方程式赛车尾翼优化设计

汽车尾翼改装的空气动力学原理如今，在城市和乡村的公路，一辆辆汽车是现代交通的重要标识。

为了让车辆在行驶时更加具备稳定性和速度，科技不断地发展新的改进方案，其中之一就是汽车尾翼的改装。

汽车尾翼改装不仅提升了车辆的整体外观，也加强了车辆的空气动力学效能。

本篇文章将从空气动力学方面来探讨汽车尾翼改装。

一、空气动力学概述空气动力学是研究流体(包括气体和液体)在所描述的条件下所发生的力和运动的科学和工程学科。

在汽车行业中，空气动力学是对车辆所受空气力的研究。

空气动力学问题最初是在亚历山大·格拉汉姆·贝尔(Alexander Graham Bell)等人的研究中提出的，他们研究发现，当飞机飞行时，受到空气中动力的影响。

二、汽车尾翼的功能汽车尾翼是位于车体后部的装饰件，可以加强汽车在高速巡航时的稳定性。

尾翼能够在高速情况下改变车身后部的压力分布，增加下压力，从而增加操纵稳定性。

同时，它还可以增加空气动力学减阻，增加车辆速度。

三、空气动力学原理尾翼的空气动力学原理大致可分为三类：抬升、阻力和空气阻力。

在汽车行驶的时候，空气会减弱汽车的速度和稳定性，因此研究空气动力学原理非常重要。

汽车尾翼的设计采用空气动力学的原理，以减少阻力和增强空气气流，提高汽车效率。

抬升力是指空气流动在尾翼上方产生的向上的力。

当汽车在高速行驶时，空气流经尾翼时，会在翼型的上弯面产生低压，而在下弯面产生高压，因而产生向上的力，从而改善汽车的稳定性。

而减阻力就是指在空气阻力作用下降低汽车速度的力。

尾翼对于减阻特别有效，因为它能够减少空气阻力。

翼型可以使空气流动光滑，减少截面积并减少空气阻力。

另外，空气阻力是汽车在运动情况下所受到的阻力，而汽车尾翼的作用就是减少空气阻力。

当汽车在高速运行时，尾翼可以改变汽车的流线型，通过设计翼型和尾翼夹角来使汽车产生向后的力，从而减少空气阻力。

四、尾翼的设计和选购汽车尾翼的设计应该考虑到花纹和翼型的要求。

10.16638/ki.1671-7988.2019.13.045FSAE赛车车身与空气动力学套件设计及其仿真段磊，刘绍娜，黄炯炯，杨耀祖（盐城工学院，江苏盐城224001）摘要：为了提高赛车的成绩，FSAE赛车上通常会引入空气动力学套件来提高整车的操纵性。

文章通过CFD对定风翼翼型、迎角、翼片布置等因素进行分析，确定了具备良好气动特性的定风翼设计方案；通过调整风压中心的位置影响车辆的实际轴荷分配，进而影响整车的转向特性；对赛车车身及涂装渲染的设计；通过CFD分析，整车升阻比达到2.9，整车具有较好的气动特性。

关键词：中国大学生方程式赛车；空气动力学；CFD中图分类号：U463.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)13-134-03Design and Simulation of Body and Aerodynamics Suite for FSAE Racing CarDuan Lei, Liu Shaona, Huang Jiongjiong, Yang Yaozu( Yancheng Institute of Technology, Jiangsu Yancheng 224001 )Abstract: In order to improve the performance of the car, the FSAE car usually introduces an aerodynamic package to improve the handling of the vehicle. In this paper, CFD is used to analyze the factors such as the fixed-air wing type, Angle of attack, and wing layout, so as to determine the Design scheme of the fixed-air wing with good aerodynamic characteristics. By adjusting the position of the wind pressure center to affect the actual axle load distribution of the vehicle, and then affect the steering characteristics of the vehicle, the design of the car body and painting rendering, through CFD analysis, the lift-to-drag radio of the vehicle reaches 2.9, and the vehicle has good aerodynamic characteristics.Keywords: Chinese College Students Formula; Aerodynamics; CFDCLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)13-134-03前言空气动力学套件可以增大作用于车轮的垂直载荷可以有效提高车轮的侧偏刚度[1]，而通过空气动力学手段可以在不增加赛车附重的情况下增加整车的下压力，特别是在弯道时可以增加了轮胎的抓地力，提高了过弯速度，增强了整车的行驶稳定性。

1引言在汽车理论中，车辆越轻，其整体性能与经济性会越好[1]；但同时不能忽略了部件的强度与人机工程的需要。

在大学生方程式赛车的设计中，每一个部件都应充分考虑强度、人机工程和轻量化。

一套好的踏板总成，可以使得车手在驾驶赛车时更加轻松，可以调节踏板位置的机构，满足了不同身材车手的需求，同时利用软件优化结构，可以让踏板为整车轻量化作出贡献。

2相关背景2.1大赛简介中国大学生方程式汽车大赛（下简称“FSAE”）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。

FSAE活动由各高等院校汽车工程或与汽车相关专业的在校学生组队参加。

FSAE要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。

比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目。

在比赛过程中，参赛队员能充分将所学的理论知识运用于实践中。

同时，还学习到组织管理、市场营销、物流运输、赛车运动等多方面知识，培养了良好的人际沟通能力和团队合作精神，成为符合社会需求的全面人才。

2.2设计背景武汉理工大学WUT车队往年的赛车上，并未对踏板进行过优化设计，其中含有很多冗余的结构，增加了整个部件的质量，且关键位置的强度不足，在练车过程中，出现过踏板底板断裂的情况。

同时在历届的赛事中，WUT车队的踏板设计未曾将人机工程考虑在设计过程之中，而在赛事答辩过程中，其中有30分为人机工程分数，人机工程不仅使得车手有更好的驾驶体验，同时有利于车队在静态项目中获得更好的成绩。

规则中的人机工程项目主体分为3个要求，分别为：赛车是否满足不同体型的人？操控及仪表是否满足便捷？能否超越安全性要求？3设计方案与选型3.1主缸布置形式主缸的布置形式有前置式、后置式和立式，前置式有建构简单、拆卸方便的特点，但伸出车头的部分过长，一定程度上影响了赛车的灵活性；后置式主缸外观美观，节约空间，但布置的方式较为复杂，制动力的调节较为复杂；立式主缸有节约空间、安装方便等特点，但主要难度在于踏板杆与主缸体的匹配。

汽车尾翼的原理的应用汽车尾翼的原理•汽车尾翼是一种安装在汽车后方的空气动力学装置，用于改善汽车运动性能和稳定性。

•汽车行驶时，空气会对车辆产生阻力，而尾翼可以利用空气的流动，改变汽车周围气流的流向和速度，从而减小阻力。

•汽车尾翼通过产生下压力，增加车辆在地面上的牵引力，提高车辆的抓地力，增强转弯时的稳定性和操控性。

•汽车尾翼还可以通过改变空气的流动方式，降低车辆的空气阻力系数，减小风阻，提高汽车的速度和燃油经济性。

汽车尾翼的应用赛车运动•汽车尾翼在赛车运动中得到广泛应用，特别是在高速赛车中。

•赛车运动要求汽车具有出色的操控性和稳定性，而尾翼的使用可以大幅度提高车辆的操控性能。

•尾翼可以通过增加下压力，使车辆更加牢固地贴在地面上，增加抓地力，提高车辆的动态稳定性。

•同时，尾翼的存在也使车辆在高速行驶时减小了风阻，提高了车辆的速度。

轿车改装•在轿车改装领域，很多爱好者会在自己的轿车上安装尾翼，以提升个人化和运动化的外观风格。

•轿车尾翼的选择和安装要根据车辆的型号、风阻系数以及个人需求进行考虑。

•安装尾翼后，轿车的外观会更加动感和运动化，同时也会在一定程度上提高车辆的稳定性。

•不过，值得注意的是，在普通道路驾驶中，尾翼的实际效果可能并不明显，所以在选择和安装尾翼时要慎重考虑。

越野车应用•越野车通常具有更高的离地间隙和更强的通过能力，因此尾翼的应用相对较少。

•不过，在某些特殊情况下，尾翼也可以在越野车上发挥一定的作用。

•比如，在高速行驶过程中，尾翼可以减小风阻，提高越野车的速度和燃油经济性。

•同时，尾翼也可以通过增加下压力，提高越野车的抓地力，提升越野能力。

综合评价•汽车尾翼的原理的应用在不同场景下具有不同效果。

•在赛车运动中，尾翼可以显著提升车辆性能，增强操控性和速度。

•在轿车改装领域，尾翼可以提升个人化和运动化的外观风格。

•在越野车应用中，尾翼的效果相对较小，但仍可以在某些情况下提升车辆的性能。

•不过，尾翼的安装和选择要根据实际需求进行慎重考虑，以免带来不必要的麻烦和风险。

方程式赛车尾翼优化设计方程式赛车尾翼在赛车设计中具有至关重要的作用，它能够提供额外的下压力，提高赛车的稳定性和抓地力。

尾翼优化设计是一项相对复杂的任务，需要考虑多个因素，包括流体力学、材料科学、空气动力学等。

在本文中，将对方程式赛车尾翼优化设计进行详细讨论。

首先，要优化方程式赛车尾翼的设计，需要理解尾翼的基本原理和作用。

尾翼通过改变赛车周围流动空气的速度和方向，产生向下的气流压力，从而提供额外的下压力。

下压力可以增加赛车的黏着力，使赛车更好地贴近地面，提高转弯时的稳定性和抓地力。

其次，尾翼的设计应考虑赛车的总体气动性能。

要在赛车的前后轮之间平衡下压力的分布，可以通过调整尾翼的形状、角度和位置来实现。

一般来说，尾翼的角度越大，产生的下压力越大，但也会增加阻力。

因此，在尾翼设计中需要在产生足够的下压力的同时尽量减小阻力。

此外，还需要考虑尾翼的高度、宽度等参数，以保持赛车的整体平衡性和稳定性。

另外，尾翼的材料选择也对其性能有很大影响。

常用的尾翼材料包括纤维增强塑料（FRP）、碳纤维复合材料等。

这些材料具有优良的强度和刚度，同时又相对轻量化，可以减小整个尾翼系统的质量，并提高赛车的加速性能。

在进行尾翼优化设计时，需要借助计算流体力学（CFD）模拟和实际试验。

CFD模拟可以对尾翼的气动性能进行预测和优化。

通过在计算模型中设定不同的尾翼参数，可以模拟不同工况下的气流分布和下压力分布。

根据模拟结果，可以选择最佳的尾翼设计方案，并进行实际试验验证。

此外，尾翼优化设计还需要考虑赛车的运行工况。

不同赛道、不同气候条件下，对尾翼气动性能的要求也会有所不同。

在进行尾翼设计时，需要对赛车运行工况进行全面的分析，包括车速、弯角、风向等参数。

通过对这些参数的综合考虑，可以制定出更加合理和有效的尾翼设计方案。

总之，方程式赛车尾翼的优化设计是一项复杂而重要的任务，需要考虑多个因素，包括流体力学、材料科学等。

通过综合运用计算流体力学模拟和实际试验，并结合赛车运行工况的分析，可以得出合理和高效的尾翼设计方案，为赛车的性能提升提供保障。

技术创新31大学生方程式赛车车架设tt与优化◊常熟理工学院汽车工程学院冯弊张萌罗仕豪李彤王巍许晓怡对于大学生方程式赛车而言，赛车最终成绩评定的各项性能要求中，主要涉及重量和结构。

车架重量影响燃油经济性与动力性，结构影响其强度、可靠性及人机工程配合度，因此需要对方程式车架进行设计及优化。

随着有限元分析法的普及和计算机技术的迅猛发展，有限元分析法也广泛应用在赛车车架的设计中。

有限元技术可以贯穿在车架设计中，拓扑优化设计在设计初期阶段采用，优化材料布局，获得合理的结构方案。

这对于提高赛车的动力性、燃油经济性以及赛车的人机工程性都具有重要意义。

1引言Formula SAE比赛于1979^由美国车辆工程师协会(SAE)开创举办，参加比赛的大学生需要在一年内开发一辆排量为610cc以下的休闲赛车，该赛车同时需要满足装配简单紧凑这一要求，并且该赛车能够满足小工厂每天至少可以生产4辆这一条件。

这项比赛的重点是创造一种更具竞争力的车辆，比现有车辆更疑，更强大，更臨Formula SAE制h战本科生和研究生设计和制造微型方程赛车的能力。

它对整车的设计有一个相对较小的限制，以便为汽车的高弹性设计和自我表达提供创造力和想象空间。

比赛前的每辆车通常用于设计，制造，测试和赛车只有8至12个月。

在与来自世界各地的大学团队的交流和谈判中，比赛让每辆赛车和他们的车队都有机会展示他们的创造力和公平性。

2建模设计2.1车架的基本结构主环：它是位于驾驶员旁边或后面的滚动停止结构。

前环：一个滚动挡块位于驾驶员的脚上，靠近手柄。

防滚架：主环和前环防止侧翻。

防滚架斜撑支撑：用于从主环底部和前环支撑件拉出到主环和前环的结构。

侧边防撞区域：从座板表面到驾驶舱内框架的最低点为240mn逢320mm,车辆从前环到主环的侧面区域。

2.2车架类型的选择依据赛事规则要求，并通过査阅相关文献，总结出以下方案以供选择。

(1)单体壳一底盘结构由外部平板负载。

即车架与车身合为一体，车身就属于车架的一部分的结构。

汽车尾翼文案说到汽车尾翼我们一定不会陌生，我们可以经常在一些高端超跑上看到。

在参加竞赛的赛车上，夸张而复杂的汽车尾翼更是标配。

尾翼更多的出现在竞赛类车型上而不是日常用车型，肯定有其原因。

很直观的视觉感受，汽车尾翼的加装能够提升汽车的运动感。

更重要更实际的一点，尾翼加装的目的是为汽车提供下压力。

这种需求更多体现在追求速度的赛车上。

汽车尾翼最早出现在赛车上，在F1赛车上被运用到了极致。

汽车尾翼的设计原理和飞机机翼的设计原理相似。

飞机机翼的大致截面形状如下，机翼上部凸出，下部扁平。

当空气流过时，机翼上部的流速大于下部的流速，上部的空气密度小于下部的空气密度，这时候便能提供飞机所需的升力。

若要提供下压力，很简单，把飞机机翼倒置即可。

当然，具体的还有好多其他因素需要考虑到尾翼的设计当中，这只是大致的原理。

汽车的侧面轮廓和飞机机翼剖面图非常相似，都是上凸下平的造型，汽车在高速行驶时受到一种向上升的力量，即升力。

升力是飞行的基本要素，但就陆地行驶来说，升力却是不利因素，因为车轮要紧贴路面方能产生抓地力。

抓地力俞强，汽车的操纵性就愈好。

在汽车比赛中，汽车的速度往往会非常的快，这时候如果没有充足的抓地力，汽车很容易失控，后果会非常的严重。

对于赛车来说，速度是最重要的，“动力加十匹不如重量轻一斤“，加装尾翼本身就会增加汽车的风阻和重量，在提供下压力的同时最好能够减轻尾翼的重量，免得为了追求车辆的操作性而损失了速度，得不尝试。

制作尾翼最好的材料就是碳纤维了，强度大，重量轻，广泛的应用在F1和高端豪华跑车上。

如今走在街上经常看到一些家用轿车改装车，有的也会在车屁股上加个大大的尾翼，我感觉实在没有必要。

首先，以我自己的审美来看，真的没有感觉车子变得多么拉风，反而觉得很丑。

另一方面，有些汽车加装的劣质尾翼根本不能提供提供下压力，反而提供升力。

对于家用轿车而言，在日常的使用中很少能够达到需要尾翼来提供额外下压力的速度，安装个尾翼实在没有必要。

基于FSEC方程式赛车的尾翼优化设计及整车压力分布测定1.实验目标：（1）通过CFD模拟不同尾翼在流场的性能进行对比优化。

（2）通过Fluent进行整车计算，得到压力云图与迹线图进行分析。

2.实验原理：FSEC是中国大学生电动方程式大赛的简称，是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛；各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操纵性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车。

本实验基于2017年上海工程技术大学锐狮电动方程式赛车，在攻角优化完成的情况下对于其尾翼进行对比再优化和整车流体分析。

一般而言，方程式赛车的气动阻力系数在0.7-1.0之间，是目前乘用车的二至四倍。

其中一方面因为赛规限制（车轮外露），另一方面是因为方程式赛车的下压力通常比阻力重要。

因此在方程式赛车空气动力学方面则需要良好的处理压力与阻力的关系和气流的流动方向，进而使赛车更有竞争力。

通常在方程式赛车行驶过程中，气流最先达到前翼，前翼控制着空气在赛车其余部位的流动，同时起到提供下压力和减小前轮气动阻力及引流的的作用；侧翼则控制着侧车身气流方向，使整车在结构上更加紧凑，同时减小了后轮的气动阻力，增加了重心处的下压力，使赛车操纵更加平稳；尾翼为赛车后部提供下压力，它占全部下压力的20%-25%。

相对于前翼与侧翼的各种要求，尾翼的用途只有一个，即在尽可能减小气动阻力的情况下提供下压力。

对于尾翼来说，想要获得较高气动压力的途径有：增加升力翼表面积；增加升力翼弧度；通过翼型开缝延迟气流分离。

对于方程式赛车，通常采用组合翼的形式。

通过翼型叠加能够获得更大的翼型攻角，升力系数也随之增加，这是因为气流经过两翼间缝隙时，通过前方翼型尾部的导流作用，使气流方向能够更加贴合后方翼型，因此后方翼型可以获得比前方翼型更大的攻角而不产生气流分离。

在尾翼设计中除了攻角的确定，其次便是翼片的组合与端板的设计；本实验在攻角确定的基础上，分别在CATIA中完成三翼板、双翼板、百叶三翼板的建模，对比不同翼数的性能比与同翼数下是否添加百叶结构的性能比，得到尾翼最终设计方案。

汽车尾翼原理
汽车尾翼，作为汽车空气动力学中的重要组成部分，扮演着提
高车辆稳定性和降低风阻的关键角色。

汽车尾翼的设计原理是基于
空气动力学的基本原理，通过改变车辆尾部的气流特性，达到降低
风阻、增加下压力和提高稳定性的效果。

首先，汽车行驶时，车辆前部会产生气流，这些气流在车身表
面流动并形成气流分离。

当气流分离后，会在车辆尾部形成一个低
压区域，这会导致车辆尾部产生气流涡旋，增加了空气阻力，降低
了车辆稳定性。

而尾翼的设计就是为了改变这种气流特性，减小气
流分离区域，减少气流涡旋，降低空气阻力，提高车辆稳定性。

其次，汽车尾翼的设计原理还包括增加下压力。

在高速行驶时，车辆底部和车轮周围的气流会产生升力，使得车辆失去一部分接地
压力，降低了车辆的稳定性。

而尾翼的设计可以改变尾部气流的流
向和速度，产生一个向下的气流，增加车辆尾部的气动压力，提高
了车辆的下压力，增加了车辆的稳定性和操控性能。

另外，汽车尾翼的设计原理还涉及减小空气阻力。

通过改变车
辆尾部的气流特性，尾翼可以减小车辆尾部的气流涡旋，降低空气
阻力，提高车辆的行驶效率，减少燃油消耗。

这对于提高汽车的动力性能和节能环保具有重要意义。

总的来说，汽车尾翼的设计原理是基于空气动力学的原理，通过改变车辆尾部的气流特性，达到降低风阻、增加下压力和提高稳定性的效果。

尾翼的设计可以减小气流分离区域，增加下压力，并减小空气阻力，从而提高车辆的性能和稳定性。

因此，在汽车设计中，合理设计尾翼结构，对于提高汽车性能和行驶安全具有重要意义。