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"漢"空氣動(dòng)力學(xué)低風(fēng)阻設(shè)計(jì)

2020-09-16 12:45:58·  來源：汽車CFD技術(shù)之家  作者：羅秋麗/張風(fēng)利  
　
漢風(fēng)阻開發(fā)過程為實(shí)現(xiàn)超低的風(fēng)阻目標(biāo)，漢在開發(fā)初期便定義了低風(fēng)阻的設(shè)計(jì)策略，明確了如下設(shè)計(jì)原則：1、外造型采用前圓（頭）后方（尾）的風(fēng)格；2、盡可能減少正
漢風(fēng)阻開發(fā)過程

為實(shí)現(xiàn)超低的風(fēng)阻目標(biāo)，漢在開發(fā)初期便定義了低風(fēng)阻的設(shè)計(jì)策略，明確了如下設(shè)計(jì)原則：

1、外造型采用“前圓（頭）后方（尾）”的風(fēng)格；2、盡可能減少正壓區(qū)面積； 3、提高車體后部的壓力恢復(fù)，增加車尾背壓；4、減少氣流在車身表面的分離和內(nèi)流損失。

這些理念與造型設(shè)計(jì)師、產(chǎn)品工程師提前進(jìn)行了深入探討，對各種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證，空氣動(dòng)力學(xué)性能與造型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、項(xiàng)目決策方達(dá)成了高度的融合。

空氣動(dòng)力學(xué)形體優(yōu)化

良好的空氣動(dòng)力學(xué)形體決定了車型風(fēng)阻開發(fā)的最大潛力，由于涉及人機(jī)空間、總布置和造型姿態(tài)，在設(shè)計(jì)前期就需要被確定下來。Y=0截面和乘員艙上部的關(guān)鍵尺寸是主要的優(yōu)化對象，開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用基于網(wǎng)格變形的技術(shù)（如圖8所示）對外造型面進(jìn)行快速修改和尋優(yōu)，將有效的方案轉(zhuǎn)換為幾何文件，輸出給造型設(shè)計(jì)師，大大提升了優(yōu)化的效率和空間。

車頭

降低車頭高度，可以減少前臉的正壓區(qū)面積，對降低風(fēng)阻有積極的意義，漢的車頭高度比最初方案降低了40mm，風(fēng)阻降低了5 count，如圖9所示。
 
前保險(xiǎn)杠兩側(cè)的拐角位置是氣流管理的關(guān)鍵區(qū)域，設(shè)計(jì)師通常傾向于在此區(qū)域設(shè)計(jì)深坑、凸筋或飾條特征來增加車輛寬度方向的視覺效果，這給風(fēng)阻設(shè)計(jì)帶來很大麻煩，此處的凹凸不平特征非常容易導(dǎo)致氣流分離，分離后氣流與下游車輪外側(cè)的紊亂氣流互相影響，使風(fēng)阻大大增加。所以在此區(qū)域通常會(huì)設(shè)計(jì)空氣簾，將前保險(xiǎn)杠迎風(fēng)面的氣流引導(dǎo)到車輪外側(cè)，來補(bǔ)充車輪外側(cè)分離區(qū)的動(dòng)量。經(jīng)過與造型設(shè)計(jì)師的溝通和迭代優(yōu)化，漢最終在不增加空氣簾的情況下，車輪外的氣流分離區(qū)域很小，局部風(fēng)阻基本沒有增加，如圖10~11所示。新一代“Dragonface”的前臉圓潤平滑，與完全光滑的前臉相比，風(fēng)阻系數(shù)僅增加5count。
 
漢空氣動(dòng)力學(xué)低風(fēng)阻設(shè)計(jì)
 
車尾

車輛前后的壓差阻力是整車風(fēng)阻的主要組成部分，提升車尾部的背壓對降低壓差阻力非常重要。車尾后部的尾渦受渦流旋轉(zhuǎn)的離心作用，渦心位置的壓力較低，應(yīng)使渦心的位置盡可能遠(yuǎn)離車體，以提升車尾部背壓。一般來說，采用圓角形狀的尾部氣流受壁面科恩達(dá)效應(yīng)（CoandaEffect）和尾渦區(qū)內(nèi)的低壓作用影響，容易使尾部氣流沿圓角內(nèi)卷，造成圓角的局部負(fù)壓，并使尾渦中心更靠近車體。而對有清晰的分離邊緣的車尾，氣流果斷分離，受主流區(qū)的慣性作用，氣流向尾渦中心區(qū)內(nèi)卷的現(xiàn)象推遲，尾渦中心離車體更遠(yuǎn)。另一方面，圓角形狀的車尾，在不同雷諾數(shù)下氣流的分離位置是不固定的，而對尖銳邊緣的車尾，分離位置相對固定，尾渦的形態(tài)和風(fēng)阻系數(shù)更穩(wěn)定[8]。因此漢采用了具有清晰分離邊緣的“方尾”造型，車尾四周的氣流分離線清晰，獲得了穩(wěn)定的尾渦結(jié)構(gòu)以及更高的背壓。

 
車底部

車底部的氣流受地面與車體的擠壓效應(yīng)、旋轉(zhuǎn)車輪的擾動(dòng)以及車底部不平度的相互作用，氣流管理難度非常大。車底部風(fēng)阻開發(fā)要求盡可能減少氣流的動(dòng)量損失，主要做到兩點(diǎn)：一是在縱向垂直截面上，氣流從前保險(xiǎn)杠下部受到壓縮進(jìn)入底部后，需要保持在車底表面附著，氣流一旦脫體極易沖擊地面，形成地面次生邊界層，造成極大的動(dòng)量損失。二是在車底的水平截面上，氣流受到旋轉(zhuǎn)車輪的干擾，在車輪后形成較大的氣流分離區(qū)，擠壓車底氣流向中間集中，形成動(dòng)量損失。為了解決這兩個(gè)問題，漢對車底部的電池包以及前后保險(xiǎn)杠的相對高度和布置角度、前輪擾流板的高度和位置、各導(dǎo)流板的形狀角度等進(jìn)行了大量的分析優(yōu)化，來降低車底部氣流的動(dòng)量損失。由圖15對比可以看出，最終方案前輪后的氣流分離得到明顯改善，車底部主流區(qū)的截面寬度增加。

前艙內(nèi)流

前艙進(jìn)氣導(dǎo)致的內(nèi)流損失是整車風(fēng)阻的重要組成部分，貢獻(xiàn)量可達(dá)到10~30count。漢從三方面進(jìn)行前艙氣流管理：一是在滿足整車熱管理需求的基礎(chǔ)上，盡可能減小前格柵的進(jìn)氣面積，并設(shè)計(jì)了主動(dòng)進(jìn)氣格柵（Active GrilleSystem,AGS），如圖17。在冷卻系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)不需要散熱的情況下，關(guān)閉AGS來降低風(fēng)阻。風(fēng)洞試驗(yàn)表明，AGS在關(guān)閉狀態(tài)下比打開狀態(tài)整車風(fēng)阻系數(shù)降低了12count；二是在前格柵到冷卻模塊之間做了良好的密封，使前格柵進(jìn)入的冷卻氣流主要流向冷卻模塊，不向四周擴(kuò)散，降低前艙內(nèi)流阻力的同時(shí)，又可以提升冷卻效率；三是對前艙氣流的流出路徑進(jìn)行管理。前艙氣流沿切向流出到主流區(qū)，比垂向流出更有利于降低風(fēng)阻。采用全覆蓋的前艙下導(dǎo)流板后，前艙內(nèi)的氣流主要流向車輪的輪腔，容易被卷入旋轉(zhuǎn)的車輪，增加動(dòng)量損失。因此漢在前艙下導(dǎo)流板上設(shè)計(jì)了四個(gè)出氣口，引導(dǎo)氣流沿底部切向流出，如圖18~19。同時(shí)在前輪腔的后壁面上增加了大倒角，引導(dǎo)進(jìn)入輪腔內(nèi)的氣流從此處流向底部，而非從輪眉流向側(cè)圍，如圖20~21。
 
 
 
 
低風(fēng)阻輪輞

旋轉(zhuǎn)車輪本身的風(fēng)阻及其所導(dǎo)致的其它部位的風(fēng)阻增加量占整車風(fēng)阻的1/4[5, 6] ， 而漢要求0~100km/h 的加速時(shí)間達(dá)到3.9秒，需采用更寬的輪胎保證抓地力，這增加了風(fēng)阻開發(fā)難度，因此漢在空氣動(dòng)力學(xué)輪輞的開發(fā)方面投入了大量精力?；趯Χ嗫钶嗇y造型方案的仿真分析及優(yōu)化，漢開發(fā)的空氣動(dòng)力學(xué)輪輞風(fēng)阻系數(shù)比全封閉狀態(tài)僅增加4count。對另一款普通輪輞也進(jìn)行了風(fēng)阻優(yōu)化，優(yōu)化后的輪輞比全密封狀態(tài)風(fēng)阻增加7count。如圖23，普通輪輞與空氣動(dòng)力學(xué)輪輞、全封閉輪輞的輪外側(cè)總壓損失相當(dāng)，均達(dá)到較好的減阻效果。
 
 
 

來源：羅秋麗，張風(fēng)利，張榮榮，魏曉沖，李兵，彭倩→汽車低風(fēng)阻開發(fā)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
 
 
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