提高FSAE赛车流场适应性的尾翼结构的制作方法

提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构
技术领域
1.本发明涉及提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构，属于汽车空气动力学领域。


背景技术：

2.fsae方程式(formula sae)是美国汽车工程协会主办的，由本科生、研究生团队构思、设计、制造和驾驶的小型方程式赛车的国际性赛事。近年来，fsae赛车以其开放、设计原创在世界范围内迅速发展。随着比赛水平的不断提高，赛车发动机、底盘技术日益走向成熟，赛车设计者们试图从空气动力学技术上寻求更高的突破。空气动力学特性对fsae赛车各方面性能有重要的影响,其中，气动阻力系数和负升力系数是衡量赛车空气动力学特性的两个关键参数。
3.气动阻力系数保证赛车具有高速行驶性能，负升力系数衡量赛车能够形成何种程度的下压力。据统计，赛车大约80％的附着力是由下压力产生，剩余20％由轮胎提供。足够的下压力可以提高fsae赛车的抓地力，缩短制动距离，提高过弯速度，增加赛车在高速行驶过程中的稳定性,而赛车尾翼正是产生下压力的主要结构。未安装尾翼的fsae赛车，随着赛车车速增加，整车的附着力会减小，导致后轮抓地力不足，在高速入弯时会出现赛车侧滑，难以操控的现象，不仅影响比赛成绩，而且对车手以及赛存在重大的安全隐患。
4.在国内，随着空气动力学在汽车上的应用与发展，各大高校的方程式团队相继在各自设计、制造的fsae赛车上安装尾翼，以求提高赛车的下压力。但是，绝大多数车队均采用直板式尾翼，而这种尾翼由于车架主环和车手头盔的影响，难以有效利用车身中间部位的气流，无法有效提高赛车的下压力。
5.如中国实用新型专利申请号为201820501652.7、专利名称为鲨鱼鳍fsae赛车尾翼的专利，其主翼水平设置，第一襟翼位于主翼后上方，第二襟翼位于第一襟翼后上方，尾翼辅助翼位于主翼正上方，且从其附图可以看出，主翼、第一襟翼、第二襟翼和尾翼辅助翼均呈平直状。由此，赛车的整体下压力仍然不足。


技术实现要素：

6.本发明提供了提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构，它包括：
8.两个端板，每一端板下端均设置有弧形部；
9.一个主翼，所述主翼两端分别固接在两个端板上端的内侧面，且其中间向上拱起；
10.至少一个襟翼，每一襟翼的两端分别固接在两个端板上端的内侧面且依次排列在主翼上方，且每一襟翼的中间向上拱起。
11.一较佳实施例之中：所述弧形部为圆弧形，其半径在200毫米
‑
400毫米之间，其圆心角在75
°‑
90
°
之间。
12.一较佳实施例之中：所述端板上端为竖直部，该竖直部与弧形部呈圆滑过渡。
13.一较佳实施例之中：所述主翼中间向上拱起的高度为该主翼翼展长度的6％
‑
10％。
14.一较佳实施例之中：与主翼相邻的襟翼中间向上拱起的高度为主翼中间向上拱起高度的60％
‑
100％。
15.一较佳实施例之中：距离主翼较远的襟翼中间向上拱起的高度小于等于与其相邻且距离主翼较近的襟翼中间向上拱起的高度。
16.一较佳实施例之中：所述端板采用碳纤维芳纶蜂窝夹心材料，其厚度在4毫米
‑
6毫米之间。
17.一较佳实施例之中：所述主翼和襟翼均采用碳纤维pmi夹心材料。
18.一较佳实施例之中：所述主翼两侧均固接有主翼翼肋，所述主翼翼肋向外凸设有主翼凸耳，所述主翼凸耳设有主翼穿孔，另设有主翼螺栓，该主翼螺栓穿过主翼穿孔后与端板上端相螺接；所述襟翼两侧均固接有襟翼翼肋，所述襟翼翼肋向外凸设有襟翼凸耳，所述襟翼凸耳设有襟翼穿孔，另设有襟翼螺栓，该襟翼螺栓穿过襟翼穿孔后与端板上端相螺接。
19.一较佳实施例之中：还包括支架，该支架底端固接在主翼上且其顶端向主翼前方延伸。
20.本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
21.1.根据伯努利原理，对于平直的主翼和襟翼，上游空气动力学套件会带来涡流，该涡流会直接经过尾翼造成流经尾翼的气流紊乱。而由于主翼和襟翼中间均向上拱起，相较于常见的平直翼片，该主翼和襟翼均能减弱上游部件对下压力的影响，以增加下压力。且，端板下端设置有弧形部，该弧形部产生了一个弧度，减弱了上游流场对尾翼下表面的影响，从而保证fsae赛车尾翼产生的下压力。同时，该尾翼结构简单，可靠性高，成本低，具有很好的推广价值。也可保证该尾翼能适应更多种类的工况。也可保证该尾翼能适应更多种类的工况，不同的气流条件，如不同的空气密度、湿度和温度等条件。
22.2.弧形部为圆弧形，其半径在200毫米
‑
400毫米之间，其圆心角在75
°‑
90
°
之间，该范围内的弧形部，对上游流场气流的优化效果最好。若弧度太大，会导致主翼与襟翼下方的进气减少，影响主翼与襟翼的下压力；若弧度太小，则无法削弱上游流场造成的影响。
23.3.主翼中间向上拱起的高度为该主翼翼展长度的6％
‑
10％，向上拱起的高度太大时会造成拱起部分的攻角过小，从而影响尾翼产生的下压力；向上拱起的高度过小，则无法减小上游流场气流对尾翼的影响。
24.4.与主翼相邻的襟翼中间向上拱起的高度为主翼中间向上拱起高度的60％
‑
100％，可避免主翼与相邻的襟翼之间的间隙太大，避免襟翼失去作用。
25.5.距离主翼较远的襟翼中间向上拱起的高度小于等于与其相邻且距离主翼较近的襟翼中间向上拱起的高度，可避免襟翼与襟翼之间的间隙过大，避免襟翼失去作用。
26.6.端板采用碳纤维芳纶蜂窝夹心材料，其厚度在4毫米
‑
6毫米之间，在保证强度的情况下，用低成本，尽可能地做到轻量化。
27.7.主翼和襟翼均采用碳纤维欸pmi夹心材料，也可保证主翼和襟翼的强度与轻量化。
28.8.主翼螺栓穿过主翼穿孔后与端板上端相螺接,可确保主翼与端板之间的可靠连接；襟翼螺栓穿过襟翼穿孔后与端板上端相螺接，可确保襟翼与端板之间的可靠连接。
29.9.支架底端固接在主翼上且其顶端向主翼前方延伸，该支架可作为尾翼与车身的连接部件，以将尾翼与车架进行牢固连接。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
31.图1绘示了一较佳实施例的提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构的整体示意图。
32.图2绘示了一较佳实施例的提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构的立体分解示意图。
33.图3绘示了图1中去除支架的的立体透视图。
34.图4绘示了两个端板的结构示意图。
35.图5绘示了主翼与襟翼的侧视示意图。
具体实施方式
36.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
37.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
38.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
39.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
40.请查阅图1至图5，提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构的一较佳实施例，所述的提高fsae赛车流场适应性的尾翼结构，它包括两个端板10、一个主翼20和至少一个襟翼30。
41.如图4所示，每一端板10下端均设置有弧形部11。
42.本实施例中，两个端板10呈对称布置，所述弧形部11为圆弧形，且其底端为向内并向下延伸，在端板10的底端趋近竖直状态，也即，该端板10分为三个部分，分别为上端的竖直部12、下端的弧形部11和底端的趋近竖直部13。所述弧形部半径在200毫米
‑
400毫米之间，其圆心角在75
°‑
90
°
之间。该范围内的弧形部，对上游流场气流的优化效果最好。若弧度太大，会导致主翼20与襟翼30下方的进气减少，影响主翼20与襟翼30的下压力；若弧度太小，则无法削弱上游流场造成的影响。本实施例中，所述弧形部半径在300毫米，其圆心角在80
°
。
43.且，所述竖直部12与弧形部11呈圆滑过渡，所述弧形部11与趋近竖直部13呈圆滑过渡，可使得端板10外形更加美观。同时，在所述端板10的后侧还设有导流片14，导流片14
可呈锯齿状或长条状，该导流片14的末端竖直向下延伸，并位于弧形部11与竖直部12之间。
44.本实施例中，所述端板10采用碳纤维芳纶蜂窝夹心材料，其厚度在4毫米
‑
6毫米之间。在保证强度的情况下，用低成本，尽可能地做到轻量化。
45.所述主翼20两端分别固接在两个端板10上端的内侧面，且其中间向上拱起。如图2所示，该主翼20从前至后的厚度渐变小，呈鲨鱼鳍形状。如图5所示，该主翼20的整个中间部分呈弧形拱起，该弧形拱起21延伸至该主翼20的顶端面。
46.本实施例中，所述主翼20中间向上拱起的高度为该主翼20翼展长度的6％
‑
10％，其中主翼20翼展长度为主翼20左右方向的长度。向上拱起的高度太大时会造成拱起部分的攻角过小，从而降低尾翼产生的下压力；向上拱起的高度过小，则无法减小上游流场气流对尾翼的影响。因此，主翼20中间向上拱起的高度取值为主翼20翼展长度的6％
‑
10％，使得尾翼产生的下压力正好在一个合适的范围。
47.本实施例中，如图2所示，所述主翼20两侧均固接有主翼翼肋22，该主翼翼肋22的形状与主翼20纵向截面形状相适配，所述主翼翼肋22向外凸设有三个主翼凸耳23，其中一个位于主翼翼肋22上方，另外两个间隔布置在主翼翼肋22的下方。每一主翼凸耳23设有主翼穿孔，另设有主翼螺栓24，该主翼螺栓24穿过主翼穿孔后与端板10上端相螺接。其中，主翼翼肋22与主翼20之间可通过粘接方式进行连接。
48.本实施例中，该尾翼还包括支架40，该支架40底端固接在主翼20上且其顶端向主翼20前方延伸。具体的，该支架40采用铝合金材质，其后端与主翼20顶面之间通过螺栓进行锁接固定。该支架40可与赛车车身进行连接，以将整个尾翼与车身进行固定。具体的，该支架40呈片状且其包括支架后座41和延伸杆42，该支架后座41设有若干个左右贯穿的镂空孔44，可降低尾翼的整体质量。该支架后座底端设有两个长短不一的锁接杆43，锁接杆43开设有第一锁接孔；对应的，可在主翼20顶面设有凸块(图中未示出)，凸块设有第二锁接孔，另设有支架螺栓，该支架螺栓穿过第一锁接孔后与第二锁接孔相锁接配合以将支架40与主翼20进行固定。且，延伸杆42末端设置有螺接孔，用于与车身进行锁接。
49.本实施例中，所述主翼20采用碳纤维pmi夹心材料，可保证主翼20的强度与轻量化。
50.每一襟翼30的两端分别固接在两个端板10上端的内侧面且依次排列在主翼20上方，且每一襟翼30的中间向上拱起。如图2所示，该襟翼30从前至后的厚度渐变小，也呈鲨鱼鳍形状。根据需要，该襟翼30也可呈平直形状，不以此为限。
51.如图2所示，所述襟翼30两侧均固接有襟翼翼肋31，所述襟翼翼肋31向外凸设有襟翼凸耳32，所述襟翼凸耳32设有襟翼穿孔，另设有襟翼螺栓33，该襟翼螺栓33穿过襟翼穿孔后与端板10上端相螺接。襟翼30与端板10的连接方式和主翼20与端板10的连接方式相同。
52.如图5所示，所述襟翼30设有两个且上下间隔布置。
53.本实施例中，与主翼20相邻的襟翼30中间向上拱起的高度为主翼20中间向上拱起高度的60％
‑
100％，可避免主翼与相邻的襟翼之间的间隙太大，避免襟翼失去作用。如图5所示，与主翼20相邻的襟翼30其前端和后端的中间均向上拱起。距离主翼20较远的襟翼30仅其前端向上拱起，其后端仍呈平直状；如图2所示，距离主翼20较远的襟翼30其前端的顶面和底面的中间均向上拱起。
54.本实施例中，距离主翼20较远的襟翼30中间向上拱起的高度小于等于与其相邻且
距离主翼20较近的襟翼30中间向上拱起的高度。具体的，位于上方的襟翼30底面向上拱起的高度小于等于位于中间的襟翼30底面向上拱起的高度。如此设置，可避免襟翼30与襟翼30之间的间隙过大，避免襟翼30失去作用。
55.本实施例中，所述襟翼30采用碳纤维pmi夹心材料，可保证襟翼30的强度与轻量化。
56.根据伯努利原理，对于平直的主翼和襟翼，上游空气动力学套件会带来涡流，该涡流会直接经过尾翼造成流经尾翼的气流紊乱。而由于主翼20和襟翼30中间均向上拱起，形成组合变截面，相较于常见的平直翼片，该主翼20和襟翼30均能减弱上游部件对下压力的影响，以增加下压力。且，端板10下端设置有弧形部11，该弧形部11产生了一个弧度，减弱了上游流场对尾翼下表面的影响，从而保证fsae赛车尾翼产生的下压力。同时，该尾翼结构简单，可靠性高，成本低，具有很好的推广价值。也可保证该尾翼能适应更多种类的工况，不同的气流条件，如不同的空气密度、湿度和温度等条件。
57.以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。