CN101716920A - 一种特种车辆的进、排气格栅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特种车辆的进、排气格栅，具体涉及一种特种车辆的具有良好气流阻力特的进、排气格栅。包括动叶和静叶，所述格栅的叶片为单圆弧弯板式，叶片的弧度、厚度都根据气流的进入角和流出角进行科学计算，使单圆弧弯板式格栅在兼顾防护性能的同时，通过对格珊叶片的改进大幅度的减小了气流的流动阻力，提高了车辆冷却系统的能力。此外，由于单圆弧弯板式格珊结构简单，因此具有较好的工艺性和较低的加工成本。

Description

一种特种车辆的进、排气格栅

技术领域

本发明涉及一种车辆进、排气格栅结构，具体涉及一种特种车辆的具有良好气流阻力特的进、排气格栅。

背景技术

特种车辆进、排气格栅的用途是，最大限度地为动力室的部件提供防护，使它们免遭石头等异物的袭击，同时还能让空气大量的通过，以满足燃烧和冷却的要求。但对格栅提出的这些功能要求，从设计的观点来看，是相互矛盾的，因为，对空气这类流动性的物质来说，提供的流动面积越大，流通性越好，但也容易使石头等异物通过格栅进入动力室。因此，人们提出了各种各样的格栅结构型式，企图尽力满足对格栅的主要要求，即：以最小节流阻力，获得最大的防护能力。

目前，特种车辆进、排气格栅的结构型式主要包括：如图1所示的a、平板式、b、折板式、c、迂回流动式、d、鱼钩式和e、人字式。其中，鱼钩式和人字式格栅具有良好的气流阻力特性和较小的重量，但由于形状复杂、加工困难，在国内特种车辆上几乎没有使用；迂回流动式格栅比鱼钩式格栅具有更大的防护能力，但由于重量大、高度较高，目前在国内特种车辆上只有极少数车型采用；平板式和折板式格栅目前是国内特种车辆使用最广泛的格栅形式，其形状简单、加工成本低，但突出的问题是气动阻力较大，随着特种车辆散热问题的日益突出，平板式和折板式格栅的缺点也越来越明显。

发明内容

为解决现有技术中特种车辆进、排气格栅的气动阻力较大、加工复杂和重量大的问题，本发明提供一种在保证防护性能的同时，具有良好的气流流动性、工艺性和较小的重量的进、排气格栅。具体方案如下：一种特种车辆的进、排气格栅，包括动叶和静叶，其特征在于，所述格栅的叶片为单圆弧弯板式，所述叶片的设计步骤如下：

(1)根据气流的正向进口和逆向气流方向确定气流的进口角β1和出口角β2；

(2)根据给定的进、排气格栅的安装尺寸和防护要求首先确定格栅节弦比

和格栅叶型厚度c；

(3)将叶片相对厚度初值

和叶片弯曲角初值θ₀分别设为： ${\stackrel{\‾}{c}}_0=10\%,$ θ₀＝β1-β2，

(4)确定进口气流冲角i和出口气流落后角δ；

首先计算叶片弯曲角：θ＝(β1-β2)-i+δ，

如θ≠θ₀，需要根据θ重新确定进口气流冲角i和出口气流落后角δ，直至θ的设定值与计算值相等；

(5)确定叶片安装角： $\mathrm{\βA}=\frac{180-\mathrm{\θ}}{2}+\mathrm{\δ}-\mathrm{\β}2;$

(6)确定叶片实际弦长： $b=\frac{h}{\sin \mathrm{\βA}};$

(7)计算叶片的相对厚度： $\stackrel{\‾}{c}=\frac{c}{b};$

如 $\stackrel{\‾}{c}\≠{\stackrel{\‾}{c}}_0,$ 根据

重新修正(4)～(7)，直至

的设定值与计算值相等；

(8)确定弯板圆弧半径： $\mathrm{Ra}=\frac{b}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}};$

(9)调整格栅节弦比

使格栅节距t满足防护要求；

(10)结合格栅厚度c确定过渡圆弧半径R1、R2及过渡直线段参考角α。

本发明的单圆弧弯板式格栅在兼顾防护性能的同时，通过对格珊叶片的改进，大幅度的减小了气流的流动阻力，提高了车辆冷却系统的能力。此外，由于单圆弧弯板式格珊结构简单，因此具有较好的工艺性和较低的加工成本。

附图说明

图1现有技术中的各种格栅结构示意图

图2本发明结构示意图

图3本发明动叶旋转示意图

图中1-动叶 2-静叶 3-正向气流 4-逆向气流 W1-气流进口方向W2-气流出口方向  β1-进口角  β2-出口角  i-进口气流冲角δ-出口气流落后角  β1p-叶片进口角  β2p-叶片出口角  θ-叶片弯曲角  βA-叶片安装角  b-叶片实际弦长  Ra-弯板圆弧半径C-格栅叶片厚度  t-格栅节距  h-格栅结构厚度  R1、R2-过渡圆弧半径  α-过渡直线段参考角  ε-过渡直线段夹角

具体实施方式

如图2所示，本发明的单圆弧弯板式进、排气格珊包括动叶1和静叶2，叶片主要由四段圆弧和两段直线构成。正向气流3和逆向气流4由叶片的两端进出，如图3所示，动叶在需要可以旋转，卡两个静叶之间，增强保护功能，叶片的具体设计过程如下：

已知：通过进气格栅的冷却风量为7.87m³/s，进气格栅流通面积约为1.2419m²，格栅叶片厚度为6mm，格栅结构厚度为50mm，则：

(1)取车辆平均行进速度为u1＝40km/h＝11.11m/s，进气格栅上方垂直入口速度 $V1=\frac{7.87}{1.2419}=6.337m/s,$ 则气流进口角

(2)考虑到叶片出口应保持小量的水平速度对提高效率更有利，取u2＝0.05u1(一般取u2＝(0～0.25)u1)，则气流出口角

(3)取叶栅节弦比 $\frac{t}{b}=0.555,$ 叶片相对厚度初值 ${\stackrel{\‾}{c}}_0=10\%,$ 叶片弯曲角初值θ₀＝β1-β2＝55.3°；

(4)参考平面格栅综合试验数据，根据

β1、

θ₀查出i＝2°，δ＝13.57°；

(5)计算叶片弯曲角θ＝(β1-β2)-i+δ＝66.87°。

重复(4)、(5)直至θ相等，最后确定θ＝67.74°，i＝3.75°，δ＝16.19°；

(6)叶片安装角

(7)叶片实际弦长 $b=\frac{h}{\sin \mathrm{\βA}}=54.19;$

(8)叶片的相对厚度 $\stackrel{\‾}{c}=\frac{c}{b}=9.2\%;$

(9)根据

重复计算(4)～(8)，直至

相等，最后确定θ＝66.9°，i＝4.2°，δ＝15.8°，βA＝67.35°，b＝54.18， $\stackrel{\‾}{C}=9.2\%;$

(10)弯板圆弧半径 $\mathrm{Ra}=\frac{b}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}=49.16\mathrm{mm};$

(11)格栅节距t＝0.555×b＝30mm。格栅外形如图3所示，格栅间最大间隙为4.2mm，动叶旋转后可完全关闭，满足车辆总体提出的防护要求(叶片间隙＜7.2mm，可完全关闭)；

(12)取R1＝1mm、R2＝3mm、α＝10.79°，完成格栅设计。

在某特种车辆跑车前期，由于流经散热器的实际冷却风量大大低于设计风量大的问题，导致车辆跑车过程中过热现象严重，车辆无法正常工作。由于受到整车空间布置的限制，冷却系统的大部件无法进行改进，因此在保持格栅安装结构尺寸不变、防护性能不下降的前提下，根据车辆的具体使用情况新设计了单圆弧弯板式格珊，代替了原车的平板式进排气格栅。试验研究表明，在相同的来流条件下，与传统的平板式格栅相比，单圆弧弯板式格栅的气流阻力仅是平板式格栅的三分之二。后来的跑车及热平衡试验也证明，车辆的散热能力有了明显改善，基本消除了过热现象。

Claims (1)

1.一种特种车辆的进、排气格栅，包括动叶和静叶，其特征在于，所述格栅的叶片为单圆弧弯板式，所述叶片的设计步骤如下：

(1)根据气流的正向进口(3)和逆向气流(4)方向确定气流的进口角β1和出口角β2；

(2)根据给定的进、排气格栅的安装尺寸和防护要求首先确定格栅节弦比

和格栅叶型厚度c；

(3)将叶片相对厚度初值和叶片弯曲角初值θ₀分别设为： ${\stackrel{\‾}{c}}_0=10\%,$ θ₀＝β1-β2，

(4)确定进口气流冲角i和出口气流落后角δ；

首先计算叶片弯曲角：θ＝(β1-β2)-i+δ，

如θ≠θ₀，需要根据θ重新确定进口气流冲角i和出口气流落后角δ，直至θ的设定值与计算值相等；

(5)确定叶片安装角： $\mathrm{\βA}=\frac{180-\mathrm{\θ}}{2}+\mathrm{\δ}-\mathrm{\β}2;$

(6)确定叶片实际弦长： $b=\frac{h}{\sin \mathrm{\βA}};$

(7)计算叶片的相对厚度： $\stackrel{\‾}{c}=\frac{c}{b};$

如 $\stackrel{\‾}{c}\≠{\stackrel{\‾}{c}}_0,$ 根据

重新修正(4)～(7)，直至

的设定值与计算值相等；

(8)确定弯板圆弧半径： $\mathrm{Ra}=\frac{b}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}};$

(9)调整格栅节弦比

使格栅节距t满足防护要求；

(10)结合格栅厚度c确定过渡圆弧半径R1、R2及过渡直线段参考角α。

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