图2.2  空套排除区示意图

3  无空气动力学套件赛车外流场仿真分析

3.1  赛车外流场仿真基本方法及操作流程

本文对FSAE赛车外流场进行CFD模拟仿真主要用到的软件为CATIA三维建模软件和ANSYS Workbench仿真协同环境下的ICEM CFD网格划分软件与FLUENT流体仿真分析软件。主要操作流程如下：

1) 在CATIA软件中建立1：1模型，并对模型进行初步处理，包括对曲面进行封闭与实体化以及不同零部件间的装配，并对模型部分细节进行必要的简化。根据外流场模拟仿真的需要建立计算域。最后以stp格式导出模型文件；

2) 打开ANSYS Workbench软件，如图3.1所示，建立Geometry几何模型模块，读取stp格式的模型文件并保存；

3) 建立ICEM CFD网格划分模块，从Geometry几何模型模块中将数据导入ICEM Model，在ICEM中对模型各部件命名并完成网格划分工作；

4) 建立Fluent流体仿真分析模块，从ICEM Model中将划分好的网格文件导入Fluent setup，在Fluent中进行一系列求解设置并完成计算。在Fluent中对计算结果进行后处理，生成压力云图及速度矢量图，导出相关物理参数数据。根据相关图像及数据对赛车外流场仿真结果进行分析。

图3.1  Workbench下各模块关联示意图

3.2  赛车模型建立及前处理

3.2.1  车身造型设计

FSAE赛车车身主要为包覆车架的壳体，从车架前端缓冲块延伸至主环位置，主要功能是对车架、车上零部件及驾驶员包覆保护，并起到美化赛车的作用。同时，为追求尽可能小的气动阻力与气动升力，车身造型上还要满足空气动力学的要求。

车身造型设计主要根据FSC大赛规则中的相关要求进行，同时要保证车身形状尺寸足够包覆车架而不发生干涉。确定基本车身造型及尺寸后，在此基础上进行优化使之符合空气动力学要求，并尽量做到美观。

根据设计草图在Catia软件中按照1：1的比例进行车身建模。如图3.2及图3.3所示，先以车架外包络面为参考绘制车身造型主要构造线，再在构造线基础上建立车身曲面模型。

图3.2  车身造型主要构造线

图3.3  车身造型曲面模型

3.2.2  赛车简化模型建立

赛车简化模型的建立同样在Catia中进行。由于在进行车身建模时，模型中只包含车身的面，需要将车身模型进行封闭并形成实体才可进行下一步操作。同时，为了避免模型细节过多对之后的网格划分造成麻烦，对模型细节进行了必要的简化。简化模型建立过程如下:

1) 忽略赛车排气管等部件以及制造误差的影响，将赛车视作是左右对称的，同时在来流方向与赛车纵轴平行时，计算域可以只取一半，网格数量亦减半以提高计算效率。因此，在建立简化模型时，以赛车中间对称面为界，只建立半边模型；