本實(shí)用新型屬于空氣動力學(xué)領(lǐng)域，特別是一種改善FSAE賽車空氣動力學(xué)的裝置。

背景技術(shù)：

中國實(shí)用新型公布號：CN201510070370.7公開了一種FSAE賽車空氣動力學(xué)套件，賽車在行駛過程中，通過氣流對賽車套件產(chǎn)生下壓力，傳遞到賽車后，使得汽車具有更好抓地力；但該套件的尾翼上(1)沒有解決翼片上方和端板連接處阻力過大的問題，(2)沒有解決由于翼尖渦流較大而導(dǎo)致誘導(dǎo)阻力大的問題，(3)沒有提升抗失速的性能；前翼上(1)沒有解決在符合規(guī)則的情況下進(jìn)一步引導(dǎo)氣流繞開前輪的問題，(2)沒有解決由于翼尖渦流較大而導(dǎo)致誘導(dǎo)阻力大的問題，(3)沒有解決側(cè)邊氣流對前翼底部氣流的沖擊的問題，(4)沒有提升抗失速的性能；擴(kuò)散器上(1)沒有進(jìn)一步提高文丘里效應(yīng)，確保離地間隙的問題；且目前的賽車空氣動力學(xué)套件的前翼和尾翼的加工工藝上無法解決輕量化低成本的問題。

柏秋陽、王輝、李嘉凡、郝旭飛.一種改善FSAE賽車空氣動力學(xué)的裝置組合設(shè)計(jì)分析.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)U469.696；U463.2016.5.28發(fā)表了一種FSAE賽車空氣動力學(xué)套件組合設(shè)計(jì)分析,在賽車領(lǐng)域,空氣動力學(xué)研究已經(jīng)成為各項(xiàng)賽事以及車隊(duì)之間競爭的焦點(diǎn),通過對賽車進(jìn)行整車空氣動力學(xué)分析,找出整車造型對空氣動力學(xué)的影響因素,但也沒有解決上述存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種改善FSAE賽車空氣動力學(xué)的裝置，使整車的下壓力得到進(jìn)一步提高，阻力進(jìn)一步減少，升阻比進(jìn)一步增大，為整車提供更好的空氣動力學(xué)性能。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為：

一種改善FSAE賽車空氣動力學(xué)的裝置，包括前翼、尾翼和擴(kuò)散器；所述前翼包括主翼、襟翼、垂直襟翼、前翼端板；所述前翼端板包括外側(cè)端板和內(nèi)側(cè)端板；所述外側(cè)端板后端有導(dǎo)流板；所述外側(cè)端板外側(cè)下端設(shè)有外側(cè)渦流通道，所述外側(cè)渦流通道為向上拱起的圓弧結(jié)構(gòu)，外側(cè)渦流通道的長度與外側(cè)端板的長度一致，外側(cè)渦流通道的軸向與X軸方向一致；所述主翼與外側(cè)端板相連兩端均設(shè)有內(nèi)側(cè)渦流通道，所述內(nèi)側(cè)渦流通道為向上拱起的圓弧結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)側(cè)渦流通道的長度與主翼的長度一致，內(nèi)側(cè)渦流通道的軸向與X軸方向一致；所述外側(cè)端板中部設(shè)有泄壓孔；所述泄壓孔為長槽孔，且泄壓孔位于主翼上端；所述主翼后部上方設(shè)有襟翼，襟翼上方設(shè)有垂直襟翼，所述垂直襟翼為長方形板，垂直襟翼的一端與外側(cè)端板相連，垂直襟翼的另一端位于位置接近襟翼中部位置，所述垂直襟翼的長度方向與Y軸方向一致；所述主翼尾部下端設(shè)有渦流發(fā)生器，所述渦流發(fā)生器為鋸齒形結(jié)構(gòu)；

所述尾翼包括主翼、第一襟翼、第二襟翼、尾翼端板；所述尾翼端板前端上方設(shè)第一開槽，所述第一開槽為橫向百葉窗式結(jié)構(gòu)；所述尾翼端板后部上端設(shè)有第二開槽，所述第二開槽為勾型圓弧結(jié)構(gòu)；所述尾翼端板中部設(shè)有第三開槽和第四開槽，所述第三開槽和第四開槽均為圓弧結(jié)構(gòu)，弧度彎曲方向朝尾翼端板前方；所述尾翼端板后部下端設(shè)有第五開槽，所述第五開槽為縱向的百葉窗式結(jié)構(gòu)；所述尾翼端板前部下端設(shè)有切口，所述切口往X軸負(fù)方向延伸。

所述擴(kuò)散器包括進(jìn)氣管、出氣管、第二格尼襟翼和過渡板；所述進(jìn)氣管位于擴(kuò)散器的前端，出氣管位于擴(kuò)散器的尾端，進(jìn)氣管和出氣管形成氣流通道，兩道氣流通道之間通過過渡板相連；所述擴(kuò)散器的兩道氣流通道之間形成“O”型結(jié)構(gòu)，所述出氣管采用前端小后端大的梯形截面結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)前翼襟翼上方有垂直襟翼，進(jìn)一步阻擋了翼面上方的氣流，增大了上下翼面的氣流流速差，進(jìn)一步提升了下壓力；同時(shí)更好的引導(dǎo)氣流從輪胎上方流走，避免氣流直接撞擊賽車前輪。

(2)前翼外側(cè)端板的導(dǎo)流板往外翻是為產(chǎn)生外洗氣流，使空氣繞開前輪以減少空氣撞擊在前輪上而產(chǎn)生阻力；同時(shí)增大了翼片上下方的壓差，以產(chǎn)生更大的下壓力。

(3)前翼外側(cè)端板設(shè)有泄壓孔，能夠?yàn)橐砥媳砻婧屯鈧?cè)端板連接處產(chǎn)生的高壓泄壓，大大減少了阻力和削弱了翼尖渦流；同時(shí)溢出的氣流順著外側(cè)端板外洗，增加了外洗效應(yīng)。

(4)前翼外側(cè)端板的下面分別設(shè)有內(nèi)側(cè)和外側(cè)渦流通道，在通道中能產(chǎn)生渦流并產(chǎn)生低壓區(qū)，渦流順著通道往后延伸，能很好地梳理前翼底部邊緣的氣流，極大地削弱了前翼側(cè)邊空氣對前翼底部低壓區(qū)的沖擊，起到保護(hù)低壓區(qū)的作用，同時(shí)渦流在翼面下方形成低壓，增大了前翼下壓力。

(5)前翼在主翼后緣設(shè)有渦流發(fā)生器，增加了附面層能量，減少了氣流從翼片上脫離。

(6)尾翼端板前端向后彎曲的切口產(chǎn)生進(jìn)氣作用，可以增加進(jìn)入到尾翼下端面的氣流，增大了尾翼下壓力，同時(shí)減少失速。

(7)尾翼端板后端底部縱置百葉窗結(jié)構(gòu)的開槽，可以梳理擴(kuò)散器的外洗氣流，增加了氣流的外洗效應(yīng)。

(8)尾翼端板上部的第一開槽，可以削弱翼尖渦流，同時(shí)可以對尾翼翼面上方和端板連接處進(jìn)行泄壓以減少阻力。

(9)尾翼端板上部尾端設(shè)有第二開槽，可以讓第二開槽處產(chǎn)生反向翼尖渦流并抵消一部分主翼產(chǎn)生的翼尖渦流，同時(shí)讓兩個翼尖渦流相互融合并削弱。

(10)尾翼端板中部設(shè)有第三開槽和第四開槽，可以引導(dǎo)氣流進(jìn)入尾翼下方，補(bǔ)充主翼和第一襟翼之間、第一襟翼和第二襟翼之間的氣流，增大附面層能量，防止尾翼失速。

(11)尾翼第二襟翼尾部上端設(shè)有格尼襟翼，產(chǎn)生反向渦流對翼面上方的氣流產(chǎn)生頂托作用，增大了尾翼攻角，進(jìn)一步增加了尾翼的下壓力。

(12)擴(kuò)散器的兩道氣流通道之間形成“O”型結(jié)構(gòu)，使得氣流通道的文丘里管的壓縮段進(jìn)一步延長，增大了氣流通道下端中后方的低壓區(qū)，同時(shí)氣流通道上端避開了車架部分，保證了擴(kuò)散器的離地間隙。擴(kuò)散器出氣管采用梯形截面設(shè)計(jì)，增大了氣流通道尾部渦流強(qiáng)度，同時(shí)在出氣管處設(shè)置格尼襟翼，進(jìn)一步增強(qiáng)了抽氣效果。

(13)主翼和襟翼都采用肋板蒙皮式結(jié)構(gòu)組合加工，使得前翼和尾翼的整個結(jié)構(gòu)非常結(jié)實(shí)和輕盈，前翼和尾翼的重量加起來不到五公斤。

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為實(shí)用新型FSAE賽車使用的車輛坐標(biāo)系。

圖2為實(shí)用新型FSAE賽車前翼結(jié)構(gòu)主視圖。

圖3為實(shí)用新型FSAE賽車前翼結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖4為實(shí)用新型FSAE賽車前翼結(jié)構(gòu)立體圖。

圖5為實(shí)用新型FSAE賽車前翼鋸齒結(jié)構(gòu)局部圖。

圖6為實(shí)用新型FSAE賽車尾翼結(jié)構(gòu)主視圖。

圖7為實(shí)用新型FSAE賽車尾翼結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖8為實(shí)用新型FSAE賽車尾翼結(jié)構(gòu)立體圖。

圖9為實(shí)用新型FSAE賽車擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)主視圖。

圖10為實(shí)用新型FSAE賽車擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖11為實(shí)用新型FSAE賽車擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)立體圖。

圖12為實(shí)用新型FSAE賽車主翼和襟翼肋板骨架蒙皮結(jié)構(gòu)裝配圖。

圖13為安裝本實(shí)用新型的FASE賽車在重復(fù)試驗(yàn)下高速避障成績直方圖。

圖14為前翼斷面壓力云圖。

圖15為前翼流場壓力云圖。

圖16為前翼流場流線圖。

圖17為尾翼流場壓力云圖。

圖18為尾翼流場斷面壓力云圖。

圖19為尾翼斷面壓力云圖。

圖20為擴(kuò)散器壓力云圖。

圖21為擴(kuò)散器流線圖。

圖22為未安裝渦流發(fā)生器的前翼流線圖。

圖23為安裝渦流發(fā)生器的前翼流線圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1-12，本實(shí)用新型的一種改善FSAE賽車空氣動力學(xué)的裝置，包括前翼、尾翼和擴(kuò)散器；

所述前翼包括主翼5、襟翼6、垂直襟翼7、前翼端板；所述前翼端板包括外側(cè)端板4和內(nèi)側(cè)端板2；所述外側(cè)端板4后端有導(dǎo)流板1，所述導(dǎo)流板1可以使氣流繞開前輪，防止氣流直接撞擊輪胎產(chǎn)生阻力，減少輪胎激流對車輛空氣動力學(xué)性能的影響。所述外側(cè)端板4外側(cè)下端設(shè)有外側(cè)渦流通道3，所述外側(cè)渦流通道3為向上拱起的圓弧結(jié)構(gòu)，外側(cè)渦流通道3的長度與外側(cè)端板4的長度一致，外側(cè)渦流通道3的軸向與X軸方向一致；所述主翼5與外側(cè)端板4相連兩端均設(shè)有內(nèi)側(cè)渦流通道9，所述內(nèi)側(cè)渦流通道9為向上拱起的圓弧結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)側(cè)渦流通道9的長度與主翼5的長度一致，內(nèi)側(cè)渦流通道9的軸向與X軸方向一致；所述內(nèi)側(cè)渦流通道9和外側(cè)渦流通道3，在相應(yīng)通道中能產(chǎn)生渦流并產(chǎn)生低壓區(qū)，渦流順著相應(yīng)通道往后延伸，能很好地梳理前翼底部邊緣的氣流，極大地削弱了前翼側(cè)邊空氣對前翼底部低壓區(qū)的沖擊，起到保護(hù)低壓區(qū)的作用，同時(shí)渦流在翼面下方形成低壓，增大了前翼下壓力。所述外側(cè)端板4中部設(shè)有泄壓孔8；所述泄壓孔8為長槽孔，且泄壓孔8位于主翼5上端；所述泄壓孔8能夠?yàn)橐砥媳砻婧屯鈧?cè)端板4連接處產(chǎn)生的高壓泄壓，大大減少了阻力和削弱了翼尖渦流；同時(shí)溢出的氣流順著導(dǎo)流板1外洗，增加了外洗效應(yīng)。所述主翼5后部上方設(shè)有襟翼6，襟翼6上方設(shè)有垂直襟翼7，所述垂直襟翼7為長方形板，垂直襟翼7的一端與外側(cè)端板4相連，垂直襟翼7的另一端位于位置接近襟翼6中部位置，所述垂直襟翼7的長度方向與Y軸方向一致；所述垂直襟翼7進(jìn)一步阻擋了翼面上方的氣流，增大了上下翼面的氣流流速差，進(jìn)一步提升了下壓力；同時(shí)更好的引導(dǎo)氣流從輪胎上方流走，避免氣流直接撞擊賽車前輪。所述主翼5尾部下端設(shè)有渦流發(fā)生器10，所述渦流發(fā)生器10為鋸齒形結(jié)構(gòu)，所述渦流發(fā)生器10增加了附面層能量，減少了氣流從翼片上脫離。

所述尾翼包括主翼11、第一襟翼12、第二襟翼13、尾翼端板20；所述尾翼端板20前端上方設(shè)第一開槽15，所述第一開槽15為橫向百葉窗式結(jié)構(gòu)；所述第一開槽15可以削弱翼尖渦流，同時(shí)可以對尾翼翼面上方和尾翼端板20連接處進(jìn)行泄壓以減少阻力。所述尾翼端板20后部上端設(shè)有第二開槽17，所述第二開槽17為勾型圓弧結(jié)構(gòu)，可以讓第二開槽17處產(chǎn)生反向翼尖渦流并抵消一部分主翼11產(chǎn)生的翼尖渦流，同時(shí)讓兩個翼尖渦流相互融合并削弱。所述尾翼端板20中部設(shè)有第三開槽14和第四開槽18，第三開槽14位于第四開槽18的前端；所述第三開槽14和第四開槽18均為圓弧結(jié)構(gòu)，弧度彎曲方向朝尾翼端板20前方。所述第三開槽14和第四開槽18可以引導(dǎo)氣流進(jìn)入尾翼下方，補(bǔ)充主翼11和第一襟翼12之間、第一襟翼12和第二襟翼13之間的氣流，增大附面層能量，防止尾翼失速。所述尾翼端板20后部下端設(shè)有第五開槽16，所述第五開槽16為縱向的百葉窗式結(jié)構(gòu)，所述尾翼端板20前部下端設(shè)有切口27，所述切口27往X軸負(fù)方向延伸，切口27產(chǎn)生進(jìn)氣作用，可以增加進(jìn)入到尾翼下端面的氣流，增大了尾翼下壓力，同時(shí)減少失速。

進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述第一開槽15的數(shù)量為4-6個，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一開槽15的數(shù)量為4個。

進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述第五開槽16的數(shù)量為4-6個，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第五開槽16的數(shù)量為4個。

作為對上述實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二襟翼13尾部上端設(shè)有第一格尼襟翼19；所述第一格尼襟翼19能夠產(chǎn)生反向渦流，對翼面上方的氣流產(chǎn)生頂托作用，增大了尾翼攻角，從而進(jìn)一步增加了尾翼產(chǎn)生的下壓力。

所述擴(kuò)散器包括進(jìn)氣管23、出氣管22、第二格尼襟翼21和過渡板28。所述進(jìn)氣管23位于擴(kuò)散器的前端，出氣管22位于擴(kuò)散器的尾端，進(jìn)氣管23和出氣管22形成氣流通道，兩道氣流通道之間通過過渡板28相連。所述擴(kuò)散器的兩道氣流通道之間形成“O”型結(jié)構(gòu)，使得氣流通道的文丘里管的壓縮段進(jìn)一步延長，增大了氣流通道下端中后方的低壓區(qū)，同時(shí)氣流通道上端避開了車架部分，保證了擴(kuò)散器的離地間隙。所述出氣管22采用前端小后端大的梯形截面結(jié)構(gòu)，增大了氣流通道尾部的渦流強(qiáng)度。所述出氣管22尾端，氣流往出氣管內(nèi)部往上卷，形成渦流，減少了擴(kuò)散器失速的可能，增大了擴(kuò)散器產(chǎn)生的下壓力。

作為對上述實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述出氣管22尾部上端設(shè)有第二格尼襟翼21，進(jìn)一步增強(qiáng)了抽氣效果。

結(jié)合圖12，作為對上述實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述前翼和尾翼的主翼、襟翼均包括肋板24、碳纖維桿25、碳纖維片26、碳纖維蒙皮29；所述碳纖維蒙皮29位于前翼或尾翼整個結(jié)構(gòu)的外部，為碳纖維材料制成。所述肋板24為魚型結(jié)構(gòu)，長度方向同X軸方向一致；所述碳纖維桿25為碳纖維材料制成的圓軸桿結(jié)構(gòu)，長度方向同Y軸方向一致；碳纖維桿25穿過肋板24，所述碳纖維片26為碳纖維材料制成的長方形板狀結(jié)構(gòu)，所述碳纖維片26安裝在肋板24的上下兩端，上下均設(shè)有兩排，上下兩端相對碳纖維桿25對稱；所述碳纖維片26在前翼或尾翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尾端均設(shè)有碳纖維片26，用于對前翼或尾翼的外部碳纖維蒙皮29起支撐作用。

進(jìn)一步實(shí)施方式中，所述碳纖維桿25的數(shù)量為2-3個，作為優(yōu)先的實(shí)施方式，所述碳纖維桿25的數(shù)量為3個；

進(jìn)一步實(shí)施方式中，所述肋板24的數(shù)量為5-10個，作為優(yōu)先的實(shí)施方式，所述肋板24的數(shù)量為7個；

所述肋板24由兩邊各兩層碳纖維夾中間一層pvc泡沫的夾心結(jié)構(gòu)構(gòu)成。碳纖維桿25、肋板24和碳纖維片26之間均用DP460膠水粘接。最后在成型的骨架上包裹碳纖維蒙皮組成整塊翼片。所述碳纖維桿25兩端內(nèi)部設(shè)有螺母，翼片和尾翼端板20之間通過螺栓與碳纖維桿25的螺母相連。主翼和襟翼都采用肋板蒙皮式結(jié)構(gòu)組合加工，使得前翼和尾翼的整個結(jié)構(gòu)非常結(jié)實(shí)和輕盈，前翼和尾翼的重量加起來不到五公斤。

本實(shí)用新型中以賽車行使方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，賽車頭部為前方，定義為X軸正方向；賽車頂部為Z軸正方向，駕駛室左部為Y軸正方向。

結(jié)合圖13，經(jīng)過重復(fù)性試驗(yàn)，安裝了本空氣動力學(xué)套件的FSAE賽車在高速避障項(xiàng)目中成績有著明顯的提高。安裝本空氣動力學(xué)套件的FSAE賽車在高速避障項(xiàng)目中單圈成績可提高0.5-1秒，參考南京理工大學(xué)NUT方程式賽車隊(duì)在2016年中國大學(xué)生方程式汽車大賽高速避障的成績，如果不使用本空氣動力學(xué)套件，高速避障的名次將會退后五到六名。

結(jié)合圖14、圖15，前翼的內(nèi)側(cè)渦流通道9和外側(cè)渦流通道3在前翼底部形成低壓，說明渦流通道效果明顯。同時(shí)前翼主翼5上方的深顏色說明其形成了明顯的高壓，與前翼主翼5下方的低壓形成明顯對比，因此前翼產(chǎn)生了很大的下壓力。

結(jié)合圖16，從前翼流線圖可以看出，垂直襟翼7和導(dǎo)流板1使氣流繞開前輪的效果明顯，氣流分別從輪胎上方和側(cè)邊繞開輪胎流向后方，減少了氣流撞擊輪胎產(chǎn)生的阻力。

結(jié)合圖17-19，從尾翼的壓力云圖與斷面壓力云圖可以看出，尾翼上方形成明顯的高壓區(qū)，產(chǎn)生很大的下壓力。同時(shí)從圖19可以看出，尾翼的第一開槽15的泄壓作用明顯，尾翼上方高壓區(qū)呈現(xiàn)明顯的拱形，并削弱了翼尖渦流。

結(jié)合圖20，擴(kuò)散器在過渡板28和兩條氣流通道中部產(chǎn)生了明顯的低壓。

結(jié)合圖21，擴(kuò)散器出氣管22尾端，氣流往出氣管內(nèi)部往上卷，形成渦流，減少了擴(kuò)散器失速的可能，增大了擴(kuò)散器產(chǎn)生的下壓力。

結(jié)合圖22，在流線圖中可以看出，未安裝渦流發(fā)生器10的前翼結(jié)構(gòu)存在氣流脫離的情況。

結(jié)合圖23，在流線圖中可以看出，安裝了渦流發(fā)生器10的前翼結(jié)構(gòu)大大減少了氣流脫離的情況發(fā)生。