一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构
阅读说明：本技术 一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构 (Front wing structure for improving front wheel streaming of formula car ) 是由 林继铭 周义翔 黎俊杰 于鹏 张勇 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构,该前翼结构包括主翼、水平端板、外侧竖直端板、外侧襟翼、中间竖直端板、内侧襟翼和内侧竖直端板；外侧襟翼包括依次连接的襟翼水平段、襟翼折弯段和襟翼竖直段,襟翼水平段与中间竖直端板相固接、襟翼竖直段与水平端板相固接,襟翼水平段与襟翼竖直段之间的夹角呈90度；且,该外侧襟翼在襟翼折弯段产生了扭转,使得该外侧襟翼前缘与后缘之间的连线与xy平面之间的夹角α与该外侧襟翼前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β不相同。该前翼结构简单,可靠性高,成本低,易于制造,具有很好的推广价值。同时,外侧襟翼的特殊结构可减少因轮胎绕流而造成的阻力。(The invention discloses a front wing structure for improving the flow around a front wheel of an equation racing car, which comprises a main wing, a horizontal end plate, an outer side vertical end plate, an outer side flap, a middle vertical end plate, an inner side flap and an inner side vertical end plate; the outer side wing flap comprises a wing flap horizontal section, a wing flap bending section and a wing flap vertical section which are sequentially connected, the wing flap horizontal section is fixedly connected with the middle vertical end plate, the wing flap vertical section is fixedly connected with the horizontal end plate, and an included angle between the wing flap horizontal section and the wing flap vertical section is 90 degrees; and the outer side flap is twisted at the flap bending section, so that an included angle alpha between a connecting line between the leading edge and the trailing edge of the outer side flap and an xy plane is different from an included angle beta between the connecting line between the leading edge and the trailing edge of the outer side flap and an xz plane. The front wing has the advantages of simple structure, high reliability, low cost, easy manufacture and good popularization value. Meanwhile, the special structure of the outboard flap can reduce the resistance caused by the tire flow.)
技术领域
本发明涉及一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构。
背景技术
赛车运动起源于1894年，是考验车手与赛车设计师技术水平的比赛项目。本着追求速度的目标，赛车设计师们发明了赛车空气动力学套件。产生的空气动力学效应使得赛车拥有下压力，其产生的下压力增大了轮胎与路面的附着力，使得赛车在弯道中速度更快，刹车距离更短，加速更稳定。
而前翼是赛车空气动力学套件的主要部分，可以在赛车前部产生下压力，达到减小转向不足、优化转向的操控效果。前翼产生的下压力约占整车下压力的30％-50％。
近年来，由于计算流体力学的技术发展，前翼设计越来越先进成熟。前翼可以产生更多下压力。但是前翼的对气流利用程度更大的同时也会产生更多负面效应。由于前翼安装在赛车前部，前翼消耗了这部分气流的能量，同时气流在离开前翼后会产生乱流，这会对气流方向下游的气动特征元件的作用效果产生负面影响。所以，赛车设计师们希望前翼在带来更高下压力的同时还能减少负面效果，产生更多的正面效应，从而优化整车的空气动力学效应，提升赛车的操控性。
由于规则限制，方程式赛车必须是开放轮胎式赛车，轮胎会在旋转中不断扰乱气流，这些气流称为轮胎绕流。且，由于轮胎表面粗糙，使得流过轮胎的气流变得非常混乱，所以轮胎绕流对方程式赛车空气动力学效果危害极大。但由于规则的限制，无法通过包围轮胎的方式减少轮胎绕流的产生，需要从其他方向入手去解决轮胎绕流带来的影响。
发明内容
本发明提供了一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构，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：
一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构，其固接在车身且位于赛车前轮的前侧，该前翼结构包括主翼、水平端板、外侧竖直端板、外侧襟翼、中间竖直端板、内侧襟翼和内侧竖直端板；
所述主翼的端部与水平端板相固接，外侧竖直端板与水平端板相固接且与水平端板相垂直布置，外侧襟翼两端分别与水平端板、中间竖直端板相固接，内侧襟翼两端分别与中间竖直端板、内侧竖直端板相固接，所述内侧竖直端板与车身相固接；
所述外侧襟翼包括依次连接的襟翼水平段、襟翼折弯段和襟翼竖直段，襟翼水平段与中间竖直端板相固接、襟翼竖直段与水平端板相固接，襟翼水平段与襟翼竖直段之间的夹角呈90度；且，该外侧襟翼在襟翼折弯段产生了扭转，使得该外侧襟翼前缘与后缘之间的连线与xy平面之间的夹角α与该外侧襟翼前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β不相同。
一较佳实施例之中：所述外侧襟翼前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β与气流方向与xz平面之间的夹角m的差值小于3°-7°。
一较佳实施例之中：所述外侧襟翼前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β与气流方向与xz平面之间的夹角m的差值小于5°。
一较佳实施例之中：所述襟翼折弯段之折弯半径r大于该外侧襟翼的弦长l。
一较佳实施例之中：所述外侧襟翼的最大翼型厚度b与该外侧襟翼的弦长l的比值小于10％-15％。
一较佳实施例之中：所述外侧襟翼的最大翼型厚度b与该外侧襟翼的弦长l的比值小于13％。
一较佳实施例之中：所述外侧襟翼的弦长l小于所述主翼弦长的40％-60％。
一较佳实施例之中：所述外侧襟翼的弦长l小于所述主翼弦长的50％。
一较佳实施例之中：所述襟翼竖直段长度等于该外侧襟翼的弦长l长度。
一较佳实施例之中：所述外侧襟翼采用树脂或尼龙材料通过3D打印制成，其内部呈空心状态，且其空心部分的体积小于等于该外侧襟翼体积的60％。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.该前翼结构简单，可靠性高，成本低，易于制造，具有很好的推广价值。同时，外侧襟翼的特殊结构可减少因轮胎绕流而造成的阻力，以及，可增大前翼的下压力，减少因轮胎绕流而造成的下压力损失。
2.外侧襟翼前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β与气流方向与xz平面之间的夹角m的差值小于3°-7°，使得在xz平面上的气流不会发生分离。
3.襟翼折弯段之折弯半径r大于该外侧襟翼的弦长l，使得外侧襟翼的下翼面更加平顺，不产生拐角。
4.外侧襟翼的最大翼型厚度b与该外侧襟翼的弦长l的比值小于10％-15％，可使得外侧襟翼附近的气流不易发生分离。
5.外侧襟翼的弦长l小于所述主翼弦长的40％-60％，也可使得外侧襟翼附近的气流不易发生分离。
6.襟翼竖直段长度等于该外侧襟翼的弦长l长度，可使得该外侧襟翼在折弯后在xy平面上能发挥足够的引导气流的效果。
7.外侧襟翼的空心部分的体积小于等于该外侧襟翼体积的60％，可在降低外侧襟翼的重量的同时可保证其足够的强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了该前翼结构与车身的装配示意图。
图2绘示了该前翼结构的侧视示意图。
图3绘示了该前翼结构的立体结构示意图。
图4绘示了该前翼结构去除了内侧襟翼、内侧竖直端板的结构示意图。
图5绘示了水平端板、外侧襟翼、外侧竖直端板的装配示意图。
图6绘示了外侧襟翼在yz方向的侧视示意图。
图7绘示了该前翼结构在xz方向的侧视示意图。
图8绘示了图7的局部Ⅰ处的放大示意图。
图9绘示了该前翼结构在xy方向的俯视示意图。
图10绘示了图9的局部Ⅱ处的放大示意图。
图11绘示了该外侧襟翼对赛车前轮气流的影响示意图。
图12绘示了现有的赛车襟翼对赛车前轮气流的影响示意图。
具体实施方式
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。
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。
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。
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”。
请查阅图1至图12，一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构的一较佳实施例，所述的一种方程式赛车改善前轮绕流的前翼结构，其固接在车身1且位于赛车前轮2的前侧。
该前翼结构包括主翼10、水平端板20、外侧竖直端板30、外侧襟翼40、中间竖直端板50、内侧襟翼60和内侧竖直端板70。
所述主翼10呈长条状，且其倾斜布置。所述主翼10的端部与水平端板20相固接，外侧竖直端板30与水平端板20相固接且与水平端板20相垂直布置，外侧襟翼40两端分别与水平端板20、中间竖直端板50相固接，内侧襟翼60两端分别与中间竖直端板50、内侧竖直端板70相固接，所述内侧竖直端板70与车身1相固接。
本实施例中，所述主翼10左端和右端的结构呈对称布置，也即，主翼10的左右两端均与一个水平端板20相固接；左侧的水平端板20和右侧的水平端板20分别与一个外侧竖直端板30相固接，左侧的外侧竖直端板30和右侧的外侧竖直端板30分别与一个外侧襟翼40相固接，左侧的外侧襟翼40与右侧的外侧襟翼40分别与一个中间竖直端板50相固接，左侧的中间竖直端板50和右侧的中间竖直端板50分别与一个内侧襟翼60相固接，左侧的内侧襟翼60与右侧的内侧襟翼60分别与一个内侧竖直端板70相固接，两个内侧竖直端板70相对布置，且二者的相对面上均设置有U形耳片71，该U形耳片71用于与车身1的连接。如图2所示，每一内侧竖直端板70的内侧面上均设置有两个上下间隔的U形耳片71，且U形耳片71与车身之间通过焊接的方式进行连接，使得其与车身的连接更加牢固。
具体的，如图5所示，所述水平端板20包括依次连接的竖直端板部21、水平端板部22和弧形端板部23。
外侧竖直端板30底端设有第一耳片31，并通过第一螺栓将第一耳片31与水平端板部22相锁接，由此，外侧竖直端板30与水平端板部22呈垂直布置的状态。且，如图3所示，该外侧竖直端板30的外侧还设置有端板翼80，能加强气流上洗的作用。该端板翼80大体呈弧形，且其厚度为前端至后端为渐变小，并倾斜布置。
如图4所示，沿着主翼10长度方向定义为y轴，沿着主翼10宽度放下给你定义为x轴，沿着外侧竖直端板30高度方向定义为z轴。
如图6所示，所述外侧襟翼40包括依次连接的襟翼水平段41、襟翼折弯段42和襟翼竖直段43。本实施例中，左侧的外侧襟翼40与右侧的外侧襟翼40均设有两个，且前后间隔布置。
本实施例中，如图5所示，襟翼水平段41与中间竖直端板50相固接、襟翼竖直段43与水平端板20相固接，襟翼水平段41与襟翼竖直段43之间的夹角k呈90度；且，该外侧襟翼40在襟翼折弯段42产生了扭转，使得该外侧襟翼40前缘与后缘之间的连线与xy平面之间的夹角α与该外侧襟翼40前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β不相同。由此，可使得气流在xy平面以及xz平面内都不会发生分离的现象，最大化效果。
本实施例中，所述襟翼竖直段43长度等于该外侧襟翼40的弦长l长度，可使得该外侧襟翼40在折弯后在xy平面上能发挥足够的引导气流的效果。
本实施例中，所述襟翼折弯段42之折弯半径r大于该外侧襟翼40的弦长l。
本实施例中，如图8所示，所述外侧襟翼40的最大翼型厚度b与该外侧襟翼40的弦长l的比值小于10％-15％。最好，所述外侧襟翼40的最大翼型厚度b与该外侧襟翼40的弦长l的比值小于13％，可使得外侧襟翼40附近的气流不易发生分离。根据需要，所述外侧襟翼40的最大翼型厚度b与该外侧襟翼40的弦长l的比值也可小于10％，或者，也可小于15％，不以此为限。
本实施例中，所述外侧襟翼40的弦长l小于所述主翼弦长的40％-60％。最好，所述外侧襟翼40的弦长l小于所述主翼弦长的50％，也可使得外侧襟翼40附近的气流不易发生分离。
本实施例中，所述外侧襟翼40采用树脂或尼龙材料通过3D打印制成，其内部呈空心状态，且其空心部分的体积小于等于该外侧襟翼40体积的60％。采用树脂，可具有更光滑的表面；采用尼龙，可具有较高的强度；同时，60％的空心设置，可在降低外侧襟翼40的重量的同时可保证其足够的强度。
本实施例中，如图10所示，所述外侧襟翼40前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β与气流方向与xz平面之间的夹角m的差值小于3°-7°。最好，所述外侧襟翼40前缘与后缘之间的连线与xz平面之间的夹角β与气流方向与xz平面之间的夹角m的差值小于5°，使得在xz平面上的气流不会发生分离。
如图5所示，竖直襟翼段43底端设有第二耳片44，实际装配中第二耳片44与该竖直襟翼段43之间通过焊接的方式进行固定；另设有第二螺栓，通过第二螺栓穿过第二耳片44并锁接在水平端板20的水平端板部22。襟翼水平段41左端焊接设有第三耳片45，另设有第三螺栓，通过第三螺栓穿过第三耳片45并锁接在中间竖直端板50上，以将外侧襟翼40与中间竖直端板50进行固定。同理，内侧襟翼60的两端也是通过该方式分别与中间竖直端板50和内侧竖直端板70进行固定。且，如图2所示，该内侧襟翼60呈平直状；且左侧的内侧襟翼60与右侧的内侧襟翼60的个数均设有两个且前后间隔布置。所述中间竖直端板50顶端呈方形，其底端呈三角形。所述内侧竖直端板70的形状与中间竖直端板50的形状大体相同且平行间隔布置。从图1来看，所述外侧襟翼后端正好与赛车前轮2相正对。
所述内侧襟翼60和内侧竖直端板70的设置，可进一步提升前翼的下压力。所述中间竖直端板50将内侧襟翼60与外侧襟翼40进行分隔，也即，其隔断了外侧襟翼40与内侧襟翼60的气流，防止靠近车身的气流被前翼外侧的外洗气流干扰。
如图11所示，当气流流经过外侧襟翼40时，由于该外侧襟翼40具有改变气流方向的特性，气流会随翼型挠曲的方向向前翼外侧流动，向前翼外侧流动的气流绕开了轮胎，减小了轮胎前方的气体压强，使得被轮胎扰动的气流减少。同时这部分气流能量较大，能带走轮胎旋转产生的乱流，轮胎前后压差也减少，有效减少了轮胎的阻力和轮胎旋转带来的升力，优化了整车空气的流动，提升了整车的空气动力学效应。如图12所示，为普通的前翼襟翼结构，气流经过该襟翼后贴合轮胎的端面，增大了轮胎前方的气体压强，使得被轮胎扰动的气流增大。
该前翼结构简单，可靠性高，成本低，易于制造，具有很好的推广价值。同时，外侧襟翼40的特殊结构可减少因轮胎绕流而造成的阻力，以及，可增大前翼的下压力，减少因轮胎绕流而造成的下压力损失。
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。
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