馬悅馨

摘 要 本文基于對(duì)模型的流場(chǎng)特性分析，結(jié)合拉丁超立方設(shè)計(jì)方法和最小二乘法創(chuàng)建響應(yīng)面模型，之后探究并分析了混合整型優(yōu)化法，對(duì)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化處理，并將優(yōu)化后與原型設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比分析，表明整個(gè)車量氣動(dòng)阻力在不斷減小，足以說明這種方法對(duì)于提高整車空氣動(dòng)力學(xué)性能具有十分重要的意義，為輕卡貨箱優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞 輕卡 貨箱 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

輕卡是載類貨車的一種類型，根據(jù)車型分類，卡車的最大涉及總質(zhì)量必須要小于3.5噸，近年來，隨著計(jì)算流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用，為輕卡貨箱優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。本文以計(jì)算流體力學(xué)為基礎(chǔ)，建立模型并研究其外部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，最終采用混合整型優(yōu)化法對(duì)輕卡貨箱進(jìn)行了外形優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體探究了輕卡貨箱與輕卡駕駛室之間的間隙，車廂高出駕駛室的高度，在滿足輕卡制造要求的前提下，使得汽車空氣阻力最小，提升了輕卡貨箱的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)載貨車的設(shè)計(jì)和制造水平不斷提升。

1模型建立

文中對(duì)輕卡貨箱模型進(jìn)行建立時(shí)，采用的是CATIA軟件建立三維 CAD模型，以較少的成本，將車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并且最終要保證計(jì)算的結(jié)果正確、可靠。因此，在模型設(shè)計(jì)和建立中，要設(shè)置好具體的計(jì)算參數(shù)，當(dāng)汽車以每小時(shí)80公里的速度行駛時(shí)，在正前方的氣流作用下，要保證汽車的前臉、車軸正面、車輪以及車廂高出駕駛室的部分形成一種正壓區(qū)，這就形成了汽車在正常行駛過程中的空氣阻力，此外，研究汽車在行駛中的氣動(dòng)阻力，由汽車前臉的過渡區(qū)和前擋風(fēng)玻璃到車頂?shù)倪^渡區(qū)，當(dāng)出現(xiàn)流速過大時(shí)，在過度區(qū)就產(chǎn)生了在附著和氣流分離，總體來說，影響輕卡車廂設(shè)計(jì)主要是車廂高出駕駛室的高度和車廂與駕駛室的距離，只有設(shè)計(jì)好這兩大方面，才能最大程度減少空氣阻力和氣動(dòng)阻力，此外，在設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，還要建立響應(yīng)面模型，基于響應(yīng)面法的作用下，通過近似構(gòu)造一個(gè)能夠明確表達(dá)形式的多項(xiàng)式，在對(duì)多個(gè)變量影響因素進(jìn)行綜合分析和研究后，最終達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，提高輕卡貨箱設(shè)計(jì)的科學(xué)性和安全性。

2樣本設(shè)計(jì)

為了提高輕卡貨箱樣本設(shè)計(jì)的有效性，在設(shè)計(jì)過程中必須要選擇好目標(biāo)函數(shù)，確定出試驗(yàn)因子和目標(biāo)函數(shù)之后，采集到所需要的樣本數(shù)據(jù)，以此來建立應(yīng)面模型。設(shè)計(jì)人員具體選擇一種快速、經(jīng)濟(jì)且高效的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，文中具體采用拉丁超立方設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性表現(xiàn)在：對(duì)水平值分級(jí)寬松，有效的空間填充能力，減少了試驗(yàn)的次數(shù)。根據(jù)拉丁超立方設(shè)計(jì)得到設(shè)計(jì)變量后，需要對(duì)設(shè)計(jì)好的模型進(jìn)行修改和完善。設(shè)計(jì)人員依據(jù)迭代計(jì)算進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，當(dāng)輕卡貨箱的高度越小時(shí)，其設(shè)計(jì)越合理，此外，針對(duì)貨箱和輕卡駕駛室之間的距離，一般要保持一定的間隙，提高樣本設(shè)計(jì)的合理性。

3優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)參數(shù)值和設(shè)計(jì)模型，修改和完善輕卡貨箱的高度和貨箱與駕駛室之間的距離，當(dāng)貨箱的高度降低時(shí)，氣流流動(dòng)不會(huì)被阻礙，氣流一般通過貨箱的上方順利流過，這樣就大大降低了空氣的阻力，且不會(huì)產(chǎn)生二次分離，另外，在研究貨箱與輕卡駕駛室之間的距離時(shí)，由于駕駛室的形狀是上窄下寬，這時(shí)候在設(shè)計(jì)時(shí)要將兩側(cè)氣流流到貨箱，且之間要存在一個(gè)過度區(qū)域，其目的是輕卡貨車在正常行駛中，減少空氣的阻力，確保氣流順利通過。總之，在對(duì)輕卡貨箱進(jìn)行優(yōu)化并設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)把握好輕卡貨箱與輕卡駕駛室之間的間隙和車廂高出駕駛室的高度。使得汽車空氣阻力最小。

4結(jié)語

綜上所述，為了提高整車空氣動(dòng)力學(xué)性能，優(yōu)化CFD效率，因此，探究、分析輕卡貨箱優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。筆者通過自身多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，以及自身對(duì)貨車設(shè)計(jì)要求的了解，提出從模型建立，樣本設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果具體進(jìn)行，通過分析輕卡外流場(chǎng)特性和汽車在正常行駛下的氣動(dòng)阻力，最終研究結(jié)果表明：輕卡貨箱的高度越小其設(shè)計(jì)越合理，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)輕卡貨箱時(shí)，在滿足使用要求的前提下，可以盡可能的降低其高度，此外，可以適當(dāng)加大貨箱與駕駛室之間的距離，確保氣流能夠順利流過，將二者之間的距離看作過度區(qū)域，以合適的間隙來減少空氣的阻力，希望通過本文的介紹和分析能夠進(jìn)一步提升輕卡貨箱設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，不斷提升我國(guó)載貨車型設(shè)計(jì)和制造水平。

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