本發(fā)明屬于空氣動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域，尤其涉及一種高升阻比可變尾翼的賽車空氣動(dòng)力學(xué)套件，滿足高負(fù)升力低阻力性能的賽車需求。

背景技術(shù)：

隨著賽車的運(yùn)動(dòng)速度越來越快，空氣動(dòng)力學(xué)從最初的不被重視逐漸成為了一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)元素，空氣帶來的力量一下子就為賽車的表現(xiàn)帶來了戲劇性的變化，幾乎所有的賽車都會(huì)在設(shè)計(jì)上引入空氣動(dòng)力學(xué)的成果。對(duì)于大學(xué)生方程式賽車大賽，想要提高成績(jī)，縮短單圈時(shí)間，在動(dòng)力輸出一定的情況下，就要考慮在彎道中提升通過時(shí)的速度。而當(dāng)輪胎配方相同時(shí)，它與地面的附著系數(shù)就一定，那么側(cè)向加速度的大小就與正壓力成正相關(guān)，而設(shè)計(jì)合理的空氣動(dòng)力學(xué)套件就能有效地解決這個(gè)問題，在不增加質(zhì)量的情況下，能夠產(chǎn)生可觀的側(cè)向加速度。然而大學(xué)生方程式賽車的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般性的競(jìng)技賽車比賽，由此帶來的后果是一般的空氣動(dòng)力學(xué)套件對(duì)賽車性能提高的貢獻(xiàn)大大減少，在帶來下壓力的同時(shí)也給賽車增加了不少空氣阻力，使賽車的速度下降。對(duì)于每個(gè)車隊(duì)來說，都希望使用升力系數(shù)大且升阻比也大的翼型，但是對(duì)于每種翼型的氣動(dòng)性數(shù)據(jù)是沒有任何一家機(jī)構(gòu)公布的，必須自己仿真得到。公告號(hào)為CN105480311A的中國發(fā)明專利公開了“一種提高賽車操縱穩(wěn)定性的空氣動(dòng)力學(xué)套件及其設(shè)計(jì)方法”，一定程度上增加了賽車的下壓力，但整個(gè)套件的升阻比不高，也給賽車帶來了不少阻力，在不同車況下攻角固定，在權(quán)衡下壓力和阻力的大小取舍時(shí)不是很理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決空氣動(dòng)力學(xué)套件在給賽車提供可觀的下壓力的同時(shí)如何減少空氣阻力的問題，兼顧整車的參數(shù)及整車仿真，提供一種高升阻比可變尾翼的賽車空氣動(dòng)力學(xué)套件。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高升阻比可變尾翼的賽車空氣動(dòng)力學(xué)套件，包括前翼，尾翼和可變尾翼系統(tǒng)，

所述前翼包括一塊前翼主翼，對(duì)稱設(shè)置的兩塊外襟翼，對(duì)稱地位于兩塊外襟翼內(nèi)側(cè)的兩套內(nèi)襟翼組，每套內(nèi)襟翼組均包括前后設(shè)置的第一內(nèi)襟翼和第二內(nèi)襟翼及連接于第一內(nèi)襟翼和第二內(nèi)襟翼兩端的第二端板和第三端板，外襟翼及第二內(nèi)襟翼后沿上設(shè)有格尼襟翼，所述前翼主翼及外襟翼連接設(shè)置在兩塊第一端板之間，各端板切割為弧形邊沿；

所述尾翼包括兩塊大端板、固定設(shè)置在兩塊大端板之間的尾翼主翼、第一減速翼和第二減速翼、活動(dòng)設(shè)置在兩塊大端板之間的第一襟翼和第二襟翼，所述尾翼主翼位于最前端，所述第一襟翼位于尾翼主翼翼梢末端，并且和主翼翼梢末端有一小部分重疊和一定的間隙，所述第二襟翼與第一襟翼在第一襟翼的翼梢末端有小部分的重疊與間隙，且第二襟翼后沿設(shè)有格尼襟翼；所述第一減速翼位于尾翼主翼正上方，所述第二減速翼位于第一減速翼翼梢末端；

所述可變尾翼系統(tǒng)與第一襟翼、第二襟翼驅(qū)動(dòng)連接，用于調(diào)節(jié)各襟翼工作狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述的可變尾翼系統(tǒng)包括舵機(jī)、連桿，搖臂和襟翼軸，所第一襟翼、第二襟翼分別與一根襟翼軸固定連接，每根襟翼軸及所述舵機(jī)的輸出端均連接有一根搖臂，各搖臂之間通過連桿依次活動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，所述尾翼主翼的攻角為3-5°，第一襟翼的最大攻角為28°、第二襟翼的最大攻角為51°。

進(jìn)一步地，所述第一減速翼位于尾翼主翼正上方170-230mm處，其攻角為0°，所述第二減速翼的攻角為25-30°。

進(jìn)一步地，所述的格尼襟翼的長(zhǎng)度為所在翼片弦長(zhǎng)的2%。

進(jìn)一步地，所述的尾翼主翼、第一襟翼、第二襟翼內(nèi)分別設(shè)置有翼端安裝件，所述翼端安裝件的外形與所在翼型的形狀一樣，尺寸比所在翼型的尺寸縮小1%~2%，所述翼端安裝件與所在翼型的間隙設(shè)有填充物。

進(jìn)一步地，所述的翼端安裝件上設(shè)置有減少自重的挖空部。

進(jìn)一步地，所述的襟翼軸與所述翼端安裝件固定連接。

進(jìn)一步地，所述的填充物為膠水。

進(jìn)一步地，所述大端板上沿設(shè)置有百葉窗，后下方設(shè)置有切槽。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：開發(fā)設(shè)計(jì)得出高升阻比的翼型及翼片組合，充分綜合考慮升力、阻力、氣流，整個(gè)套件的質(zhì)量及結(jié)合整車仿真，權(quán)衡得出一套高負(fù)升力而又低阻力，可變尾翼的大學(xué)生方程式賽車的空氣動(dòng)力學(xué)套件。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例的尾翼組合翼的布置示意圖。

圖2發(fā)明實(shí)施例的尾翼結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3發(fā)明實(shí)施例的翼端安裝件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4發(fā)明實(shí)施例的可變尾翼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5發(fā)明實(shí)施例的前翼結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：1-尾翼主翼；2-第一襟翼；3-第二襟翼；4-第一減速翼；5-第二減速翼；6-格尼襟翼；7-大端板；8-前翼主翼；9-外襟翼；10-第一內(nèi)襟翼；11-第二內(nèi)襟翼；12-第一端板；13-第二端板；14-第三端板；15-翼端安裝件；16-襟翼軸；17-舵機(jī)；18-搖臂；19-連桿；20-百葉窗；21-切槽。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。

如圖1至圖5所示， 一種高升阻比可變尾翼的賽車空氣動(dòng)力學(xué)套件，包括前翼，尾翼和可變尾翼系統(tǒng)，所述前翼包括一塊前翼主翼8，對(duì)稱設(shè)置的兩塊外襟翼9，對(duì)稱地位于兩塊外襟翼9內(nèi)側(cè)的兩套內(nèi)襟翼組，每套內(nèi)襟翼組均包括前后設(shè)置的第一內(nèi)襟翼10和第二內(nèi)襟翼11及連接于第一內(nèi)襟翼10和第二內(nèi)襟翼11兩端的第二端板13和第三端板14，外襟翼9及第二內(nèi)襟翼11后沿上設(shè)有格尼襟翼6，所述前翼主翼8及外襟翼9連接設(shè)置在兩塊第一端板12之間，各端板切割為弧形邊沿；

所述尾翼包括兩塊大端板7、固定設(shè)置在兩塊大端板7之間的尾翼主翼1、第一減速翼4和第二減速翼5、活動(dòng)設(shè)置在兩塊大端板7之間的第一襟翼2和第二襟翼3，所述尾翼主翼1位于最前端，所述第一襟翼2位于尾翼主翼1翼梢末端，并且和主翼1翼梢末端有一小部分重疊和一定的間隙，所述第二襟翼3與第一襟翼2在第一襟翼2的翼梢末端有小部分的重疊與間隙，且第二襟翼3后沿設(shè)有格尼襟翼6；所述第一減速翼4位于尾翼主翼1正上方，所述第二減速翼5位于第一減速翼4翼梢末端；所述尾翼主翼1的攻角為4°，第一襟翼2的最大攻角為28°、第二襟翼3的最大攻角為51°。所述第一減速翼4位于尾翼主翼1正上方200mm處，其攻角為0°，所述第二減速翼5的攻角為28°。所述大端板7上沿設(shè)置有百葉窗20，后下方設(shè)置有切槽21。

所述的尾翼主翼1、第一襟翼2、第二襟翼3內(nèi)分別設(shè)置有翼端安裝件15，所述翼端安裝件15的外形與所在翼型的形狀一樣，尺寸比所在翼型的尺寸縮小1%~2%，所述翼端安裝件15與所在翼型的間隙設(shè)有膠水，同時(shí)，所述的翼端安裝件15上設(shè)置有減少自重的挖空部。

所述可變尾翼系統(tǒng)與第一襟翼2、第二襟翼3驅(qū)動(dòng)連接，用于調(diào)節(jié)各襟翼工作狀態(tài)，包括舵機(jī)17、連桿19，搖臂18和襟翼軸16，所第一襟翼2、第二襟翼3內(nèi)的翼端安裝件15分別與一根襟翼軸16固定連接，每根襟翼軸16及所述舵機(jī)17的輸出端均連接有一根搖臂18，各搖臂18之間通過連桿19依次活動(dòng)連接。

所述的格尼襟翼6的長(zhǎng)度為所在翼片弦長(zhǎng)的2%。

上述實(shí)施例設(shè)計(jì)過程中，包括以下過程及原理：

1）翼型的設(shè)計(jì)，首先是選型，根據(jù)翼型幾何參數(shù)與升力阻力之間的關(guān)系，篩選出來部分翼型，對(duì)這些翼型在Profili軟件分別兩次生成所對(duì)應(yīng)的極曲線圖，通過翼型的升阻比例特性曲線以及攻角-氣動(dòng)力矩曲線圖來綜合地判斷翼型的氣動(dòng)綜合性能；其次是翼型的修剪，在VU-FOIL軟件里調(diào)整翼型的幾何參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控其升阻特性的變化，再調(diào)整來流速度與翼片的攻角，觀測(cè)失速特性與氣流分離時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大攻角，最終確定尾翼主翼翼型最大相對(duì)厚度12.84%，最大相對(duì)厚度位置30.6%，最大相對(duì)彎度10.20%，最大相對(duì)彎度位置49.3%，襟翼和前翼主翼翼型最大相對(duì)厚度12.83%，最大相對(duì)厚度位置20.0%，最大相對(duì)彎度7.63%，最大相對(duì)彎度位置49.9%；

2）組合翼的布置，首先根據(jù)目標(biāo)賽車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率及整車參數(shù)確立空套設(shè)計(jì)目標(biāo)，包括：前翼的組合布置：采用一塊前翼主翼8，兩塊外襟翼9，四塊內(nèi)襟翼組成，內(nèi)外襟翼不對(duì)稱，由于前翼高度受限，所以將襟翼拆分為內(nèi)外襟翼，外襟翼9只能裝一片襟翼，但為了增加下壓力，所以內(nèi)襟翼采用兩片，形成不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過仿真的壓力系數(shù)圖來優(yōu)化端板的形狀，端板切割為弧形邊沿，使整體輕量化；尾翼的組合布置：尾翼主翼1在最前端，第一襟翼2在尾翼主翼1翼梢末端，并且和尾翼主翼1翼梢末端有一小部分重疊和一定的間隙，第二襟翼3與第一襟翼2在第一襟翼2的翼梢末端有小部分的重疊與間隙，翼間的間隙主要會(huì)影響到組合翼的失速特性，翼間間隙與前一片翼的后緣可以形成文丘里管的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)一方面可以讓氣流在這里形成一個(gè)加速區(qū)，使氣流流速增大，另一方面，翼片上表面的氣流可以通過翼間間隙進(jìn)行加速之后流經(jīng)翼片下表面，對(duì)下表面的氣流進(jìn)行一些補(bǔ)充，從而延遲翼片失速的到來，利用這一性能，可以把第二襟翼3的攻角調(diào)高，使得整個(gè)組合翼的迎風(fēng)面積增大，得到的升力也相應(yīng)增多，同時(shí)大角度的襟翼也對(duì)尾翼主翼1上方的氣流起到了一個(gè)很好的保壓作用，使翼片上下表面的壓差更大，最后進(jìn)行自由流的二維仿真調(diào)整攻角達(dá)到最高的升阻比，根據(jù)大端板7的壓力云圖來把不必要的部分切除，同時(shí)對(duì)一些壓差過大的地方進(jìn)行切弧和切槽，從而疏導(dǎo)氣體流動(dòng)，起到減阻導(dǎo)流的效果，大端板7上沿布置百葉窗來減弱甚至消除大端板7上沿渦流的發(fā)生率，削弱渦流帶來的阻力效應(yīng)；在距離大端板7上沿10公分左右處布置百葉窗，來減弱甚至消除端板上沿渦流的發(fā)生率，削弱渦流帶來的阻力效應(yīng)；根據(jù)仿真結(jié)果，根據(jù)仿真結(jié)果，我們將二維組合翼的攻角暫定為尾翼主翼為4°、第一襟翼2最大為28°、第二襟翼3最大為51°

3）格尼襟翼6的設(shè)計(jì)，格尼襟翼6是加裝在前翼以及尾翼最后一片翼片后沿上與翼片成一定角度的長(zhǎng)條，長(zhǎng)度為所在翼片弦長(zhǎng)的2%；格尼襟翼6的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是效果明顯：它能在僅增加少量阻力的情況下使翼片的下壓力大為提升；

4）減速翼的設(shè)計(jì)，氣流在通過減速翼區(qū)域時(shí)，使其流速下降，根據(jù)伯努利定律，氣流經(jīng)減速之后所在區(qū)域的氣動(dòng)壓力增大，這樣就能在高壓區(qū)安裝減速翼，使得翼片上表面的壓力增大，根據(jù)多次仿真調(diào)整，確定第一減速翼4在主翼正上方200mm處，攻角為0°，第二減速翼5攻角為28°；

5）可變尾翼系統(tǒng)采用舵機(jī)17，連桿19，搖臂18和襟翼軸16組成，如圖4所示，三個(gè)翼端安裝件15分別裝進(jìn)尾翼主翼1、第一襟翼2、第二襟翼3，在賽車行進(jìn)過程中，改變尾翼的攻角，使尾翼在低下壓力低阻力和高下壓力高阻力兩種工作狀態(tài)之間，當(dāng)賽車不需要大的下壓力時(shí)尾翼轉(zhuǎn)換為無攻角狀態(tài)，減少空氣阻力，提高車速，當(dāng)賽車需要足夠的下壓力時(shí)，尾翼轉(zhuǎn)換為有攻角狀態(tài)，提供足夠的下壓力，利用舵機(jī)17設(shè)定其旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行切換，搖臂18即充當(dāng)了桿件機(jī)構(gòu)，它的作用是實(shí)現(xiàn)六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并連接連桿19及翼片，襟翼軸16的作用是連接翼端安裝件15和搖臂18，并且傳遞舵機(jī)17輸出的扭力，來對(duì)襟翼的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使它在最大攻角與水平位置處相互轉(zhuǎn)換，通過機(jī)構(gòu)反置法，建立連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)襟翼攻角的可調(diào)節(jié)性能，之后再根據(jù)襟翼的風(fēng)壓中心的位置，確定襟翼的轉(zhuǎn)軸位置，從而設(shè)計(jì)出襟翼軸16以及與襟翼軸配套的搖臂18；

6）翼端安裝件15的設(shè)計(jì)，它的作用為更好地組裝尾翼主翼1和襟翼，其外形與翼型的形狀一樣，只是在尺寸上比原翼型的尺寸縮小了1%~2%，間隙來填充膠水，考慮輕量化設(shè)計(jì)，根據(jù)翼端安裝件受到的分布載荷，施加約束之后，通過Hyperworks的拓?fù)鋬?yōu)化，將多余的部分挖去如然后形成最終的零件。

（7）固定連接方案：考慮到整個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)套件內(nèi)部的連接固定可靠性，本實(shí)施例采用預(yù)埋件加螺栓連接尾翼的翼片和端板；采用預(yù)埋件加襟翼軸，螺栓固定可變尾翼系統(tǒng)；采用預(yù)埋件，螺栓連接前翼的襟翼與端板，采用耳片，螺栓和螺母連接前翼主翼8和端板。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。