作为汽车空气动力学的主要内容，赛车空气动力学性能研究从研究方法上主要可以分为理论、实验和计算这三种[3]。其中理论法因受数学工具和解析方法的限制，难以满足情况复杂的实际案例的需要。实验法主要分为风洞实验与道路实验，通过实验可以得到真实可信的结果，但在实际操作中，受到了设备、场地、经费的限制，在以大学生为参赛主体的FSAE赛事中难以被车队所普遍采用。计算法（计算流体力学CFD）能够对流场进行模拟从而得到相应图像与数据。计算法适合多种实际工况，具有较高的可操作性。近年来，随着计算机仿真技术的不断提高，仿真计算的准确性也越来越高，因此目前绝大多数的高校车队均以CFD为主要的赛车空气动力性能研究方法[4]。

大学NUT车队自2011年以来已连续参加六届中国大学生方程式汽车大赛（Formula Student China,简称FSC），并取得了优异成绩。本课题以NUT车队赛2017季赛车设计制造为背景，旨在做好赛车的空气动力学性能研究工作，为新赛季赛车设计一套具有良好性能的空气动力学套件，以期在新赛季中获得更好的成绩。

1.2  国内外研究现状

1.2.1  国外研究现状

1.2.2  国内研究现状

1.3  本课题需要解决的问题及采用的方法

本课题主要对车身造型及各空套部件进行选型，再对各空套部件之间相互作用影响进行分析与规律总结，并以此为基础选出空气动力学性能最优的车身造型与空套部件组合。最后对空套部件的安装方案进行设计，从而完成对空套的设计。

整个课题完成过程中主要用到Catia三维建模软件、ANSYS Workbench综合仿真软件等。首先用Catia软件对多个车身及空套部件设计方案进行建模；再通过正交设计试验，对同一部件的不同方案进行组合，并利用Catia软件进行整车装配，接着利用ANSYS Workbench中的Fluent模块对不同组合方案进行CFD仿真，分析各部件之间相互作用对整车空气动力学性能的影响；最后选择确定一套空气动力学性能最优的组合方案，并对各部件进行最终的结构设计与图纸绘制。

2  FSC相关规则介绍

出于安全与公平的考虑，FSC赛事举办方制定了一套完整的大赛规则，对赛车的设计制造提出了严格的要求。在《中国大学生方程式汽车大赛规则（2016版）》中，涉及到车身与空气动力学套件的要求在相关章节中做了详细的介绍。

2.1  车身相关要求和限制

赛车必须车轮外露和座舱敞开（方程式赛车式样）。车轮外露即须满足以下要求：

1) 从垂直车轮上方看，前后车轮上半部分（上半180°）不允许被遮挡；

2) 从侧面看，前后车轮不允许被遮挡；

3) 在转向轮指向正前方时，赛车的任何部分都不能进入排除区，如图2.1所示。从赛车侧面看，排除区长边界由车轮前后各75mm的竖直延伸的两条线组成，宽边界为从轮胎外侧平面到轮胎内侧平面；

4) 车身除了驾驶舱必须开口以外，从赛车最前端到主防滚架（或者防火墙）的这段空间里，不允许车身上有深入驾驶舱的开口。允许在前悬架的零件处有微小的开口。

图2.1  车身排除区示意图

2.2  空气动力学套件相关要求和限制

所有空气动力学装置必须符合以下要求：

1) 从俯视图看，任何空气动力学装置（如负升力翼、底部导流板或分流片）都不可以超出前轮胎前端700mm，不可以比前胎外侧更宽（在前轮中心高度处测量），不可以超出后轮胎后端250mm，不可以比后胎内侧更宽（以后轮中心高度为测量标准）。

2) 从正视图看，高于地面250mm（9.8英寸）的前轮/轮胎部分，不能被任何空气动力学装置遮挡。其中厚度小于25mm的竖直板例外，如图2.2所示[17]。