CN105923057B - 一种fsae赛车曲面出气口扩散器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FSAE赛车曲面出气口扩散器，包括依次连接的导流体、进气部、中央通道、过渡板、出气部，导流体为三角楔结构，其前端高度高于其后端高度，其前端宽度小于其后端宽度，其两侧为内凹的导流曲面；进气部为曲面板，其前端宽度大于其后端宽度，其前端与水平面的夹角比其后端与水平面的夹角小；进气部的前端宽度大于导流体的后端宽度；中央通道为4个平板组成的框体；过渡板为倾斜设置的平滑曲面板，其前端倾角与中央通道尾部倾角一致，其后端倾角与出气部的进气口倾角一致；出气部包括2个出气单元,每个出气单元呈喇叭结构。本发明能最大化增加FSAE赛车的下压力，使赛车获得较好的地面附着力。

Description

一种FSAE赛车曲面出气口扩散器
技术领域
本发明属于汽车领域，具体涉及一种FSAE赛车曲面出气口扩散器。
背景技术
近年来，大学生方程式汽车大赛(FSAE赛车)以其开放、设计原创在世界范围内迅速得到发展。随着比赛水平的不断提高，赛车发动机、底盘技术日益走向成熟，赛车设计者们从优异的空气动力学技术上寻求更高的突破。空气动力学特性对FSAE赛车各方面性能有重要的影响。其中，气动阻力系数和负升力系数是衡量赛车空气动力学特性的两个关键参数。气动阻力系数保证赛车具有高速行驶性能，负升力系数衡量赛车能够形成何种程度的下压力。据统计，赛车大约80％的附着力是由下压力产生，剩余20％由轮胎提供。足够的下压力可以提高FSAE赛车的抓地力，缩短制动距离，提高过弯速度，增加赛车在高速行驶过程中的稳定性。而扩散器正是产生下压力的主要结构。扩散器位于FSAE赛车的尾端，是车尾最低的气动部件。未安装扩散器的FSAE赛车，当赛车车速增加时，整车的附着力就会减小，导致后轮抓地力不足，发生侧滑；在高速入弯时会产生赛车侧滑，难以操控的现象。最终，不仅影响比赛成绩，而且对车手以及赛车造成很大的安全隐患。
现在绝大多数车队均采用平曲面出气口扩散器，这种扩散器由于曲面曲率变化小，难以有效地利用扩散器尾部与底盘之间的一部分间隙，因此产生的下压力小，轮胎的附着力差，转弯性能差。因此，我们迫切需要新的扩散器，以产生足够大的下压力，提高轮胎的抓地力，提高转弯速度和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FSAE赛车曲面出气口扩散器，该扩散器最大化增加FSAE赛车的下压力，使赛车获得较好的地面附着力，改善赛车的空气动力学性能和操纵稳定性。
本发明所采用的技术方案是：一种FSAE赛车曲面出气口扩散器，包括依次连接的导流体、进气部、中央通道、过渡板、出气部，
所述导流体为三角楔结构，其前端高度高于其后端高度，其前端宽度小于其后端宽度，其两侧为内凹的导流曲面，空气经导流曲面进入进气部；
所述进气部为曲面板，其前端宽度大于其后端宽度，其前端与水平面的夹角比其后端与水平面的夹角小；进气部的前端宽度大于导流体的后端宽度；进气部采用曲面进气，改善进气质量，提高进气效率；
所述中央通道为4个平板组成的框体，中央通道的作用在于使气流平稳地进入过渡板进行过度；
所述过渡板为倾斜设置的平滑曲面板，其前端倾角与中央通道尾部倾角一致，其后端倾角与出气部的进气口倾角一致；过渡板的中间倾角平滑地变化，不能出现斜率急剧变化的地方；采用这种结构的过渡板不仅可以很好的结合后方出气部的斜度，还可以使气流平缓地过渡，不致在此处发生失速现象；
所述出气部包括2个出气单元，分别位于过渡板后端两侧；每个出气单元呈喇叭结构(即出气单元的进气口小于出气单元的出气口，每个出气单元的上部为曲面结构)；这种结构可以充分利用与赛车尾部底板之间存在的间隙，提高出气单元单位时间内的气流通过量，有效增加赛车的下压力，使赛车得到很好的地面附着力，获得优良的动力性。
更进一步的方案是，所述导流体的前端采用2-3度的倒角，前部采用倒角设计更平缓的分流，两边为曲面导流，可以更有效的利用气流；所述导流体的前端高度为2-2.5cm，所述导流体的后端宽度为40-45cm。采用该导流体可以更平缓地分流，前端到后端的气流也可以平稳地过渡，宽度方面可以与后部进气口前端良好的贴合。
更进一步的方案是，所述进气部的前端与水平面的倾角为10-12度，进气部的后端与水平面的倾角为20-22度。采用前后倾角差可以在充分利用离地间隙的情况下，使气流更快速地进入进气口。
更进一步的方案是，所述过渡板与水平面的夹角为3-5度，所述过渡板的宽度为30-35cm，所述过渡板的长度为23-25cm。采用该夹角可以良好贴合前部进气口尾端，采用该宽度可以充分利用赛车底盘的有限宽度，采用该长度可以使气流在此处有一段良好的过渡区域，不至于因为长度太短发生失速现象。
更进一步的方案是，所述出气单元的曲面与水平面的夹角为13-16度，出气单元的长度为40-45cm，出气单元的宽度为18-22cm，出气单元的尾部高度为23-27cm。采用该倾角可以良好的贴合前部过渡平板的尾端，长度可以在规则允许的情况下充分利用长度来增加出气量，宽度与尾部高度则是充分利用撑车杆的离地间隙，在不接触撑车杆的情况下，充分提高气流通过量。
更进一步的方案是，导流体的后端与进气部的前端通过环氧树脂胶水粘连，进气部的后端与中央通道的前端通过环氧树脂胶水粘连，中央通道的后端与过渡板的前端通过环氧树脂胶水粘连，过渡板的后端与出气部的前端通过环氧树脂胶水粘连。
更进一步的方案是，所述进气部、中央通道、过渡板采用碳纤维-环氧树脂复合材料制成。
扩散器的中央通道与FSAE赛车的底盘固定连接，当FSAE赛车前进时，空气经导流体的导流曲面导流后分成左右两部分气流进入进气部，然后平滑的通过中央通道，再经过出气部的2个出气单元流出。
本发明的有益效果在于：
可以显著提高FSAE赛车的下压力，使赛车得到很好的地面附着力，获得优良的动力性；
可以使赛车气动负升力系数、轮胎最大静摩擦系数增大，从而改善赛车的空气动力学性能和操纵稳定性，使赛车在进入弯道，驶出弯道时的速度，加速度得到很大的提升，获得良好的转弯行驶性能，从而，使FSAE赛车在八字绕环，高速避障等比赛项目中获得优异的成绩；
所采用的扩散器部件材料均为碳纤维，符合FSAE赛车轻量化设计的要求，并且结构简单，拆装方便，性能可靠，实用性良好。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明FSAE赛车曲面出气口扩散器的结构示意图；
图2是本发明FSAE赛车曲面出气口扩散器的结构示意图；
图3是沿FSAE赛车车头往车尾方向看的FSAE赛车曲面出气口扩散器的结构示意图(无挡板)；
图4是本发明FSAE赛车曲面出气口扩散器的侧视结构示意图(无挡板和安装部)；
图5是本发明FSAE赛车曲面出气口扩散器的俯视结构示意图；
图6是导流体的结构示意图；
图7是出气单元的结构示意图；
图8是车辆坐标系；
图9为八字绕环的成绩直方图；
图10为高速避障的成绩直方图。
其中：1、导流体；2、进气部；3、中央通道；4、过渡板；5、出气部；6、挡板；7、安装部；x、赛车的纵向；y、赛车的横向；z、赛车的垂向。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图8所示，一种FSAE赛车曲面出气口扩散器，包括导流体1、进气部2、中央通道3、过渡板4、出气部5，
导流体1为三角楔结构，其前端高度高于其后端高度，其前端宽度小于其后端宽度，其两侧为内凹的导流曲面，空气经导流曲面进入进气部2；导流体1的后端与进气部2的前端通过环氧树脂胶水粘连；在较佳实施例中，导流体1的前端采用2-3度的倒角(最优为2度)，导流体1的前端高度为2-2.5cm(最优为2.5cm)，导流体1的后端宽度为40-45cm(最优为43cm)；导流体1的底部与赛车纵向水平面的夹角为25度；其前部采用倒角设计能更平缓的分流，其两边为曲面导流，可以更有效的利用气流；
进气部2为曲面板，其前端宽度大于其后端宽度，其前端与水平面的夹角比其后端与水平面的夹角小；进气部2的前端宽度大于导流体1的后端宽度；进气部采用曲面进气，能改善进气质量，提高进气效率；在较佳实施例中，进气部2的前端与水平面的倾角为10-12度，即，进气部2的前端与赛车纵向方向水平面的倾角为10-12度(最优为11度)；进气部2的后端与水平面的倾角为20-22度，即，进气部2的后端与赛车纵向方向水平面的倾角为20-22度(最优为21度)，进气部2的后端与中央通道3的下底板的前端通过环氧树脂胶水粘连；进气部2的正投影长度为11cm；进气部2前端的宽度大于进气部2后端的宽度；
中央通道3为4个平板组成的框体，中央通道3的下底板的后端与过渡板4的前端通过环氧树脂胶水粘连；中央通道3的作用在于使气流平稳地进入过渡板4进行过渡；在较佳实施例中，中央通道3的长度为29cm；
过渡板4为倾斜设置的平滑曲面板，其前端倾角与中央通道尾部倾角一致，其后端倾角与出气部5的进气口倾角一致；过渡板4的后端与出气部的前端通过环氧树脂胶水粘连；过渡板4的中间倾角平滑地变化，不能出现斜率急剧变化的地方；采用这种结构的过渡板4不仅可以很好的结合后方出气部的斜度，还可以使气流平缓地过渡，不致在此处发生失速现象；在较佳实施例中，过渡板4与水平面的夹角为3-5度，即，过渡板4与赛车纵向方向水平面的夹角为3-5度(最优为4度)；过渡板4的宽度为30-35cm(最优为33cm)，过渡板4的正投影长度为23-25cm(最优为24cm)；
出气部5包括2个出气单元，分别位于过渡板4后端两侧，每个出气单元呈喇叭结构(即出气单元的进气口小于出气单元的出气口，每个出气单元的上部为曲面结构)，这种结构可以充分利用与赛车尾部底板之间存在的间隙，提高出气单元单位时间内的气流通过量，有效增加赛车的下压力，使赛车得到很好的地面附着力，获得优良的动力性；在较佳实施例中，出气单元的曲面与水平面的夹角为13-16度，即，出气单元的曲面与赛车纵向方向水平面的夹角为13-16度(最优为15度)；出气单元的正投影长度为40-45cm(最优为43cm)，出气单元的宽度为18-22cm(最优为20cm)，出气单元的尾部高度为23-27cm(最优为25cm)。
为了符合FSAE赛车轻量化的设计要求，可将进气部2、中央通道3、过渡板4采用碳纤维-环氧树脂复合材料制成。
为了更好的使气流从前端流向后端，可在进气部2和过渡板4的两侧设挡板6。
使用时，扩散器的中央通道3通过安装部7与FSAE赛车的底盘固定连接，当气流从前方流过来时，首先接触导流体1，气流经导流体1的导流曲面导流后分成左右两部分气流流入进气部2，然后平滑的通过中央通道3，由于中央通道3的存在，进气部2流入的气流可以变得更稳定；然后气流通过过渡板4的曲面流入出气部5，由于过渡板4的曲面是光滑带有曲率的一块曲面板，可以使流过的气流更平缓稳定地流入出气部5，降低发生气流在此处失速的可能性；气流流入出气部5后，因为出气部5的出气口顶部加大，所以可以在单位时间内通过更多的气流，从而相比普通扩散器能有效地提高气流利用率，加大负升力。
出气单元的曲面与赛车纵向方向水平面的夹角为13-16度，可以提高FSAE赛车20％的气流利用率。
进行八字绕环项目测试和高速避障项目测试，将得到的试验数据绘制成图表得到图9和图10。由图9和图10可知：经过重复性试验，安装本FSAE赛车曲面出气口扩散器的FSAE赛车在八字绕环和高速避障等FSAE竞赛项目中成绩有明显的提高。安装本FSAE赛车曲面出气口扩散器的FSAE赛车在8字绕环项目中可以平均提高0.15-0.2秒的成绩，参考2015年中国大学生方程式汽车决赛的成绩，该记录可使所在车队提升6—8个名次；安装本FSAE赛车曲面出气口扩散器的FSAE赛车在高速避障项目中成绩可提高1-1.5秒，参考2015年中国大学生方程式汽车决赛的成绩，该记录可使所在车队提升3—6个名次。另外由图9和图10可知，安装本FSAE赛车曲面出气口扩散器的FSAE赛车在重复性试验过程中性能表现稳定，各组数据波动很小。因此，本发明实用性强、作用明显、性能稳定、可靠，推广性强。
本FSAE赛车曲面出气口扩散器能充分利用间隙，采用类似拱形的设计，使得尾部出气口可以尽可能多的导出气流，最大程度的利用此部分气流产生足够的下压力。安装普通扩散器的赛车，可以提高20％的气流利用率，而使用本FSAE赛车曲面出气口扩散器的FSAE赛车可产生整车42％左右的下压力，从而使FSAE赛车更能在比赛项目中发挥其性能并获得优异的成绩。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种FSAE赛车曲面出气口扩散器，其特征在于：包括依次连接的导流体、进气部、中央通道、过渡板、出气部，
所述导流体为三角楔结构，其前端高度高于其后端高度，其前端宽度小于其后端宽度，其两侧为内凹的导流曲面，空气经导流曲面进入进气部；
所述进气部为曲面板，其前端宽度大于其后端宽度，其前端与水平面的夹角比其后端与水平面的夹角小；进气部的前端宽度大于导流体的后端宽度；
所述中央通道为4个平板组成的框体；
所述过渡板为倾斜设置的平滑曲面板，其前端倾角与中央通道尾部倾角一致，其后端倾角与出气部的进气口倾角一致；
所述出气部包括2个出气单元，分别位于过渡板后端两侧；每个出气单元呈喇叭结构；
在进气部和过渡板的两侧设有挡板。
2.根据权利要求1所述的FSAE赛车曲面出气口扩散器，其特征在于：所述导流体的前端采用2-3度的倒角，所述导流体的前端高度为2-2.5cm，所述导流体的后端宽度为40-45cm。
3.根据权利要求1所述的FSAE赛车曲面出气口扩散器，其特征在于：所述进气部的前端与水平面的倾角为10-12度，进气部的后端与水平面的倾角为20-22度。
4.根据权利要求1所述的FSAE赛车曲面出气口扩散器，其特征在于：所述过渡板的宽度为30-35cm，所述过渡板的长度为23-25cm。
5.根据权利要求1所述的FSAE赛车曲面出气口扩散器，其特征在于：所述出气单元的长度为40-45cm，出气单元的宽度为18-22cm，出气单元的尾部高度为23-27cm。
6.根据权利要求1所述的FSAE赛车曲面出气口扩散器，其特征在于：导流体的后端与进气部的前端通过环氧树脂胶水粘连，进气部的后端与中央通道的前端通过环氧树脂胶水粘连，中央通道的后端与过渡板的前端通过环氧树脂胶水粘连，过渡板的后端与出气部的前端通过环氧树脂胶水粘连。
7.根据权利要求1所述的FSAE赛车曲面出气口扩散器，其特征在于：所述进气部、中央通道、过渡板采用碳纤维-环氧树脂复合材料制成。
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