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GA6車型空氣動力學性能開發(fā)

2021-12-03 17:20:11·  來源：汽車CFD技術之家  
　
傳祺GA6設計成一輛高性能運動型轎車，在保證時尚動感的造型風格前提，還兼顧了優(yōu)秀的空氣動力學性能。整個空氣動力學性能開發(fā)過程中，流體分析工程師們對GA6進行
傳祺GA6設計成一輛高性能運動型轎車，在保證時尚動感的造型風格前提，還兼顧了優(yōu)秀的空氣動力學性能。整個空氣動力學性能開發(fā)過程中，流體分析工程師們對GA6進行了大量的CFD仿真分析，實現(xiàn)近百個優(yōu)化方案的分析，1000多小時的分析計算時間，最終實施大約30多個優(yōu)化方案。PT風洞試驗驗證，GA6量產(chǎn)車型的風阻系數(shù)為0.29，最優(yōu)狀態(tài)能通過加裝氣動附件低于0.27。
空氣動力學性能優(yōu)化流程
空氣動力學性能優(yōu)化流程建立在項目開發(fā)流程的基礎上。根據(jù)項目主要節(jié)點，規(guī)定了性能優(yōu)化的主要工作內容和性能目標的控制點。
確定性能目標是性能優(yōu)化的基礎。GA6為GA5換代車型，空氣動力學性能目標設定以GA5作為下限。同時為了尋找性能優(yōu)化參考依據(jù)，進行了GA5車型的風洞試驗對標工作。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，GA5試驗車，基礎狀態(tài)風阻系數(shù)CD為0.310，升力系數(shù)CL為0.223，試驗結果能指導GA6的優(yōu)化方向和氣動附件方案。綜合對標車及同級別市場車型的風阻系數(shù)，GA6的氣動阻力系數(shù)CD目標設定為低于0.31，升力系數(shù)為低于0.22.
空氣動力學性能的優(yōu)化方向主要通過造型優(yōu)化、結構優(yōu)化和氣動附件優(yōu)化，優(yōu)化手段是CFD分析和風洞試驗相結合。造型面優(yōu)化：造型面階段優(yōu)化占主導作用；主題選定后，利用網(wǎng)格變形技術CFD計算優(yōu)化造型面，力求達到過程目標要求及控制?？偛贾脙?yōu)化：前后副車架，下車體高度，油箱高度都對空氣動力學性能有較大影響，該階段可以和總布置共同討論布置方案。氣動件優(yōu)化階段：整車的內流和底部流動是氣動阻力的重要組成之一，優(yōu)化內流和底部流場對降低氣動阻力非常重要。優(yōu)化氣動件一般包括進氣格柵，前端模塊導流板，發(fā)動機下護板，前后輪擋泥罩，前后輪氣壩，前唇氣壩，車底中間護板，車底后部護板，輪輞造型等。
造型面外流場分析及優(yōu)化工作
造型面階段氣動阻力分析及優(yōu)化工作
造型方案多選一提出空氣動力學性能優(yōu)化建議。并通過多模型對比，得到造型參數(shù)多性能的靈敏度，參考優(yōu)秀造型，提出模型改型指導方向。例如，提出鴨尾延長10mm，尾部下保險桿下降20mm，發(fā)動機罩后部抬高10mm，后輪罩前方Y 向增大20mm，共能降低0.01。
主題選定后，整車氣動阻力系數(shù)CD大約0.33，但由于造型對局部方案進行調整，出現(xiàn)以下幾點造成氣動阻力增大（如圖6所示）：a）前保險桿上抬、轉角R半徑減小，造成氣流分離嚴重（應適當改變弧度來引導氣流走向）；b）尾部，后翼子板沒有收縮，造成尾部負壓區(qū)很大（應增加尾部的收縮，減少尾部的負壓區(qū)）；c）A柱截面造成的分離非常嚴重，會增加阻力和噪聲（建議改變A柱截面形狀）；d）尾部上揚氣流較為嚴重（后保險桿下壓并適當延長）。圖3是20130110版CAS和20121127版得對比，造型調整后，整車氣動阻力系數(shù)CD大約0.37，遠超出目標值0.31。
通過制定性能目標控制開發(fā)策略，優(yōu)化任務為造型面階段和氣動附件階段，并落實到零部件的貢獻值。并通過使用先進的網(wǎng)格變形和方案組合尋優(yōu)的技術，快速尋找到對風阻系數(shù)最敏感的造型參數(shù)和區(qū)域，得到達標的優(yōu)化方案，兵推進落實方案。其中圖8為部分區(qū)域進行網(wǎng)格變形的示意圖。
造型主題選定后主要實施的造型優(yōu)化方案有（圖9中方案1～9）：前大燈光順、發(fā)動機罩斜率微調、前保險桿轉角、后保險桿鴨尾優(yōu)化、C柱光順并減小和玻璃面差、前輪距減小、側裙后部外擴、后保險桿鴨尾第二輪優(yōu)化、后視鏡殼體優(yōu)化。主要目的是改善車頭氣流局部分離，輪腔周圍和車身周圍的亂流區(qū)域，以及改善尾流的負壓區(qū)。經(jīng)過造型優(yōu)化的方案實施后，A面簡單底盤模型的氣動阻力系數(shù)共降低了0.035，整車氣動阻力系數(shù)CD大約0.33，達到性能目標控制的過程目標要求。
造型面階段氣動噪聲分析及優(yōu)化工作
后視鏡是對氣動噪聲影響最大的部件，C面階段需要對后視鏡進行氣動噪聲優(yōu)化，保證高速行駛的舒適性。
CFD分析得到造成氣動噪聲過大的原因是：后視鏡支座末端較高、三角板和玻璃面的臺階過高、外型面和三角板的距離前大后小、形面過渡不夠圓滑等。

優(yōu)化方案確定為：將支座Y 截面Z 向高度較小，減小支座末端氣流分離；將三角板和玻璃面的臺階改成斜面過渡；調整后視鏡端面與三角板的距離為前小后大，避免氣流直接沖擊在側窗上，同時改善形面的過渡。同時也對A 柱、后三角窗、后風窗玻璃飾條截面等進行優(yōu)化，對氣動噪聲優(yōu)化均有一定的改善。通過實施以上的優(yōu)化方案，后視鏡周圍及優(yōu)化部件流場、聲源分布得到改善。

經(jīng)過穩(wěn)態(tài)分析和優(yōu)化，初步判定后視鏡的氣動噪聲達標。再根據(jù)穩(wěn)態(tài)計算的噪聲強度云圖來布置駕駛員玻璃面的氣動噪聲監(jiān)測點，圖13所示。經(jīng)過瞬態(tài)分析，各個監(jiān)測點聲壓級值明顯改善，各頻率側窗聲壓級分別也明顯降低，圖14所示。監(jiān)測點聲壓級值最大值和平均值分別降至137.39dB和129.05dB，均達標。

整車模型氣動附件分析及優(yōu)化工作
建立整車CFD分析模型，對整車的空氣動力學性能進行計算分析，并通過仿真手段優(yōu)化發(fā)動機艙內部流動和底盤底部氣流流動。

通過對整車CFD模型進行分析優(yōu)化：a)機艙氣流容易從車輪兩邊溢出，造成兩側氣流分離過大，通過優(yōu)化擋泥罩的密封性能解決該問題；b)發(fā)動機艙氣流直接沖擊到車底，會降低車底氣流的流速，從未改變尾部負壓區(qū)，通過加裝發(fā)動機下護板能很好改善底部氣流流速，c)格柵開口過大，格柵兩側進去的氣流不但影響氣流的冷卻效率，還增加氣動內流阻力，結合散熱器的正投影位置來合理的封閉格柵兩側。


d)底部氣流直接沖擊前輪的速度很高，疊加到車輪的旋轉效應，會產(chǎn)生很混亂的氣流，增加氣動阻力，所以設計引導車輪前方高速氣流的車輪氣壩，包括前輪氣壩和后輪氣壩；e)尾流漩渦分布中，下旋氣流較為嚴重，可設計尾翼改變尾渦的分布，起到降低氣動阻力和氣動升力的雙重效果。



PT試驗車風洞試驗驗證及優(yōu)化工作
GA6的PT風洞試驗，保證外飾件和量產(chǎn)車的外形一致性，風洞試驗現(xiàn)場如圖21、22所示。根據(jù)風洞試驗數(shù)據(jù)，PT試驗車量產(chǎn)配置下風阻系數(shù)CD為0.2926，優(yōu)于目標值0.31；測試最優(yōu)狀態(tài)下，風阻系數(shù)CD 為0.272。
通過仿真與試驗聯(lián)合分析優(yōu)化的方法，保證了GA6 的空氣動力學性能，從選型到整車試驗優(yōu)化，氣動阻力系數(shù)的降幅為0.068，最終量產(chǎn)車型風洞試驗氣動阻力系數(shù)為0.29，最優(yōu)狀態(tài)能通過加裝發(fā)動機下護板、下車體護板、前唇氣壩等氣動附件后，氣動阻力系數(shù)低于0.27。

通過PT數(shù)據(jù)的CFD仿真計算與PT試驗車風洞結果進行對標，一共選取了兩個狀態(tài)進行對標，車輪旋轉時，誤差為-0.54%，車輪不轉動時，誤差0.81%。
（作者：袁俠義，彭麗娟，陳志夫，陳林，湯柱良 ）
（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）
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