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GA6車型空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)

2021-12-03 17:20:11·  來源：汽車CFD技術(shù)之家  
　
傳祺GA6設(shè)計(jì)成一輛高性能運(yùn)動(dòng)型轎車，在保證時(shí)尚動(dòng)感的造型風(fēng)格前提，還兼顧了優(yōu)秀的空氣動(dòng)力學(xué)性能。整個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)過程中，流體分析工程師們對(duì)GA6進(jìn)行
傳祺GA6設(shè)計(jì)成一輛高性能運(yùn)動(dòng)型轎車，在保證時(shí)尚動(dòng)感的造型風(fēng)格前提，還兼顧了優(yōu)秀的空氣動(dòng)力學(xué)性能。整個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)過程中，流體分析工程師們對(duì)GA6進(jìn)行了大量的CFD仿真分析，實(shí)現(xiàn)近百個(gè)優(yōu)化方案的分析，1000多小時(shí)的分析計(jì)算時(shí)間，最終實(shí)施大約30多個(gè)優(yōu)化方案。PT風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證，GA6量產(chǎn)車型的風(fēng)阻系數(shù)為0.29，最優(yōu)狀態(tài)能通過加裝氣動(dòng)附件低于0.27。
空氣動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化流程
空氣動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化流程建立在項(xiàng)目開發(fā)流程的基礎(chǔ)上。根據(jù)項(xiàng)目主要節(jié)點(diǎn)，規(guī)定了性能優(yōu)化的主要工作內(nèi)容和性能目標(biāo)的控制點(diǎn)。
確定性能目標(biāo)是性能優(yōu)化的基礎(chǔ)。GA6為GA5換代車型，空氣動(dòng)力學(xué)性能目標(biāo)設(shè)定以GA5作為下限。同時(shí)為了尋找性能優(yōu)化參考依據(jù)，進(jìn)行了GA5車型的風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)標(biāo)工作。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，GA5試驗(yàn)車，基礎(chǔ)狀態(tài)風(fēng)阻系數(shù)CD為0.310，升力系數(shù)CL為0.223，試驗(yàn)結(jié)果能指導(dǎo)GA6的優(yōu)化方向和氣動(dòng)附件方案。綜合對(duì)標(biāo)車及同級(jí)別市場(chǎng)車型的風(fēng)阻系數(shù)，GA6的氣動(dòng)阻力系數(shù)CD目標(biāo)設(shè)定為低于0.31，升力系數(shù)為低于0.22.
空氣動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)化方向主要通過造型優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和氣動(dòng)附件優(yōu)化，優(yōu)化手段是CFD分析和風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合。造型面優(yōu)化：造型面階段優(yōu)化占主導(dǎo)作用；主題選定后，利用網(wǎng)格變形技術(shù)CFD計(jì)算優(yōu)化造型面，力求達(dá)到過程目標(biāo)要求及控制?？偛贾脙?yōu)化：前后副車架，下車體高度，油箱高度都對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)性能有較大影響，該階段可以和總布置共同討論布置方案。氣動(dòng)件優(yōu)化階段：整車的內(nèi)流和底部流動(dòng)是氣動(dòng)阻力的重要組成之一，優(yōu)化內(nèi)流和底部流場(chǎng)對(duì)降低氣動(dòng)阻力非常重要。優(yōu)化氣動(dòng)件一般包括進(jìn)氣格柵，前端模塊導(dǎo)流板，發(fā)動(dòng)機(jī)下護(hù)板，前后輪擋泥罩，前后輪氣壩，前唇氣壩，車底中間護(hù)板，車底后部護(hù)板，輪輞造型等。
造型面外流場(chǎng)分析及優(yōu)化工作
造型面階段氣動(dòng)阻力分析及優(yōu)化工作
造型方案多選一提出空氣動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化建議。并通過多模型對(duì)比，得到造型參數(shù)多性能的靈敏度，參考優(yōu)秀造型，提出模型改型指導(dǎo)方向。例如，提出鴨尾延長(zhǎng)10mm，尾部下保險(xiǎn)桿下降20mm，發(fā)動(dòng)機(jī)罩后部抬高10mm，后輪罩前方Y(jié) 向增大20mm，共能降低0.01。
主題選定后，整車氣動(dòng)阻力系數(shù)CD大約0.33，但由于造型對(duì)局部方案進(jìn)行調(diào)整，出現(xiàn)以下幾點(diǎn)造成氣動(dòng)阻力增大（如圖6所示）：a）前保險(xiǎn)桿上抬、轉(zhuǎn)角R半徑減小，造成氣流分離嚴(yán)重（應(yīng)適當(dāng)改變弧度來引導(dǎo)氣流走向）；b）尾部，后翼子板沒有收縮，造成尾部負(fù)壓區(qū)很大（應(yīng)增加尾部的收縮，減少尾部的負(fù)壓區(qū)）；c）A柱截面造成的分離非常嚴(yán)重，會(huì)增加阻力和噪聲（建議改變A柱截面形狀）；d）尾部上揚(yáng)氣流較為嚴(yán)重（后保險(xiǎn)桿下壓并適當(dāng)延長(zhǎng)）。圖3是20130110版CAS和20121127版得對(duì)比，造型調(diào)整后，整車氣動(dòng)阻力系數(shù)CD大約0.37，遠(yuǎn)超出目標(biāo)值0.31。
通過制定性能目標(biāo)控制開發(fā)策略，優(yōu)化任務(wù)為造型面階段和氣動(dòng)附件階段，并落實(shí)到零部件的貢獻(xiàn)值。并通過使用先進(jìn)的網(wǎng)格變形和方案組合尋優(yōu)的技術(shù)，快速尋找到對(duì)風(fēng)阻系數(shù)最敏感的造型參數(shù)和區(qū)域，得到達(dá)標(biāo)的優(yōu)化方案，兵推進(jìn)落實(shí)方案。其中圖8為部分區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格變形的示意圖。
造型主題選定后主要實(shí)施的造型優(yōu)化方案有（圖9中方案1～9）：前大燈光順、發(fā)動(dòng)機(jī)罩斜率微調(diào)、前保險(xiǎn)桿轉(zhuǎn)角、后保險(xiǎn)桿鴨尾優(yōu)化、C柱光順并減小和玻璃面差、前輪距減小、側(cè)裙后部外擴(kuò)、后保險(xiǎn)桿鴨尾第二輪優(yōu)化、后視鏡殼體優(yōu)化。主要目的是改善車頭氣流局部分離，輪腔周圍和車身周圍的亂流區(qū)域，以及改善尾流的負(fù)壓區(qū)。經(jīng)過造型優(yōu)化的方案實(shí)施后，A面簡(jiǎn)單底盤模型的氣動(dòng)阻力系數(shù)共降低了0.035，整車氣動(dòng)阻力系數(shù)CD大約0.33，達(dá)到性能目標(biāo)控制的過程目標(biāo)要求。
造型面階段氣動(dòng)噪聲分析及優(yōu)化工作
后視鏡是對(duì)氣動(dòng)噪聲影響最大的部件，C面階段需要對(duì)后視鏡進(jìn)行氣動(dòng)噪聲優(yōu)化，保證高速行駛的舒適性。
CFD分析得到造成氣動(dòng)噪聲過大的原因是：后視鏡支座末端較高、三角板和玻璃面的臺(tái)階過高、外型面和三角板的距離前大后小、形面過渡不夠圓滑等。

優(yōu)化方案確定為：將支座Y 截面Z 向高度較小，減小支座末端氣流分離；將三角板和玻璃面的臺(tái)階改成斜面過渡；調(diào)整后視鏡端面與三角板的距離為前小后大，避免氣流直接沖擊在側(cè)窗上，同時(shí)改善形面的過渡。同時(shí)也對(duì)A 柱、后三角窗、后風(fēng)窗玻璃飾條截面等進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)氣動(dòng)噪聲優(yōu)化均有一定的改善。通過實(shí)施以上的優(yōu)化方案，后視鏡周圍及優(yōu)化部件流場(chǎng)、聲源分布得到改善。

經(jīng)過穩(wěn)態(tài)分析和優(yōu)化，初步判定后視鏡的氣動(dòng)噪聲達(dá)標(biāo)。再根據(jù)穩(wěn)態(tài)計(jì)算的噪聲強(qiáng)度云圖來布置駕駛員玻璃面的氣動(dòng)噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)，圖13所示。經(jīng)過瞬態(tài)分析，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)值明顯改善，各頻率側(cè)窗聲壓級(jí)分別也明顯降低，圖14所示。監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)值最大值和平均值分別降至137.39dB和129.05dB，均達(dá)標(biāo)。

整車模型氣動(dòng)附件分析及優(yōu)化工作
建立整車CFD分析模型，對(duì)整車的空氣動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算分析，并通過仿真手段優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部流動(dòng)和底盤底部氣流流動(dòng)。

通過對(duì)整車CFD模型進(jìn)行分析優(yōu)化：a)機(jī)艙氣流容易從車輪兩邊溢出，造成兩側(cè)氣流分離過大，通過優(yōu)化擋泥罩的密封性能解決該問題；b)發(fā)動(dòng)機(jī)艙氣流直接沖擊到車底，會(huì)降低車底氣流的流速，從未改變尾部負(fù)壓區(qū)，通過加裝發(fā)動(dòng)機(jī)下護(hù)板能很好改善底部氣流流速，c)格柵開口過大，格柵兩側(cè)進(jìn)去的氣流不但影響氣流的冷卻效率，還增加氣動(dòng)內(nèi)流阻力，結(jié)合散熱器的正投影位置來合理的封閉格柵兩側(cè)。


d)底部氣流直接沖擊前輪的速度很高，疊加到車輪的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生很混亂的氣流，增加氣動(dòng)阻力，所以設(shè)計(jì)引導(dǎo)車輪前方高速氣流的車輪氣壩，包括前輪氣壩和后輪氣壩；e)尾流漩渦分布中，下旋氣流較為嚴(yán)重，可設(shè)計(jì)尾翼改變尾渦的分布，起到降低氣動(dòng)阻力和氣動(dòng)升力的雙重效果。



PT試驗(yàn)車風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證及優(yōu)化工作
GA6的PT風(fēng)洞試驗(yàn)，保證外飾件和量產(chǎn)車的外形一致性，風(fēng)洞試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖21、22所示。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，PT試驗(yàn)車量產(chǎn)配置下風(fēng)阻系數(shù)CD為0.2926，優(yōu)于目標(biāo)值0.31；測(cè)試最優(yōu)狀態(tài)下，風(fēng)阻系數(shù)CD 為0.272。
通過仿真與試驗(yàn)聯(lián)合分析優(yōu)化的方法，保證了GA6 的空氣動(dòng)力學(xué)性能，從選型到整車試驗(yàn)優(yōu)化，氣動(dòng)阻力系數(shù)的降幅為0.068，最終量產(chǎn)車型風(fēng)洞試驗(yàn)氣動(dòng)阻力系數(shù)為0.29，最優(yōu)狀態(tài)能通過加裝發(fā)動(dòng)機(jī)下護(hù)板、下車體護(hù)板、前唇氣壩等氣動(dòng)附件后，氣動(dòng)阻力系數(shù)低于0.27。

通過PT數(shù)據(jù)的CFD仿真計(jì)算與PT試驗(yàn)車風(fēng)洞結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，一共選取了兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，誤差為-0.54%，車輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，誤差0.81%。
（作者：袁俠義，彭麗娟，陳志夫，陳林，湯柱良 ）
（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院）
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