡,需要端板对其加以限制。然而前翼的端板相比之下要复杂得多,原因是轮胎的射流等乱流对于下游流场质量的破坏是最大的。图8-9AERO赛车的前翼设计

大学生电动方程式赛车设计:前翼的地面效应和尾流管理

前翼位于赛车最前方的位置,是赛车前部的下压力来源。相比尾翼,前翼的设计有两大不同,体现在地面效应和尾流管理方面。

地面效应可以由文丘里效应解释。假设流体在一根管道中流动,根据质量守恒定律,管道中各个截面处的流体流量相同,而流量等于密度乘以截面积乘以流速之积。根据之前的介绍,赛车周围的流体流动可以认为不可压缩(即密度不变),因此可以认为截面积与流速的乘积为定值。由于前翼离地距离很小,并且两侧存在端板阻止展向流动,因而可以将它们与地面视作管道的壁面。通过合理的设计,可以通过适当减小该部分截面积以增加气流流速,降低静压,产生下压力。相比于传统的翼片产生的下压力,地面效应产生的下压力更强,并且伴随的阻力更小。这使得尽管弦长、迎角都远不如尾翼,但前翼仍然可以轻易达到与尾翼相同的下压力水平。而出于气动平衡考虑,前翼的下压力并不会做得过强。

同时根据竖直方向的动量定理,前翼的下压力不可避免地会带来气流的上洗,而上洗气流会显著降低下游流场内的空气动力学部件的工作效率。事实上,在前翼后方的侧箱、扩散器等位置较低的部件都不可避免地工作在前翼产生的上洗气流中。因此,作为赛车上最先接触到空气的部件,为了保证下游部件的高效工作,前翼所产生的下压力也不宜过强。(www.xing528.com)

与尾翼的翼尖涡原理相同,前翼也会不可避免地产生翼尖涡,需要端板对其加以限制。然而前翼的端板相比之下要复杂得多,原因是轮胎的射流等乱流对于下游流场质量的破坏是最大的。为了妥善管理前轮乱流,端板的三维形状需要精心设计,以此使得上、下两道涡流的位置、强度、外洗、上洗都较为合理(图8-9)。

图8-9 AERO赛车的前翼设计

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