CN109835426A - 一种厢式货车的复合减阻设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厢式货车的复合减阻设计，其具体为：厢式货车两侧分别设有侧裙板，侧裙板平行于车身侧面的安装在厢式货车底部的两侧，车辆底面还设有整流结构，侧裙板和车辆底面整流结构的结合会明显改善现有厢式货车的气动阻力系数，甚至部分复合减阻设计组合的减阻率要高于各单一减阻设计减阻率的总和，本发明可实现厢式货车不同位置减阻设计之间相互促进，并给厢式货车气动阻力系数提高带来积极作用，复合减阻设计降低了厢式货车行进时所受阻力，使厢式货车行驶更加稳定可控，并减少过大空气阻力所带来的能源浪费。

Description

一种厢式货车的复合减阻设计

技术领域

本发明涉及厢式货车减阻设计领域，尤其涉及一种针对厢式货车底部进行改造的复合减阻设计。

背景技术

随着电子商务的快速发展，物流行业的技术要求越来越高，厢式货车作为物流运输环节中的重要交通工具，其气动阻力系数的优化引起车辆制造行业的关注，气动阻力系数优化后的厢式货车所受空气阻力会有所降低，进一步可提高车辆行进的稳定性，减少车辆油耗成本，甚至在车辆速度控制上具有优势，为此，许多用于改善厢式货车气动阻力系数、提高车辆行车稳定的措施被提出。

专利权ZL201520611119.2提出一种城市渣土运输汽车左侧裙板，该钢板整体冲压成形得到的左侧裙板通过安装在车架左纵梁外侧，不仅有效避免行人、自行车、摩托车骑行者从汽车侧面卷入车轮下造成重大伤亡，同时还能有效减小汽车车身下方的涡流，进而减少汽车的行驶阻力。

专利权ZL201010111795.5提出一种充气汽车，该汽车通过改变汽车上下部之间的流体分布状态来消除升力，具体的，增加车底流体经过的路径并要求其长于汽车上部流体经过的路径，使得汽车上部压力大于汽车底部的气压，保证汽车行驶过程中更加平稳、更加节能。

但目前设计减阻方法时多只采用较为单一的减阻措施，所产生的效果也十分有限，即便存在车辆设置多个减阻措施，也往往只是针对车头、车顶、车底等不同位置的不同减阻措施进行简单叠加，其综合减阻效果并不比单一减阻措施提升多少，以致目前多种减阻措施的组合设计都显得十分鸡肋，为此，本发明人提出一种针对厢式货车的复合减阻设计，通过科学仿真实验，证实该复合减阻设计的减阻效果要明显优于单独减阻设计方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种针对厢式货车底部进行改造的复合减阻设计，通过该复合设计可明显提高现有单一减阻设计的减阻效果，有效降低厢式货车整体的气动阻力系数。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种厢式货车的复合减阻设计，其具体为：厢式货车两侧分别设有侧裙板，所述侧裙板平行于车身侧面的安装在厢式货车底部的两侧，车辆底面还设有整流结构。

较佳的，所述侧裙板的宽度和厢式货车轮胎宽度相同或相当，所述侧裙板设置在轮胎正后方，所述侧裙板的长和所述厢式货车整车车长相适应。

较佳的，所述整流结构包括一后导流板，所述后导流板固定安装在车尾底面，所述后导流板包括一朝向前下方的斜面和一朝向后下方的弧面，所述斜面和所述弧面相切且相互拼接形成一个光滑面。

较佳的，所述后导流板的宽度和厢式货车车宽相同。

较佳的，所述斜面和厢式货车车底水平面夹角为7°。

较佳的，所述整流结构包括一V槽板，所述V槽板设有多条沿车辆行进方向的V型槽。

较佳的，所述V型槽的槽内侧壁和水平面的夹角为30°。

较佳的，所述整流结构包括一波浪板，波浪板的底面沿车辆行进方向分布有多个向下弯曲的第一半圆柱曲面和多个向上弯曲的第二半圆柱曲面，所述第一半圆柱曲面和所述第二半圆柱曲面沿车辆行进方向间隔相切排列，所述第一半圆柱曲面和所述第二半圆柱曲面间平滑过渡并拼接形成一光滑波浪面。

较佳的，所述第一半圆柱曲面对应圆柱半径R1和第二半圆柱曲面对应圆柱半径R2的比值R1：R2＝7：1。

采用上述方案后，根据仿真实验分析结果，侧裙板和车辆底面整流结构的结合会明显改善现有厢式货车的气动阻力系数，甚至部分复合减阻设计组合的减阻率要高于各单一减阻设计减阻率的总和，本发明涉及复合减阻设计可实现厢式货车不同位置减阻设计之间相互促进，并给厢式货车气动阻力系数提高带来积极作用，复合减阻设计降低了厢式货车行进时所受阻力，使厢式货车行驶更加稳定可控，并减少过大空气阻力所带来的能源浪费。

附图说明

图1是厢式货车的原始模型侧面视图；

图2是原始模型仰视图；

图3是原始模型正面视图；

图4是侧裙板结构侧面视图；

图5是侧裙板结构仰视图；

图6是后导流板侧面视图；

图7是图6部分结构放大图；

图8是后导流板仰视图；

图9是V槽板结构示意图；

图10是波浪板结构示意图；

图11是图10部分结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

实施例一

本发明所揭示的是一种厢式货车的复合减阻设计，该复合减阻设计为：厢式货车两侧分别设有侧裙板，侧裙板平行于车身侧面的安装在厢式货车底部的两侧，车辆底面还设有整流结构。由于侧裙板和厢式货车底面整流结构位置较为靠近，气流经过厢式货车底部时会同时受到侧裙板和整流结构的共同作用，发明人研究发现，两种减阻设计结合所产生效果明显优于任何一种单一减阻设计。以下将采用仿真模拟实验的方式对上述复合设计的减阻效果进行科学验证。

模拟实验中将采用UG构建厢式货车模型，选择市面上较为通用的厢式货车，按照10：1比例在UG中构建原始模型，如图1至图3所示，一般厢式货车包括车头与车身，车身上固定安装有车厢1，该模型的几个主要特征参数为：车身长＝1238mm，车身宽＝240mm，相对地面车厢顶面高度＝408mm，轮胎宽度为30mm。

本实施例中所采用侧裙板3直接安装在车身上，如图4和图5所示，为了避免侧裙板3过于单薄，气流经过时侧裙板3振动造成对侧裙板3所夹内部气流的扰乱进而使阻力增加，所选择的侧裙板为较厚的长条形结构，侧裙板的宽度和轮胎宽度相同或相当，原始模型中的轮胎宽度为30mm，因此，侧裙板的宽度同样也为30mm，且侧裙板3设置在轮胎沿车辆行进方向的正后方，可避免侧裙板3增加迎面面积。侧裙板的高度同样选择为30mm，该高度最大程度的同轮胎将货车底部空气限制在一较小的截面内，且侧裙板还和地面间预留一定距离。厢式货车由于车身较长，因此其轮胎2也较多，本实施例中设有前轮、中轮和后轮三组轮胎2，对应的，侧裙板3分为三段结构，分别分布在前轮和中轮之间、中轮和后轮之间以及后轮的正后方，侧裙板3每段结构分别和前轮、中轮、后轮靠的较近，由中轮、后轮填补侧裙板3段与段之间的空隙，前轮、侧裙板、中轮和后轮拼接后的长度为1100mm，侧裙板3(含有轮胎2)的长和厢式货车整车车长相适应，该设计主要为了让侧裙板作用的平滑气流流经距离尽可能长。上述设计中的侧裙板3以及轮胎2可以最大程度的将流入车底的气流限制在车底内部，避免气流从两侧外泄而对车辆行进形成阻力，减少货车轮胎2的迎风压力。侧裙板3的设计控制了车底气流的截面积，使流经厢式货车底部的气流趋于平稳，同时由于侧裙板厚度和轮胎厚度相当，侧裙板不会增加厢式货车的迎风面积。

研究发现，厢式货车行进时，流经车顶上方的气流和流经车底下方的气流在车尾处汇合，由于上下气流经厢式货车表面作用后气流速度会有所不同，同时上下气流量也有所不同，导致上下气流相互汇合时会形成大大小小的端流，车尾处混乱的湍流会对车的首尾造成一定的压力差，进而导致整车阻力增加，若能减少车尾的湍流，则可以减小阻力。如图6-图8所示，车底整流结构还包括一后导流板4，后导流板4固定安装在车尾底面，后导流板4会将厢式货车下方一定比例的气流以一定角度导入车尾下方，减少下方气流汇入车尾，进而减少气流汇合所产生湍流的数量，以达到减阻的目的。具体的，后导流板4从车身侧面看类似一圆勺，如图7所示，包括一朝向前下方的斜面41和一朝向后下方的弧面42，斜面41和弧面42相切且相互拼接形成一个光滑面，斜面41和厢式货车车底水平面夹角为7°，斜面41前端距离车尾表面距离为120mm，弧面42为半径是140m的部分圆柱曲面，车底下方的气流在斜面41作用下可改变气流方向，部分气流沿着斜面41向车辆斜后下方流动，剩余部分气流则沿弧面42汇入车尾后方。后导流板4的宽度和厢式货车车宽相同，同样设计为240mm，使得车底下方气流可以受后导流板4均匀作用。

将上述分别加载有侧裙板或后导流板的原始模型定义为单一减阻模型(侧裙板)和单一减阻模型(后导流板)，同时加载有侧裙板和后导流板的原始模型定义为复合减阻模型(侧裙板-后导流板)，将上述三种车辆模型及原始模型以step格式文件导入ANSYS软件中，构建FLUENT项目计算区域构建和网格划分。设定边界条件为：前端入口速度边界条件v＝30m/s，出口处的边界条件为给定压力边界条件，即出口相对于远方流处的压力为0，通道地面、车身表面和壁面均为无滑动墙面。模拟计算各模型表面压力分布及端流分布，计算气动阻力系数，经过模拟计算可得到，原始模型的气动阻力系数为0.486，单一减阻模型(侧裙板)的气动阻力系数为0.471，相较原始模型减阻率为3％，单一减阻模型(后导流板)的气动阻力系数为0.479，相较原始模型减阻率为1.4％，而同时加载有侧裙板和后导流板的复合减阻模型(侧裙板-后导流板)的气动阻力系数为0.444，相较原始模型减阻率为8.6％，大大高出任何一种单一减阻模型的减阻率，具有较佳的减阻效果。

实施例二：

本实施例采用同实施例一相同的侧裙板结构，同时厢式货车底面的整流结构包括一V槽板5，如图9所示，V槽板5设有多条沿车辆行进方向的V型槽51。在上世纪60年代，NASA兰利研究中心的Walsh等通过试验研究发现，在水流中顺流向的V形沟槽面能够有效降低表面摩擦阻力，水流与气流同为流体介质，因此可将水流实验中的V型沟槽应用于空气气流中厢式货车的底面表面。具体的，在上述原始模型基础上，在车辆底面附着一高度为5mm，宽度为155mm，长度为1238mm的长板，长板左端距该侧轮胎13mm，长板中连续开凿8个等腰角为30°，槽口宽为17mm的等腰三角形槽，即V型槽51，V型槽51内侧壁和水平面的夹角30°，各等腰三角形槽相互平行，长板两侧应各开凿半个等腰角为30°，直径为5mm的等腰三角形槽，即半V型槽52。流经厢式货车车底的气流会沿V型槽51向后流动，V型槽51内的气流会在两相对内侧壁槽面的相互作用下减少气流对厢式货车下表面的压力，进而降低气流所产生阻力。边缘的气流则会在半个等腰三角形槽和侧裙板的共同作用下同样降低气流对厢式货车下表面间的压力，进而使车子整体所受阻力降低。

进一步，可以在实施例一的基础上增加V槽板结构，V槽板上V型槽的最高点与实施例1中斜面的最高点相同，每个V型槽尾部槽内分别分布有实施例一中的斜面使得V型槽和后导流板平滑过渡。同样的，将上述单独加载有V槽板的原始模型定义为单一减阻模型(V槽板)，同时加载有侧裙板和V槽板的原始模型定义为复合减阻模型(侧裙板-V槽板)，在实施例一基础上加载有V槽板的原始模型定义为复合减阻模型(侧裙板-后导流板-V槽板)，将上述三种车辆模型以step格式文件导入ANSYS软件中，构建FLUENT项目计算区域构建和网格划分。同样，设定边界条件为：前端入口速度边界条件v＝30m/s，出口处的边界条件为给定压力边界条件，即出口相对于远方流处的压力为0，通道地面、车身表面和壁面均为无滑动墙面。模拟计算各模型表面压力分布及端流分布，计算气动阻力系数，经过模拟计算可得到，原始模型的气动阻力系数为0.486，单一减阻模型(V槽板)的气动阻力系数为0.477，相较原始模型减阻率为1.8％，而同时加载有侧裙板和V槽板的复合减阻模型(侧裙板-V槽板)的气动阻力系数为0.452，相较原始模型减阻率为7％，同时加载有侧裙板、后导流板和V槽板的复合减阻模型(侧裙板-后导流板-V槽板)的气动阻力系数为0.450，相较原始模型减阻率为7.4％，可以看出，本实施例中一旦侧裙板和厢式货车底面的整流机构-V槽板相互作用，复合减阻模型减阻率要大大高出单一减阻模型(V槽板)的减阻率，具有较佳的减阻效果。

实施例三

本实施例采用同实施例一相同的侧裙板结构，同时车辆底面的整流结构包括一波浪板，通过波浪板增加车底气流经过行程以优化车辆气动阻力系数，提高车辆行进中的稳定性。事实上，增加气流经过行程的方式有许多，但发明人发现自然界中的海洋和沙漠在风力作用下均形成波浪状表面，换言之，海洋和沙漠均采用波浪状表面以适应风的作用，因此本实施例选择将厢式货车底面设计成波浪状。具体的，如图10和图11所示，在上述原始模型基础上，厢式货车车辆底面附着一高度为5mm，与厢式货车等宽，宽度为240mm，长度为1238mm的长板，该长板即上述波浪板6，长板的长宽与货车模型长宽相等是为了最大化的利用波浪板的减阻面积。波浪板6的底面沿车辆行进方向分布有多个向下弯曲的第一半圆柱曲面61和多个向上弯曲的第二半圆柱曲面62，第一半圆柱曲面61和第二半圆柱曲面62沿车辆行进方向间隔相切排列，第一半圆柱曲面61和第二半圆柱曲面62间平滑过渡并拼接形成一光滑波浪面，其中，第一半圆柱曲面对应圆柱半径R1和第二半圆柱曲面对应圆柱半径R2的比值R1：R2＝7：1，本实施例中半径R1为532mm，半径R2为76mm。由于两圆间为相切关系，最终改造后的模型弧线阵列了12次，相邻第一半圆柱曲面61和第二半圆柱曲面62对应圆柱截面圆心之间间距为100mm。流经厢式货车车底的气流会沿这波浪板在厢式货车下底面表面起伏流动，以增加流经距离。

进一步，也可以在实施例一的基础上增加波浪板结构，波浪板结构在车底向后起伏分布，抵达后导流板时，波浪板表面和后导流板中的斜面平滑过渡形成平滑的起伏单面结构。同样的，将上述单独加载有波浪板的原始模型定义为单一减阻模型(波浪板)，同时加载有侧裙板和波浪板的原始模型定义为复合减阻模型(侧裙板-波浪板)，在实施例一基础上加载有波浪板的原始模型定义为复合减阻模型(侧裙板-后导流板-波浪板)，将上述三种车辆模型以step格式文件导入ANSYS软件中，构建FLUENT项目计算区域构建和网格划分。同样，设定边界条件为：前端入口速度边界条件v＝30m/s，出口处的边界条件为给定压力边界条件，即出口相对于远方流处的压力为0，通道地面、车身表面和壁面均为无滑动墙面。模拟计算各模型表面压力分布及端流分布，计算气动阻力系数，经过模拟计算可得到，原始模型的气动阻力系数为0.486，单一减阻模型(波浪板)的气动阻力系数为0.467，相较原始模型减阻率为3.9％，而同时加载有侧裙板和波浪板的复合减阻模型(侧裙板-波浪板)的气动阻力系数为0.456，相较原始模型减阻率为6％，同时加载有侧裙板、后导流板和波浪板的复合减阻模型(侧裙板-后导流板-波浪板)的气动阻力系数为0.436，相较原始模型减阻率为10％，可以看出，本实施例中一旦侧裙板和厢式货车底面的整流机构-波浪板相互作用，复合减阻模型减阻率要大大高出单一减阻模型(波浪板)的减阻率，具有较佳的减阻效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内，另外，上述是针对车辆模型进行模拟仿真研究，仿真结果能在一定程度上反映实际车辆所受阻力的变化，实际应用时可能会根据实际车辆的尺寸对相应减阻设计参数做出适当调整，仅仅是部分参数的少许调整，而采用本发明整体设计思想的，也应属于本发明专利涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：厢式货车两侧分别设有侧裙板，所述侧裙板平行于车身侧面的安装在厢式货车底部的两侧，车辆底面还设有整流结构。

2.根据权利要求1所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述侧裙板的宽度和厢式货车轮胎宽度相同或相当，所述侧裙板设置在轮胎正后方，所述侧裙板的长和所述厢式货车整车车长相适应。

3.根据权利要求1所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述整流结构包括一后导流板，所述后导流板固定安装在车尾底面，所述后导流板包括一朝向前下方的斜面和一朝向后下方的弧面，所述斜面和所述弧面相切且相互拼接形成一个光滑面。

4.根据权利要求3所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述后导流板的宽度和厢式货车车宽相同。

5.根据权利要求3所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述斜面和厢式货车车底水平面夹角为7°。

6.根据权利要求1或3所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述整流结构包括一V槽板，所述V槽板设有多条沿车辆行进方向的V型槽。

7.根据权利要求6所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述V型槽的槽内侧壁和水平面的夹角为30°。

8.根据权利要求1或3所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述整流结构包括一波浪板，波浪板的底面沿车辆行进方向分布有多个向下弯曲的第一半圆柱曲面和多个向上弯曲的第二半圆柱曲面，所述第一半圆柱曲面和所述第二半圆柱曲面沿车辆行进方向间隔相切排列，所述第一半圆柱曲面和所述第二半圆柱曲面间平滑过渡并拼接形成一光滑波浪面。

9.根据权利要求8所述的一种厢式货车的复合减阻设计，其特征在于：所述第一半圆柱曲面对应圆柱半径R1和第二半圆柱曲面对应圆柱半径R2的比值R1：R2＝7：1。