FLUENT大学生方程式赛车尾翼攻角调节控制系统设计(2)
为了增加气动负升力，车辆气体动力学工程师为汽车设计了尾翼。尾翼可以看成是一个倒置的飞机机翼，当有气流流过尾翼时，被分为上下两部分，流过尾翼后上下层气流同时在尾翼后缘汇合。因为尾翼上下表面的弯曲度不一致（可以理解为尾翼下表面为曲面，上表面为平面），所以当气流通过尾翼时，在相同时间内，尾翼下方气流流过的路程更远，说明下方气流的速度更快，由气流连续性定理和伯努利定理可知，尾翼上方的压强比下表面小，即尾翼上表面受到的向下的压力大于尾翼下表面受到的向上的压力，从而会产生一个压力差，该压力差即为负升力。当汽车在高速行驶时，尾翼可以为汽车提供一个下压力，这个下压力可以抵消一部分升力，加大车辆与地面的附着力，进而增大汽车与地面的摩擦力，提高车辆在高速行驶时的稳定性。
图1-1 尾翼的工作原理
尾翼从上世纪60年代开始装上F1赛车，为了取得更好的竞赛成绩，展现各个公司的技术，各车队都希望自己的赛车在空气动力学设计上实现效率最大化，更好的发回发动机的驱动力。为此，赛车上广泛使用了各种各样的空气动力学套件，其中尾翼算的上是最早出现的空气动力学套件。赛车高速行驶时，尾翼可以认为处于高速气流中，会产生较大的下压力，但如果利用不好的话会产生巨大的阻力，如果赛车加速阶段尾翼产生巨大的阻力，这显然不是我们想看到的。显然赛车处于高速赛道时，尾翼角度应该要小一些，尽量避免产生过大阻力，而当赛车刹车或者入弯时，尾翼角度要大一些，尽可能给赛车提供大的下压力和阻力。尾翼位于车体的末端，尾翼的攻角直接决定了尾翼给赛车提供的下压力大小，F1赛车行进中有很大一部分阻力都是尾翼提供的，因此可以根据赛道特性调整副翼攻角以满足赛车在不同赛道下的需要。
同时从节能减排角度来看，当前面临能源危机和环境污染等严峻形势，昂贵的燃料费用和排气污染使降低能源消耗成为汽车技术的重要课题。因此通过研究汽车空气动力学来降低汽车阻力成为了一个有效的节能方法。参考目前国内外的尾翼使用情况，多数是在F1赛车中追求动力性，大量能量消耗在滚动摩擦中。挑战燃油经济性能也是大学生方程式赛车赛事的一项比赛，尾翼的使用可以避免高速行驶时附着力过大造成过多的能量损失和低俗时附着力不足造成制动力不足等情况。采用尾翼攻角随动系统进行驱动轮的附着力调节，从而能够实现不同驱动力状态下驱动轮附着力既能满足动力需求又可以减少一切动力损失，从而达到节能的效果。
1.2 赛车空气动力学国内外研究现状
1.3 可动尾翼国内外研究现状
1.4 本文主要研究内容
本文主要研究内容有如下几个方面:
(1)大学生方程式赛事在中国还是在成长中的一个新鲜事物,对于赛车尾翼技术尚有非常多不成熟之处,本文以南京理工大学NUT车队2014年参赛赛车为依据,利用CATIA软件建立其尾翼模型及车身三文模型,通过FLUENT软件对其进行仿真分析。
(2)通过仿真结果对其进行分析，而后根据不同情况选取不同尾翼攻角角度，得出不同尾翼角度在使用过程中对赛车的影响。
(3)在仿真得出攻角角度情况后，利用舵机驱动传动机构，实现不同情况下的不同角度。
2 赛车外流场分析
本章主要对赛车外流场分析进行前期处理，包括利用CATIA软件对赛车和尾翼进行建模、选取合适的计算方案及进行CFD仿真前的网格划分等。