一种基于猫头鹰翼羽开发的车用发动机散热风扇制造技术

本发明专利技术涉及一种基于猫头鹰翼羽开发的车用发动机散热风扇，该散热风扇是将具有低空气阻力系数、低气动噪声的猫头鹰翼羽特征仿生曲线形状用于散热风扇叶片迎风曲面的设计，将散热风扇叶片曲面纵剖面轮廓曲线应用猫头鹰翼羽纵剖面轮廓曲线、散热风扇叶片准线应用猫头鹰翼羽准线。该叶片结构是基于猫头鹰翼羽开发的仿生型结构，低空气阻力系数、低气动噪声、高散热性能、造型流线、外型美观。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车用发动机散热风扇，具体的说是一种基于猫头鹰翼羽开发的仿生型低空气阻力系数、低气动噪声、高散热性能的车用发动机散热风扇。
技术介绍
正常情况下，发动机在工作时，仅有1/3左右的燃烧能量能够转变为机械能，其余大部分的能量要以热能的形式散失到空气当中。此时若不对发动机进行冷却，则大部分的热能会被发动机零部件所吸收，使发动机零部件温度急剧升高。试验表明，燃烧可使缸内气体温度高达2200K～2800K(1927℃～2527℃)，特别是直接与高温气体直接接触的零部件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作，同时影响发动机内部的润滑、清洗、冷却、密封、防锈蚀、液压、减震缓冲等性能，严重时会开锅、拉缸。目前普通家用轿车发动机平均转速在1000～3500(转/分钟)，跑车发动机平均转速可达到3500～10000(转/分钟)，F1赛车发动机的最高转速可达每分钟18000转，威廉姆斯F1赛车更是高达20000转，如此大的发动机转速跨度区间将导致发动机温度急剧变化，而发动机适宜工作温度却在80℃～90℃，因此必须采用行之有效的方式去快速冷却发动机。目前汽车多采用水冷式散热器，为了提高散热器的冷却能力，在散热器后面安装散热风扇强制通风。传统的汽车散热器风扇是由曲轴直接带动的，当发动机转动时风扇会一直跟着转，不能视发动机温度变化而变化。为了调节散热器的冷却力，要在散热器上装上活动百叶窗以控制风力进入。现代轿车已经普遍使用风扇电磁离合器或者电子风扇，当水温比较低时离合器与转轴分离，风扇不动；当水温比较高时由温度传感器接通电源，使离合器与转轴接合，风扇转动。同样，电子风扇由电动机直接带动，由温度传感器控制电动机运转。这两种形式的散热器电扇运转实际上都由温度传感器控制。但是，在汽车长时间高速运行时以上的散热方式已不能满足行车需求，长途行车一段时候后必须将汽车停止到路边，打开引擎盖进行散热，这种方式虽有效，但效率低、安全性差。基于此，本专利技术提出一种基于猫头鹰翼羽的仿生型低空气阻力系数、低气动噪声、高散热性能的车用散热风扇，结合散热器共同缓解因发动机过热而产生的进气效率降低、发动机功率下降、早燃和爆燃、运动件正常间隙被破坏、运动阻滞、磨损加剧、零件机械性能降低等问题，进一步延长发动机寿命。研究表明，汽车在高速行驶时其主要阻力为空气阻力。当汽车以80km/h的速度行驶时，发动机60％的功率用来克服风阻；当汽车以150km/h的速度行驶时，其风阻是滚动阻力的2-3倍，可以说一辆汽车的空气动力学性能直接影响其动力性、燃油经济性。近年来随着空气动力学的不断发展，汽车发动机进排气系统、冷却系统、车身通风系统等所需要和产生的空气流流经车体内部所产生的阻力(内循环阻力)的优化问题也逐渐引起人们的重视。研究表明，内循环阻力约占整车空气阻力的12％，传统的百叶窗式散热风扇、平片式散热风扇仅能满足车辆的基本散热功能，不具有降低汽车内循环阻力的功能。自然界生物经过亿万年的进化，具有很好的环境适应能力，这为人类的专利技术创造提供了灵感。本专利技术在此基础上经过长时间的研究发现猫头鹰经过长时间的生物进化，其翼羽在飞翔时呈现一定的几何形状(图1)，具有很好的空气导流、降噪除振、减粘降阻等特性，这些特性特别适用于发动机散热风扇。本专利技术在此基础上通过最小二乘法拟合出猫头鹰翼羽纵剖面外轮廓曲线方程与准线方程(横剖面外轮廓曲线方程，下同)并将其应用于发动机散热风扇的设计，由此开发的仿生型散热风扇，能够有效降低汽车内循环阻力，提升汽车的动力性、燃油经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了优化现有车用发动机散热风扇叶片曲面结构，进一步改善汽车燃油经济性，提供一种基于猫头鹰翼羽开发的车用发动机散热风扇，该叶片结构是基于猫头鹰翼羽开发的仿生型结构，低空气阻力系数、低气动噪声、高散热性能、造型流线、外型美观。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于猫头鹰翼羽开发的车用发动机散热风扇，该散热风扇是将具有低空气阻力系数、低气动噪声的猫头鹰翼羽特征仿生曲线形状用于散热风扇叶片迎风曲面的设计，将散热风扇叶片曲面纵剖面轮廓曲线应用猫头鹰翼羽纵剖面轮廓曲线、散热风扇叶片准线应用猫头鹰翼羽准线，具体制造方法是：(1)、将单个猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线与准线绘制于坐标纸上，将坐标纸上曲线经过最小二乘法处理后拟合出猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程(式1-1)与准线方程(式1-2)x＝0.00002127166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747t(1-1)y＝-0.0000266616t3+0.01038254156t2-0.95737477504tx＝0.406t+7.742t0.5(1-2)y＝0.333t-4.073t0.5(2)、将单个猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程与准线方程导入SolidWorks，并与高速摄像机记录的猫头鹰翼羽特征进行对比优化，确保猫头鹰翼羽纵剖面外轮廓曲线与准线的拟合精度，所述拟合次数为三次。(3)、在SolidWorks中绘制圆柱O，其中圆柱外圆半径为60，内圆半径为50，厚度为10，圆柱棱边做圆角处理，圆角半径为2；在圆柱内部绘制三角形加强筋，加强筋为结构稳定的等边三角形，筋厚为5，对加强筋棱边做圆角处理，半径为1；沿圆柱外缘绘制单个散热风扇叶片，叶片结构在LM方向由猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程绘制而成，在RS方向由猫头鹰翼羽准线方程(横剖面外轮廓曲线方程)绘制而成，具体的绘制方法为曲线RS沿曲线LM扫描得到初始的仿生叶片，叶片厚度为1；为进一步降低空气阻力系数和气动噪声，提升散热性能，将绘制的初始叶片从俯视方向顺时针扭转20度，之后对叶片边缘L与S端做圆角处理，其中L端圆角半径为15，S端圆角半径为5；叶片外缘四周也用圆角过度，圆角半径为0.25；单个叶片绘制完成后沿圆柱O外缘以排列组合的方式等角度阵列出其余七个叶片，得到最终的仿生型发动机散热风扇。本专利技术的优点和技术效果是：(1)、本专利技术涉及一种仿生型低内循环阻力、高散热性能的车用发动机散热风扇，其叶片曲面酷似猫头鹰翼羽。本专利技术抛弃了传统的百叶窗式散热风扇、平片式散热风扇的设计。基于此开发的仿生叶片具有低空气阻力系数、低气动噪声、高散热性能、造型流线、外型美观的优点。(2)、本专利技术涉及的发动机散热叶片采用了仿生设计理念。将具有低空气阻力系数、低气动噪声的猫头鹰翼羽用于散热叶片迎风曲面的设计，其中，散热叶片曲面纵剖面轮廓曲线应用猫头鹰翼羽纵剖面轮廓曲线，散热叶片准线应用猫头鹰翼羽准线。散热叶片曲面纵剖面轮廓曲线方程与准线方程见式1-1、1-2，曲线及曲率形式如图3～4所示。x＝0.00002227166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747t(1-1)y＝-0.0000267616t3+0.01038254156t2-0.95737477504tx＝0.406t+7.742t0.5(1-2)y＝0.333t-4.073t0.6(3)、本专利技术涉及的仿生型散热叶片纵剖面外轮廓曲线与准线具有变曲率特性，其中纵剖面外轮廓曲线曲率呈现先增大后变小，再增大的变化趋势，准线曲率呈现逐渐变小的变化趋势。(4)、叶片沿圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于猫头鹰翼羽开发的车用发动机散热风扇，其特征在于：该散热风扇是将具有低空气阻力系数、低气动噪声的猫头鹰翼羽特征仿生曲线形状用于散热风扇叶片迎风曲面的设计，将散热风扇叶片曲面纵剖面轮廓曲线应用猫头鹰翼羽纵剖面轮廓曲线、散热风扇叶片准线应用猫头鹰翼羽准线，具体制造方法是：(1)、将单个猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线与准线绘制于坐标纸上，将坐标纸上曲线经过最小二乘法处理后拟合出猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程(式1‑1)与准线方程(式1‑2)x=0.00002127166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747ty=-0.0000266616t3+0.01038254156t2-0.95737477504t---(1-1)]]>x=0.406t+7.742t0.5y=0.333t-4.0730.5---(1-2)]]>(2)、将单个猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程与准线方程导入SolidWorks，并与高速摄像机记录的猫头鹰翼羽特征进行对比优化，确保猫头鹰翼羽纵剖面外轮廓曲线与准线的拟合精度，所述拟合次数为三次；(3)、在SolidWorks中绘制圆柱O，其中圆柱外圆半径为60，内圆半径为50，厚度为10，圆柱棱边做圆角处理，圆角半径为2；在圆柱内部绘制三角形加强筋，加强筋为结构稳定的等边三角形，筋厚为5，对加强筋棱边做圆角处理，半径为1；沿圆柱外缘绘制单个散热风扇叶片，叶片结构在LM方向由猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程绘制而成，在RS方向由猫头鹰翼羽准线方程绘制而成，具体的绘制方法为曲线RS沿曲线LM扫描得到初始的仿生叶片，叶片厚度为1；为进一步降低空气阻力系数和气动噪声，提升散热性能，将绘制的初始叶片从俯视方向顺时针扭转20度，之后对叶片边缘L与S端做圆角处理，其中L端圆角半径为15，S端圆角半径为5；叶片外缘四周也用圆角过度，圆角半径为0.25；单个叶片绘制完成后沿圆柱O外缘以排列组合的方式等角度阵列出其余七个叶片，得到最终的仿生型发动机散热风扇。...

【技术特征摘要】
1.一种基于猫头鹰翼羽开发的车用发动机散热风扇，其特征在于：该散热风扇是将具有低空气阻力系数、低气动噪声的猫头鹰翼羽特征仿生曲线形状用于散热风扇叶片迎风曲面的设计，将散热风扇叶片曲面纵剖面轮廓曲线应用猫头鹰翼羽纵剖面轮廓曲线、散热风扇叶片准线应用猫头鹰翼羽准线，具体制造方法是：(1)、将单个猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线与准线绘制于坐标纸上，将坐标纸上曲线经过最小二乘法处理后拟合出猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程(式1-1)与准线方程(式1-2)x=0.00002127166235t3-0.00828361022249t2+1.786265612747ty=-0.0000266616t3+0.01038254156t2-0.95737477504t---(1-1)]]>x=0.406t+7.742t0.5y=0.333t-4.0730.5---(1-2)]]>(2)、将单个猫头鹰翼羽的纵剖面外轮廓曲线方程与准线方程导入SolidWorks，并与高速摄像...

【专利技术属性】
技术研发人员：马芳武，倪利伟，蒲永锋，韩丽，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22