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SUV鏤空式尾翼的氣動噪聲仿真及優(yōu)化
2020-09-08 12:04:04· 來源：東風(fēng)日產(chǎn)乘用車公司技術(shù)中心 作者：于澤美，吳長鵬，盧祖秉，曹杰汛
【摘要】在某全新開發(fā)的SUV 車型設(shè)計過程中，為降低鏤空式尾翼對整車風(fēng)噪性能的影響，對汽車外部流場及聲場進(jìn)行仿真分析。根據(jù)分析結(jié)果，針對鏤空式尾翼的形狀結(jié)
【摘要】在某全新開發(fā)的SUV 車型設(shè)計過程中，為降低鏤空式尾翼對整車風(fēng)噪性能的影響，對汽車外部流場及聲場進(jìn)行仿真分析。根據(jù)分析結(jié)果，針對鏤空式尾翼的形狀結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化方案并驗證。該研究對尾翼區(qū)域風(fēng)噪仿真方法研究及鏤空式尾翼方案設(shè)計具有一定的參考價值。
引言
近年來，SUV在中國乘用車市場受到消費者的廣泛青睞，同時市場競爭也日益激烈。為了向用戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、贏得更多客戶的滿意，汽車企業(yè)在車輛開發(fā)時愈加重視整體品質(zhì)，如乘坐舒適性等。而汽車振動噪聲就是影響汽車舒適性的重要因素[1]。
SUV的整體造型風(fēng)格日益時尚流行、前衛(wèi)科技，在高級跑車以及賽車上常見的鏤空式尾翼在SUV上逐漸被應(yīng)用。擁有良好空氣動力學(xué)外形結(jié)構(gòu)的鏤空尾翼，不僅能有效降低整車風(fēng)阻[2]，同時為后風(fēng)擋無雨刮設(shè)計提供可能。但是，高速氣流在流經(jīng)鏤空尾翼時產(chǎn)生的分離，極有可能產(chǎn)生很強的渦流，進(jìn)而產(chǎn)生很強的氣動噪聲，并通過后風(fēng)擋玻璃傳入車內(nèi)，影響駕乘體驗。因此，鏤空尾翼設(shè)計中的氣動噪聲問題應(yīng)得到高度重視。
在過去的研究中，A柱及后視鏡的設(shè)計對整車氣動噪聲性能的影響受到普遍關(guān)注，有較為全面的仿真及試驗案例可以參考[3]-[5]。而鏤空尾翼更多的使用在高級跑車或賽車上，在乘用車上仍是較為新穎的設(shè)計，關(guān)于鏤空尾翼的空氣動力學(xué)仿真案例及文獻(xiàn)相對較少。因此，本文參考后視鏡噪聲領(lǐng)域較為成熟的仿真及評價方法，搭建鏤空尾翼區(qū)域仿真模型，對原始方案進(jìn)行仿真計算，并依據(jù)流場結(jié)果對尾翼的形狀結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化對策；再通過對比后風(fēng)擋表面總聲壓級分布云圖、后風(fēng)擋表面平均聲壓級曲線等，評價各對策方案的風(fēng)噪性能，優(yōu)選出最佳方案；最后把3D打印的尾翼安裝到實車上進(jìn)行路試試驗，驗證了此仿真評價方法的有效性。此方法在車輛開發(fā)前期為各尾翼方案快速優(yōu)選提供依據(jù)，同時對鏤空尾翼區(qū)域風(fēng)噪性能仿真方法研究有一定的參考價值。
1 問題背景
某全新開發(fā)的SUV車型上設(shè)計了鏤空式尾翼。在空氣動力學(xué)方面，經(jīng)過前期多輪仿真優(yōu)化，已達(dá)到較為理想的風(fēng)阻水平；污染物管理方面，通過對鏤空尾翼的氣流流向及流量進(jìn)行優(yōu)化，使后風(fēng)擋玻璃在無雨刮設(shè)計的情況下，表面泥土、灰塵附著范圍在可接受范圍內(nèi)；風(fēng)噪方面，鏤空尾翼附近的風(fēng)噪問題則一直是工程師關(guān)注的重點。
當(dāng)高速氣流流經(jīng)鏤空尾翼時，在尾翼下表面附近會產(chǎn)生湍流漩渦。一方面，湍流在后風(fēng)擋玻璃壁面上產(chǎn)生湍流壓力脈動，引起車窗振動，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲；另一方面，渦流本身就是一種噪聲源，其產(chǎn)生的噪聲一部分被風(fēng)擋玻璃反射，另一部分透過玻璃傳入車內(nèi)[6]。由于后風(fēng)擋玻璃距離后席人耳較近，后排乘員的乘坐舒適性極易受到影響。為降低這種影響，需要對鏤空尾翼的氣動噪聲性能進(jìn)行仿真優(yōu)化。
2 基礎(chǔ)方案計算過程
2.1 基本原理
本文的仿真結(jié)果通過求解瞬態(tài)可壓縮Navier-Stokes方程得到，控制方程如下：
本文仿真采用的湍流模型是SST-DDES，這是一種基于
引言
近年來，SUV在中國乘用車市場受到消費者的廣泛青睞，同時市場競爭也日益激烈。為了向用戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、贏得更多客戶的滿意，汽車企業(yè)在車輛開發(fā)時愈加重視整體品質(zhì)，如乘坐舒適性等。而汽車振動噪聲就是影響汽車舒適性的重要因素[1]。
SUV的整體造型風(fēng)格日益時尚流行、前衛(wèi)科技，在高級跑車以及賽車上常見的鏤空式尾翼在SUV上逐漸被應(yīng)用。擁有良好空氣動力學(xué)外形結(jié)構(gòu)的鏤空尾翼，不僅能有效降低整車風(fēng)阻[2]，同時為后風(fēng)擋無雨刮設(shè)計提供可能。但是，高速氣流在流經(jīng)鏤空尾翼時產(chǎn)生的分離，極有可能產(chǎn)生很強的渦流，進(jìn)而產(chǎn)生很強的氣動噪聲，并通過后風(fēng)擋玻璃傳入車內(nèi)，影響駕乘體驗。因此，鏤空尾翼設(shè)計中的氣動噪聲問題應(yīng)得到高度重視。
在過去的研究中，A柱及后視鏡的設(shè)計對整車氣動噪聲性能的影響受到普遍關(guān)注，有較為全面的仿真及試驗案例可以參考[3]-[5]。而鏤空尾翼更多的使用在高級跑車或賽車上，在乘用車上仍是較為新穎的設(shè)計，關(guān)于鏤空尾翼的空氣動力學(xué)仿真案例及文獻(xiàn)相對較少。因此，本文參考后視鏡噪聲領(lǐng)域較為成熟的仿真及評價方法，搭建鏤空尾翼區(qū)域仿真模型，對原始方案進(jìn)行仿真計算，并依據(jù)流場結(jié)果對尾翼的形狀結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化對策；再通過對比后風(fēng)擋表面總聲壓級分布云圖、后風(fēng)擋表面平均聲壓級曲線等，評價各對策方案的風(fēng)噪性能，優(yōu)選出最佳方案；最后把3D打印的尾翼安裝到實車上進(jìn)行路試試驗，驗證了此仿真評價方法的有效性。此方法在車輛開發(fā)前期為各尾翼方案快速優(yōu)選提供依據(jù)，同時對鏤空尾翼區(qū)域風(fēng)噪性能仿真方法研究有一定的參考價值。
1 問題背景
某全新開發(fā)的SUV車型上設(shè)計了鏤空式尾翼。在空氣動力學(xué)方面，經(jīng)過前期多輪仿真優(yōu)化，已達(dá)到較為理想的風(fēng)阻水平；污染物管理方面，通過對鏤空尾翼的氣流流向及流量進(jìn)行優(yōu)化，使后風(fēng)擋玻璃在無雨刮設(shè)計的情況下，表面泥土、灰塵附著范圍在可接受范圍內(nèi)；風(fēng)噪方面，鏤空尾翼附近的風(fēng)噪問題則一直是工程師關(guān)注的重點。
當(dāng)高速氣流流經(jīng)鏤空尾翼時，在尾翼下表面附近會產(chǎn)生湍流漩渦。一方面，湍流在后風(fēng)擋玻璃壁面上產(chǎn)生湍流壓力脈動，引起車窗振動，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲；另一方面，渦流本身就是一種噪聲源，其產(chǎn)生的噪聲一部分被風(fēng)擋玻璃反射，另一部分透過玻璃傳入車內(nèi)[6]。由于后風(fēng)擋玻璃距離后席人耳較近，后排乘員的乘坐舒適性極易受到影響。為降低這種影響，需要對鏤空尾翼的氣動噪聲性能進(jìn)行仿真優(yōu)化。
2 基礎(chǔ)方案計算過程
2.1 基本原理
本文的仿真結(jié)果通過求解瞬態(tài)可壓縮Navier-Stokes方程得到，控制方程如下：
本文仿真采用的湍流模型是SST-DDES，這是一種基于
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