Трехмерное моделирование течения газа во впускной системе автомобиля «Формулы Студент»

Abstract

«Формула Студент» – это международное соревнование по конструированию гоночных автомобилей для студентов университетов прикладных наук и технических университетов. Побеждает не та команда, которая создаст самый быстрый гоночный автомобиль, а группа, которая добивается наивысшего общего балла по конструированию, гоночным показателям. Например, расположение внутренних компонентов, прогнозирование аэродинамики системы впуска воздуха имеют решающее значение для оптимизации характеристик автомобиля на различных режимах работы. Система впуска воздуха состоит из впускного патрубка, дроссельной заслонки, ограничителя мощности (рестриктора), воздушной камеры и впускных каналов головки цилиндра. В статье рассматривается использование численного моделирования CFD при конструировании и оптимизации этих компонентов. Проиллюстрированы два основных шага, предпринимаемых для разработки конструкции воздушной камеры и сопоставления ее с длиной всасывающей трубы для оптимизации крутящего момента во всем диапазоне рабочих режимов. Также данная система впуска была оценена акустически и смоделирована с помощью 1-D газовой динамики с использованием программного обеспечения AVL Boost. Таким образом, перед созданием нового прототипа впускного коллектора проектировщик может сэкономить значительное количество времени и ресурсов. Результаты иллюстрируют улучшение качества протекания рабочего процесса двигателя при модификации его модели в AVL Boost

Formula Student Car (FS) is an international race car design competition for students at universities of applied sciences and technical universities. The winning team is not the one that produces the fastest racing car, but the group that achieves the highest overall score in design, racing performance. The arrangement of internal components for example, predicting aerodynamics of the air intake system is crucial to optimizing car performance as speed changes. The air intake system consists of an inlet nozzle, throttle, restrictor, air box and cylinder suction pipes (runners). The paper deals with the use of CFD numerical simulations during the design and optimization of components. In this research article, two main steps are illustrated to develop carefully the design of the air box and match it with the suction pipe lengths to optimize torque over the entire range of operating speeds. Also the current intake system was assessed acoustically and simulated by means of 1-D gas dynamics using the software AVL-Boost. In this manner, before a new prototype intake manifold is built, the designer can save a substantial amount of time and resources. The results illustrate the improvement of simulation quality using the new models compared to the previous AVL-Boost models