【摘要】在某全新開(kāi)發(fā)的SUV 車型設(shè)計(jì)過(guò)程中，為降低鏤空式尾翼對(duì)整車風(fēng)噪性能的影響，對(duì)汽車外部流場(chǎng)及聲場(chǎng)進(jìn)行仿真分析。根據(jù)分析結(jié)果，針對(duì)鏤空式尾翼的形狀結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化方案并驗(yàn)證。該研究對(duì)尾翼區(qū)域風(fēng)噪仿真方法研究及鏤空式尾翼方案設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

引言

近年來(lái)，SUV在中國(guó)乘用車市場(chǎng)受到消費(fèi)者的廣泛青睞，同時(shí)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。為了向用戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、贏得更多客戶的滿意，汽車企業(yè)在車輛開(kāi)發(fā)時(shí)愈加重視整體品質(zhì)，如乘坐舒適性等。而汽車振動(dòng)噪聲就是影響汽車舒適性的重要因素[1]。

SUV的整體造型風(fēng)格日益時(shí)尚流行、前衛(wèi)科技，在高級(jí)跑車以及賽車上常見(jiàn)的鏤空式尾翼在SUV上逐漸被應(yīng)用。擁有良好空氣動(dòng)力學(xué)外形結(jié)構(gòu)的鏤空尾翼，不僅能有效降低整車風(fēng)阻[2]，同時(shí)為后風(fēng)擋無(wú)雨刮設(shè)計(jì)提供可能。但是，高速氣流在流經(jīng)鏤空尾翼時(shí)產(chǎn)生的分離，極有可能產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，進(jìn)而產(chǎn)生很強(qiáng)的氣動(dòng)噪聲，并通過(guò)后風(fēng)擋玻璃傳入車內(nèi)，影響駕乘體驗(yàn)。因此，鏤空尾翼設(shè)計(jì)中的氣動(dòng)噪聲問(wèn)題應(yīng)得到高度重視。

在過(guò)去的研究中，A柱及后視鏡的設(shè)計(jì)對(duì)整車氣動(dòng)噪聲性能的影響受到普遍關(guān)注，有較為全面的仿真及試驗(yàn)案例可以參考[3]-[5]。而鏤空尾翼更多的使用在高級(jí)跑車或賽車上，在乘用車上仍是較為新穎的設(shè)計(jì)，關(guān)于鏤空尾翼的空氣動(dòng)力學(xué)仿真案例及文獻(xiàn)相對(duì)較少。因此，本文參考后視鏡噪聲領(lǐng)域較為成熟的仿真及評(píng)價(jià)方法，搭建鏤空尾翼區(qū)域仿真模型，對(duì)原始方案進(jìn)行仿真計(jì)算，并依據(jù)流場(chǎng)結(jié)果對(duì)尾翼的形狀結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化對(duì)策；再通過(guò)對(duì)比后風(fēng)擋表面總聲壓級(jí)分布云圖、后風(fēng)擋表面平均聲壓級(jí)曲線等，評(píng)價(jià)各對(duì)策方案的風(fēng)噪性能，優(yōu)選出最佳方案；最后把3D打印的尾翼安裝到實(shí)車上進(jìn)行路試試驗(yàn)，驗(yàn)證了此仿真評(píng)價(jià)方法的有效性。此方法在車輛開(kāi)發(fā)前期為各尾翼方案快速優(yōu)選提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)鏤空尾翼區(qū)域風(fēng)噪性能仿真方法研究有一定的參考價(jià)值。

1 問(wèn)題背景

某全新開(kāi)發(fā)的SUV車型上設(shè)計(jì)了鏤空式尾翼。在空氣動(dòng)力學(xué)方面，經(jīng)過(guò)前期多輪仿真優(yōu)化，已達(dá)到較為理想的風(fēng)阻水平；污染物管理方面，通過(guò)對(duì)鏤空尾翼的氣流流向及流量進(jìn)行優(yōu)化，使后風(fēng)擋玻璃在無(wú)雨刮設(shè)計(jì)的情況下，表面泥土、灰塵附著范圍在可接受范圍內(nèi)；風(fēng)噪方面，鏤空尾翼附近的風(fēng)噪問(wèn)題則一直是工程師關(guān)注的重點(diǎn)。


當(dāng)高速氣流流經(jīng)鏤空尾翼時(shí)，在尾翼下表面附近會(huì)產(chǎn)生湍流漩渦。一方面，湍流在后風(fēng)擋玻璃壁面上產(chǎn)生湍流壓力脈動(dòng)，引起車窗振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲；另一方面，渦流本身就是一種噪聲源，其產(chǎn)生的噪聲一部分被風(fēng)擋玻璃反射，另一部分透過(guò)玻璃傳入車內(nèi)[6]。由于后風(fēng)擋玻璃距離后席人耳較近，后排乘員的乘坐舒適性極易受到影響。為降低這種影響，需要對(duì)鏤空尾翼的氣動(dòng)噪聲性能進(jìn)行仿真優(yōu)化。

2 基礎(chǔ)方案計(jì)算過(guò)程

2.1 基本原理

本文的仿真結(jié)果通過(guò)求解瞬態(tài)可壓縮Navier-Stokes方程得到，控制方程如下：


本文仿真采用的湍流模型是SST-DDES，這是一種基于