תפקיד הכוח ב-High-Performance Vehicle Dynamics

מקלקלי רכב הם מכשירים אוויריים שנועדו לנהל את זרימת האוויר סביב כלי רכב, בעיקר כדי לייצר כוח למטה כוח - כוח אנכי פועל כלפי מטה על ה-Ass - מגביר את המגע הצמיגים עם פני השטח, שיפור ישיר של משטח, יציבות פינה וביצועים מתפתלים.ללא מספיק כוח למטה, רכב בחוויות מהירות גבוהות להרים, אשר מפחית את האחיזה ויכול להוביל לאי יציבות מסוכנת.

הפיזיקה שמאחורי הדור של כוח האדם מסתמכת על הלחץ השונה בין פני השטח העליון והנמוך יותר של הספוילר.על ידי עיצוב הספוילר להאיץ את האוויר מעל פני השטח העליון שלה תוך מתן אוויר איטי יותר מתחת, מהנדסים יוצרים אזור של לחץ נמוך יותר מעל ולחץ גבוה יותר למטה, וכתוצאה מכך כוח מטה מטה נטו מטה למטה.

Defining Spoilers vs. Wings in Auto Context

בעוד שלעתים קרובות בשימוש בחילופים, ספוילרים וכנפיים משמשים פונקציות אוויריות נפרדות. a קלקל אמיתי נועד לשבש ולפנות את זרימת האוויר, צמצום המעלית הנגרמת על ידי צורת הגוף של המכונית - לדוגמה, את המרפסת האחורית של dan. בניגוד, כנף (או אווירי) יוצרת כוח על ידי יצירת הבדל דומה למטוס מונע.

Fluid Dynamics: Principles and Workflow for Spoiler Optimization

Fluid Dynamics (CFD) הוא ענף של מכניקת נוזל המשתמש בשיטות ואלגוריתמים מספריים כדי לפתור ולנתח בעיות הכרוכות בזרימות נוזלים.בהנדסת רכב, CFD מאפשר לפשט וירטואלי של רכיבים אווירודינמיים כמו ספוילרים, ביטול הצורך בבדיקות מנהרה רוח יקרות וזמניות במהלך שלבים מוקדמים לפיתוח.

שילוב של Equations ו- Turbulence Modeling

(ברוב סימולציות האירודינמיות של כלי הרכב, ה-Rario-Averaged Navier-Stokes (RANS) מועסקות.משוואות אלה בממוצע את התנודות הסוערות ומודל ההשפעות של זעזוע באמצעות משוואות תחבורה נוספות.מודלים נפוצים כוללים את מודל חישובי FLT:0k-FLT 1 עבור זרמי חיצוני כללי, LT2K-FREST ל-D.

דור ושיקולי איכות

הדיוק של תוצאות CFD תלוי במידה רבה על איכות mesh.עבור ניתוח ספוילר, mesh היברידי באמצעות אלמנטים hexahedral בנוי בתחום הרחוק ולא מתכנס tetrahedral או פוליhedral אלמנטים ליד משטח הקלקל הוא נפוץ. pism שכבות מתווספו בקיר כדי לפתור את שכבת הגבול מולקווס - בדרך כלל 15-20 שכבות עם קצב של 1.2-1.3 ביצועים נמוכים (כלומר, 1⁄2 פונקציות).

תנאים חמורים והגדרות Solver

תנאים טיפוסיים לסימולציה אווירודינמית חיצונית כוללים מהירות אינלט (מהירות הישול, למשל, 30 מ' / של נהיגה בכביש), לחץ החוצה (עמ'), מטוס סימטריה (אם הוא מודל מחצית הרכב), ותנאים ללא-Slip לקיר על רצף ההיתוך וגוף ההפיכה.נוזל התפעולי הוא אוויר בתנאים סטנדרטיים (אוויר) -2 ק"מ / 3, מול משוואות מולקולקלות (OL) ו-S) עלולים למזג אוויר אחד (picupicuptsoltsoltial) ו-DIRD) להגדרות של לחץ אחד (p-Squarepine) ו-Ricupicupicupicupicupicupicupicupicupicupicial) ו-R.

מתודולוגיה CFD עבור Spoiler Shape Optimization

אופטימיזציה באמצעות CFD עוקב אחר תהליך ממריץ מובנה.מהנדסים מתחילים עם עיצוב ספוילר בסיס הנגזר מגיאומטריה קיימת או parametricCAD.הם מגדירים משתנים עיצוב - פרמטרים שניתן לשנות - כגון זווית קלקל של התקפה, אורך אקורד, ריפוי (הונאה), קצה טווח סימולציה (מגובה סימולציה), ו gurney flapapapapation (באמצעות אלגוריתם (מבוסס או אבולוציה), פתרון ביצועים סטנדרטיים של CD בדרך כלל מנפחים של תפקודים (אונדפס) של מחזור זמן מוגבל של תפקוד CD.

אופטימיזציה של פרדוקסלי באמצעות תכנון ניסויים

עיצוב של ניסויים (DOE) הוא טכניקה סטטיסטית לחקור ביעילות את החלל העיצוב.גישות נפוצות כוללות Full Factorial (כל שילובים), עיצוב Composite המרכזי, ולטינית Hypercube Sampling. לדוגמה, מפצה אחורית עם שני משתנים (שלב ו chord) - כל אחד נבדק בחמש רמות - ידרוש 25D ריצות.מתוצאות אלה, מהנדסים לבנות בסיס פולינומי או רדיוני עם תפקוד אופציונלי לחיזוי להגדרה אופטימלית (pre) הוא פתרון אלגוריתם מוגבל ל-PTD.

המונחים: shape Sרגישות Analysis

עבור אופטימיזציה מתקדמת יותר, שיטות אדנגינט compute את ⁇ של הפונקציה האובייקטיבית (למשל, כוח למטה) ביחס לכל משטח mesh node. זה מספק מפה של כמה רגיש ביצועי הספוילר הוא לשינויים צורה מקומית. מהנדסים אז לפענח את הגיאומטריה המפונק לאורך הכיוון ⁇ כדי לשפר ביצועים מתקדמים.

המונחים: arcer downforce

הבנת ההשפעה של כל פרמטר גיאומטרי הוא חיוני עבור אופטימיזציה יעילה.התתת הבאה מפרטת את המשתנים העיקריים כי מהנדסי CFD לתמרן.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

זווית ההתקפה (AoA) - זווית בין קו ספוילר לבין הזרם הנכנס - הוא הפרמטר המשפיע ביותר.הגדלת AoA בדרך כלל מעלה את הייצור על ידי הגדלת הבדל הלחץ, אבל מעבר לזווית קריטית הזרם מפריד בין פני השטח העליון של הספוילר, גורם לאובדן פתאומי של כוח למטה ועלייה חדה בגרור.

אורך עגול ו Camber

אורך מכונדרי משפיע ישירות על שטח פני השטח הזמין לאינטגרציה לחץ - אקורדים ארוכים יותר לייצר יותר כוח אבל גם יותר חיכוך עור גרור.עם זאת, עלייה ב אקורד חייב להיות מאוזנת עם משקל ומגבלות אסתטיות. Camber (טבע) יכול לשפר את כוח על ידי זרימת ריצוף שטוח על פני השטח התחתון (עבור זרם בלתי מסולף) או על פני השטח העליון עבור מקלקל רגיל.

חתימות וצד

לוחות הם צלחות אנכיות בטיפים מקלקל שמונעים אוויר בלחץ גבוה מן פני השטח התחתון שפך סביב קצה על פני השטח העליון בלחץ נמוך, זה מפחית כוח קצה משמר כוח, במיוחד עבור מקלקלנים עם יחסים גבוהים.ניתוח CFD מגלה כי הוספת לוחות קצה יכול להגדיל את כוח עד 8-15% תוך צמצום הצורה והגודל של מחסומים אחוריים (מתאים) עם כמה ממשטח אחוריים או אחוריים כדי שימוש קדימה.

גורני פלאפס עבור ביצועים נוספים

זבוב גורני - כרטיסה אנכית קטנה (15% של אקורד) המצורפת לקצה השביל של הקלקל - הוכח להגדיל את כוח הכוח באופן משמעותי עם עונש גרור מינימלי.זה עובד על ידי שינוי אזור הלחץ הבסיס ותיקון זרימה על פני השטח התחתון. סימולציות CFD מצביע על כך שפל גורני בגודל תקין יכול להניב עלייה של 10-20% מכוח בהתאם לגבהים הבסיס, בדרך כלל להיות אופטימיזציה של 0D.

מחקרים: דוגמאות של FD-Optimized Spoiler בייצור ו Motorsport

יישומים אמיתיים בעולם להוכיח את הערך של אופטימיזציה של FD מונע ספוילרי.לדוגמה, הזרוע האחורית של פורשה 911 GT3 RS פותחה באמצעות סימולציות CFD נרחב כדי למקסם את כוח הפחתת כוח ללא להתפשר על מהירות עליונה. מהנדסים השתמשו גורפים parametric של זווית כנף, עיצוב קצה פלטפורמה, ותצורה רב-element, השגת מעל 400 ק"ג של כוח למטה ב -200 ק"מ /h, באופן דומה להשתמש צוותים 1 אחורי להתאמה אחורית של התאמות אחוריות לעתים קרובות לתוך התאמות אחוריות.

בחלל הרכב החשמלי, הדלפק האחורי של טסלה מודל S פלאד משתמש ב-CDCD כדי להתאים את זוויתו בזמן אמת בהתבסס על מהירות והתנהלות הנהיגה, איזון כוח ליציבות וטווח. אופטימיזציה הבסיסית בוצעה באמצעות שילוב של סימולציות RANS ומודלים מופחתים הזמנה כדי להבטיח יעילות אווירודינמית על פני מעטפה הפעלה רחבה.

שיקולים מעשיים ליישום עיצוב מבוסס CFD בזרימות עבודה הנדסיות

מעבר מבדיקת מנהרות רוח לסימולציה וירטואלית דורש שילוב זהה מהנדסים חייבים לאמת את המודלים של CFD נגד נתונים ניסיוניים לתנאי בסיס - בדרך כלל על ידי השוואת התפלגות יעילות לחץ או אפקטיביות כוח. אימות בונה אמון כי מודל ההפרעה ואסטרטגיה מירש ללכוד את הפיזיקה במדויק.פעם אישר, מודל CFD הופך כלי העיקרי עבור חיפוש.זה חיוני גם לשקול את המשאבים חישוביים הדרושים 24: סימולציה מלאה של אבטחה, בעוד ש-ידי מערכת מחשוב (לאחר זמן עיבוד מלא) עם אופטימיזציה מלאה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה (RPCD הופך כלי מרכזי) עשוי לקחת אופטימיזציה מלאה של 24 שעות עיבוד מלא) עם מעבדים עם אופטימיזציה מלאה של מערכת מחשוב (RPCD הופך כלי מרכזי עבור עיבוד ענן (RPCD הופך כלי מרכזי עבור תכנון).

אופטימיזציה רב-סגולה: Downforce vs. Lift Balance

בפועל, מהנדסים אופטימיזציה עבור מטרות סותרות מרובות: למקסם את הכוח, למזער את גרר, ואולי לשמור על יחס איזון אווירודינמי מסוים (הקדמה-לחזור למטה התפלגות כוח) באמצעות אלגוריתמים גנטיים רב-אובייקטיביים (למשל, NSGA-II), הגבול Pareto נוצר, ועיצוב סופי נבחר על בסיס ביצועי הרכב - מסלול אחר-מכוון עשוי להעדיף את ה-Freto-preto-preto-preto-Rate באופן שיטתי כדי לגרור את ה-Creto-Creto-Creto-Creto-Crepreto-Rate.

מגמות עתידיות ב-CDCV ו-CDCD Optimization

התחום ממשיך להתפתח.טכניקות למידה מכונות - במיוחד רשתות עצביות עמוקות ואוטומטיות - משמשים לחיזוי שדות זרימה מפרמטרים גאומטריה מקלקל, צמצום הצורך בהערכה מלאה של CFD. מערכות אווירודינמיקה Active שמשתנות צורה ספוילר בזמן אמת בהתבסס על נתוני חיישן (למשל, מהירות, ot, היגווט זווית) הם צוברים, ו-CD הוא קריטי לפיתוח על ידי צורות בלתי אפשריות של ייצור, בנוסף לצורות מבוזרות, אופטימיזציה אורגניות, כמו גם לפשטות, אופטימיזציה של צורות ייצור אורגניות יותר, אופטימיזציה, וגמישות, כדי לייצר סימולציות, כמו גם כן, אופטימיזציה של צורות ייצור אורגניות, אופטימיזציה של צורות אחרות, אופטימיזציה של צורות אחרות, אופטימיזציה של ייצור יותר, אופטימיזציה של צורות אחרות, אופטימיזציה של צורות אחרות, אופטימיזציה של ייצור אורגניות, דיסורגוכותלטרה-מדומים, סימולציה, סימולציה, דיסורגוכות, דיסוציאטיביות, אלגוריתמיות, בעבר, אלגוריתמיות, אלגוריתמיות, אלגוריתמיות, אלגוריתמים, אלגוריתמיות, סימולטיביות, סימולגרמה לשיטות הפעלה מחדש של שיטות הפעלה.

מאחר שמכוניות חשמליות סוללה הופכות נפוצות יותר, צמצום גרר האווירודינמיקה הוא המפתח להרחבת טווח.ספיידרס חייבים לייצר כוח עם מינימום ענישה בגרורת, ו-CDCD ממלא תפקיד מרכזי בהשגת זה.שילוב של סימולציות רב-פיזיקה (התחילת CFD עם העברה חום ועומסים מבניים) יאפשר גם עיצוב הוליסטי של ספוילרים שלא רק לנהל אוויר אלא גם תחת רכיבי גוף וקירור.

מסקנה

אופטימיזציה של צורות ספוילר רכב באמצעות דינמיקת נוזל חישובית מייצגת התכנסות של סימולציה מבוססת פיזיקה ועיצוב הנדסי. על ידי חקר באופן שיטתי פרמטרים כגון זווית, אקורד, סומב, מפלטים, ו Gorney flaps דרך RANS ושיטות אדנג'וינט, מהנדסים יכולים להשיג רווחים משמעותיים בירידה תוך שמירה על מודלים פיזיים, מקצרים מחזורי פיתוח, ומאפשרים מאוד מותאמים לפתרונות מחזוריים ומתקדמים יותר של כלי רכב יציבים, אך לא יציבים יותר.

לקריאה נוספת על שיטות ה-CFD באירודינמיקה של רכב, לשקול משאבים מן ה-FLT:0SAE InternationalFLT:1, TheFLT:2NASA CFD תוכנה repositoryFLT 3: ומסמכים אקדמיים על FLT:4adjoint אופטימיזציה בעיצוב רכב:5 .