基于整车风阻优化与导流罩开发的仿真研究

张锦宙 马志强

摘 要：本文主要以某重型带挂卡车导流罩开发为例，通过对重型带挂卡车在配不同外形和尺寸导流罩的三维数据建立分析模型，随后对各模型的流场计算域进行网格划分，再导入Fluent进行仿真计算，通过对比不同导流罩外形和尺寸的分析模型在流场中对整车的风阻系数影响，帅选出最佳空气动力学性能的导流罩分析模型，然后从分析模型中提取出导流罩的网格面，通过后期对网格面的3D拟合处理，从而得到具有最优空气动力学性能的导流罩外形尺寸和布置位置。

关键词：导流罩;开发;仿真;结构;位置

1 引言

一直以来卡车导流罩在减小整车风阻方面起着举足轻重的作用，随着现代卡车技术的发展，卡车导流罩越来越趋于与整车流线匹配，导流罩在降低整车风阻方面起着关键作用;主要在于在卡车在行驶过程中会产较大生风阻，行驶速度越高，整车风阻越大。风阻对卡车的动力性和燃油经济性起到相反作用，由此常年累月运营下来对用户造成额外的燃油消耗费用十分庞大;因此在这种需求之下，如何保证所开发的导流罩在驾驶室上布置位置、外形和尺寸与整车空气动力学性能匹配达到最佳状态;导流罩CFD分析模型的建立、仿真优化和对比分析显得尤为重要。所以开展导流罩的仿真优化研究工作对减小整车风阻、降低整车油耗方面意义重大。

2 分析对象模型建立

2.1 仿真边界条件定义：

重型半挂卡车，挂车伸出鞍座1.2米，半挂距驾驶室1.77米、宽2.55米、长13米，见图1。

2.2 仿真工况定义：

正风工况和侧风工况，风速按V=90km/h;

2.3 建立流场计算域模型：

外流场尺寸为长×宽×高=130m× 15m×21m，网格3200万（最理想的风洞模型为：车身前方5倍车长，车身上方5倍车高，车身侧面5倍车宽，车身后方10倍车长）

2.4 网格划分

在Hypermesh中对模型计算域进行网格划分，见图4

2.5 仿真边界设置，见表1

3 仿真模型导流罩CAS方案策划示意（图5）

4 仿真分析过程及结果

仿真分析过程中需在所策划的仿真模型方案导流罩CAS基础上根据分析结果对导流罩型面进行多次调整和反复校核网格，并经对比最终获得最优化的仿真模型;

4.1 不同方案仿真分析风速云图对比，见图6：

4.2 不同方案仿真分析压力云图对比，见图7：

4.3 不同方案仿真分析计算结果对比，见表2：

根据分析结果可知：当顶导流罩前端往驾驶室前部延伸，兩侧压低情况下，整车风阻最小，相对原未优化之前状态，整车风阻系数可降低约6.84%。

5 仿真分析网格面拟合导流罩3D数据

通过对以上各方按的仿真分析对比，方案序号6中的仿真结果最优，整车风阻系数降低比例达标。然后采用Hypermesh提取仿真分析中的所用的网格模型数据，并用CATIA等三维软件进行参数化，从中拟合出最终所需导流罩的3D数据，为最终的工程化结构数据设计提供依据，见图8。

6 结语

（1）本文通过某重型带挂卡车导流罩与整车空气动力学性能之间的关系，经过对前期策划的各导流罩CAS方案的仿真分析，并在此基础上反复调整和计算得出最优空气动力学性能的仿真模型，然后从最优的仿真模型中提取出导流罩网格面，通过对网格面的拟合确定出要开发的导流罩空间布置位置、外形尺寸及最终CAS面，然后再进行工程化结构设计。

（2）本问旨在阐述一种导流罩开发从仿真分析、分析模型、网格拟合到最终CAS数据确定的过程，一定程度上为汽车导流罩的开发在确定导流罩布置位置、外形尺寸和外观型面上提供了理论依据和参考。

参考文献：

[1]杨维和. 汽车构造[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]张英朝.汽车动力学数值模拟技术.北京.北京大学出版社，2011.

[3]谷正气.汽车空气动力学.北京.人民变通出版社，2005.

[4]周一鸣，毛恩荣.车辆人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，1999.