大学生方程式赛车
车身外流场ANSYS分析报告
指导老师：詹振飞
小组序号：第五小组
小组成员：刘宇航黄志宇
谢智龙陈治安
重庆大学方程式赛车创新实践班
二〇一六年十月
摘要
大学生方程式赛车起源于国外，近几年才在国内兴起并得以迅速发展，成为各个高校研发实力的侧影，因此得到了各个高校的重视，赛车外形设计更是赛车很重要的一部分，它不仅是赛车的外壳，更可以利用空气动力学来为赛车减少阻力，提高赛车的性能。

因此外形设计时赛车总体设计中很重要的一部分，通过有限元法对赛车外壳进行风洞模拟测试对赛车外形的改进及优化分析有重要的意义。

利用ANSYS中的fluent进行有限元模拟风洞试验试验，能够准确反映汽车行驶状态时的空气动力学特性数据，其研究对象主要有汽车空气动力特性和汽车各部位的流场。

ANSYS在此过程中起到极其重要的作用。

对于一辆优秀的赛车而言，它的性能不仅取决于优秀的结构设计和强劲的发动机性能，还在一定程度上取决于它的外形。

赛车的外形不仅能够影响赛车的美观度，更重要的是能够影响车身所受的阻力。

因此，如果赛车有一个好的外观设计，利用好空气动力学的原理，则能够在一定程度上减小车身的阻力，从而提高整车的性能。

本小组利用CATIA等建模软件建立了适当的赛车外观模型。

在此基础上，利用ANSYS中的Fluent进行有限元的模拟风洞试验，并得出了一定的结论，整理成报告。

关键字：CATIA三维设计，车身外流场，ANSYS，风洞模拟，有限元
1.利用三维建模软件建立车身模型
在2016年发布的大赛规则限定的范围内，本小组利用CATIA等相关的建模软件建立了合适的赛车车身模型，以用于后续分析。

2.2016年大赛关于车身的部分规则要求
1)赛车的轴距至少为 1525mm（60 英寸）。

轴距是指在车轮指向正前方时同侧
两车轮的接地面中心点之间的距离。

2)赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的 75%。

3)在正常乘坐并系好安全带的情况下，车的尺寸需适合男性第 95 百分位模板
的乘坐尺寸相关要求。

3.车身模型方案
赛车轴距越大，车身内部纵向空间大。

但相应的车身越大，相应的质量越大。

出于轻量化的原则，且要求赛车的灵活性及降低成本。

综合考虑，车身外形建模轴距定为1620mm。

赛车轮距越大，赛车横向稳定性越好，车内部横向空间更大。

但同样轮距大，质量大，并影响转弯直径。

此外设计前轮距大于后轮距，使赛车具有更好地转向能力。

于是综合考虑，前轮距定为1240mm，后轮距为1190mm。

4.小组作品
设计理念：
本模型采用楔形汽车外形设计，并模仿战斗机外形，使赛车具有较好的可看性和空气动力学特点。

将赛车尾部适当倾斜以削弱尾部的空气涡流，减少阻力。

此外，添加空气动力套件，使赛车更为美观，并增加下压力，增加轮胎附着力，以产生更大驱动力。

5.车身分析处理过程
1.将车身模型导入到ICEM-CFD软件中进行前处理
2.将容差设置在0.1，检查模型面网络
可以看出模型网格的拓扑结构较好
3.建立计算域
计算域沿车长方向取十倍车长（28米），沿车宽方向取10米对称分布，车高方向取十米
4.设置计算域边界，命名模型各部分
5.进行网格划分
设置总体尺寸
6.设置各边界表面的最大尺寸
7.网格划分完毕
网格总数量约为154万个
8.进行网格质量检查
9.显示网格质量
网格质量在0.2以上，满足要求
10.建立沿X轴的切面，并输出网格
11.将网格文件导入Fluent软件中
首先将单位缩放至mm
12.设置计算模型
13.设置进口条件
14.设置出口条件
15.设置计算域壁面条件
16.设置地面滑移条件
17.设置赛车壁面条件
18.设置赛车计算参考数值
19.修改收敛标准改为0.0001
20.设置气动阻力监测曲线
21.设置气动升力监测曲线
22.设置迭代步数为1000并初始化，开始计算
23.1000步迭代计算后，得出并导出数据
赛车所受气动阻力为329N，其中压差阻力为311N，
摩擦阻力为18N，所受气动升力为-573N
24.将数据导入到CFD-POST软件中进行后处理
25.建立赛车表面压力云图属性
26.建立横切面速度矢量图并导出为视频
27.建立截面观察空气流向。