一种仿生型低空气阻力系数赛车用后视镜制造技术

本发明专利技术涉及一种低空气阻力系数汽车后视镜，具体的说是一种具有雨燕翅膀特性的仿生型低空气阻力系数赛车用后视镜，所述车用后视镜壳体外轮廓曲线采用雨燕飞翔时的翅膀特征仿生曲线形状，后视镜壳体的开口端轮廓曲线为椭圆形状，后视镜壳体与车体的连接端轮廓曲线采用半椭圆形状；本发明专利技术改善了赛车的燃油经济性，能够更流畅的剪切气流，隔音、降噪效果更好，提升整车NVH性能，具有结构简单、造型流线、外型美观、风噪小、风阻系数小等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低空气阻力系数汽车后视镜，具体的说是一种具有雨燕翅膀特性的仿生型低空气阻力系数赛车用后视镜。
技术介绍
研究表明，赛车在高速行驶时其主要阻力为空气阻力。当赛车以80km/h的速度行驶时，引擎60％的功率用来克服空气阻力；当赛车以150km/h的速度行驶时，其空气阻力是滚动阻力的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。随着近年来空气动力学的不断发展，赛车表面附件的减阻优化也逐渐引起人们的重视。研究表明赛车表面附件、孔眼、凹槽及缝隙等引起的气流干涉阻力约占总空气阻力的5％～16％。后视镜作为重要的表面附件裸置于汽车外空气流场中，其所引起的阻力为整车空气阻力的2％-5％，同时改变A柱附近的空气流场。这意味着通过优化后视镜几何形状能够有效改善整车动力性、燃油经济性。现有的赛车用后视镜镜头多由镜壳、镜面、镜面托盘组合而成，其中镜壳为与空气接触的直接部件，是影响车身空气阻力系数的直接部件。传统的汽车镜壳多采用圆柱、球体等流线型几何形状组合而成，这主要是出于车身整体流线性、工艺与成本的考虑。实验表明，此种组合形式的后视镜在风洞实验时往往不能表现出良好的空气动力学性能，在一定程度上改善了汽车的燃油经济性。为了改善这一问题，我们采用“仿生设计”的方法重新设计后视镜。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。研究表明，素有“风中使者”之称的雨燕经过长时间的生物进化，其翅膀在飞行时呈现一定的几何形状(图1)，具有很好的空气导流与空气减粘降阻特性。本专利技术在此基础上通过最小二乘法拟合其翅膀纵剖面外轮廓曲线，设计出一种具有低空气阻力系数的赛车用后视镜壳体(图2)，同时提高后视镜的可观瞻性，增加整车的流线性。另外，本专利技术能改善A柱附近的空气流场，减少紊流的存在。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，改善赛车的燃油经济性，提供一种结构简单、造型流线、外型美观、风噪小、风阻系数小的仿生型低空气阻力系数的赛车用后视镜。本专利技术的目的是这样实现的：所述车用后视镜壳体外轮廓曲线采用雨燕飞翔时的翅膀特征仿生曲线EF形状，后视镜壳体的开口端轮廓曲线为椭圆LM形状，后视镜壳体与车体的连接端轮廓曲线采用半椭圆NP形状；具体制造方法是：(1)、通过高速摄像机记录雨燕飞翔时的翅膀特征，将记录的翅膀特征经过优化处理后，将翅膀纵剖面外轮廓曲线绘制于坐标纸上，将坐标纸上数据经过最小二乘法处理后拟合出雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线方程1-1：x=0.007758047t4-0.056892349t3-0.1926581861t2+10.037171287ty=0.0070245124t4-0.051513098t3-0.17444205t2-2.627550761tt∈-415---(1-1)]]>(2)、将雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线方程导入SolidWorks并与高速摄像机记录雨燕飞翔时的翅膀特征进行对比优化，确保雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线的拟合精度，所述拟合次数为三次；(3)、将对比优化后的雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线方程绘制于SolidWorks中，并在相应位置绘制曲线LM、NP，曲线LM为椭圆结构，NP为半椭圆结构，其具体参数如下：椭圆LM的参数为：圆心坐标(94，0)、长轴半径217、短轴半径100。椭圆NP的参数为：圆心坐标(-36，54)、长轴半径100、短轴半径52。仿生曲线EF：x=0.007758047t4-0.056892349t3-0.1926581861t2+10.037171287ty=0.0070245124t4-0.051513098t3-0.17444205t2-2.627550761tt∈0150]]>(4)、曲线LM、NP、EF绘制完成后，将曲线EF作为后视镜壳体外轮廓约束曲线、椭圆LM作为后视镜壳体开口端轮廓曲线修补边界进行曲面填充，将填充后的曲面进行加厚处理，厚度为5mm。将半椭圆NP作为后视镜壳体与车体的连接端轮廓曲线，经过实体拉伸到后视镜壳体后最终得到赛车后视镜壳体结构的主体模型。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空气阻力系数赛车用后视镜，其迎风曲面准线酷似轻巧的雨燕翅膀。本专利技术抛弃了传统的圆柱、球体等“钝体式”后视镜的设计。(2)、本专利技术涉及的仿生型后视镜采用了仿生设计理念。将具有良好空气减粘降阻特性的雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线用于赛车后视镜迎风曲面准线的设计(图3)。后视镜迎风曲面准线方程见式1-1，准线及曲率形式如图5所示。x=0.007758047t4-0.056892349t3-0.1926581861t2+10.037171287ty=0.0070245124t4-0.051513098t3-0.17444205t2-2.627550761tt∈-415---(1-1)]]>(3)、本专利技术涉及的仿生型后视镜迎风曲面准线具有变曲率特性，曲率呈现先变小后增大，再变小又增大，最后趋于直线的变化趋势(图3)。(4)、仿生型后视镜壳体主体由曲面填充而成，其中修补边界曲线为椭圆，约束曲线为雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线。曲面填充具有曲面优化、边界修复、结构简单、造型流线、外型美观、风阻系数小、空气导流性好的优点。椭圆LM的参数为：圆心坐标(94，0)、长轴半径217、短轴半径100。椭圆NP的参数为：圆心坐标(-36，54)、长轴半径100、短轴半径52。(5)、所涉及的仿生型后视镜壳体厚度为5mm，加厚后的曲面均进行圆角处理，其目的是进一步降低引擎盖的风阻系数。(6)、后视镜壳体可采用碳纤维材料。用碳纤维增强树脂基复合材料代替传统的后视镜壳体可有效降低车身整体质量，使进一步降低汽车风噪成为可能。在后视镜壳体形状、前脸厚度、长宽比、支架高度、后脸深度、角度参数、迎风角、切向角不变的前提下，纤维层从上至下的铺层角度方案为[90/45/0](图4)，其中0度方向为后视镜横向。选用此种铺层顺序的目的主要是考虑了后视镜壳体迎风时的弯曲刚度、扭转刚度和模态性能等。(7)、后视镜壳体材料亦可采用生物基材料，植物纤维中的大麻、剑麻、黄麻、棕搁叶和竹纤维等均是非常好的增强材料，它们与可降解基体材料结合制成可完全降解的“绿色复合材料”。用生物基材料代替传统的后视镜壳体材料，可使汽车更加的绿色、环保，生物基原材料可来源于植物的果实、黄豆、甘蔗、红薯、玉米、竹子、亚麻等植物纤维。(8)、后视镜壳体可采用3D打印技术。(9)、本专利技术所涉及的后视镜壳体可根据需要对雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线进行拉伸、旋转，从而设计出不同尺寸的后视镜壳体，满足不同车型的需要。(10)、本专利技术为仿生型后视镜壳体，能够更流畅的剪切气流，隔音、降噪效果更好，提升整车NVH性能。附图说明图1为雨燕飞行时翅膀状态图。图2为本专利技术的低空气阻力系数的仿生型后视镜壳体结构图。图3为本专利技术拟合出来的雨燕翅膀纵剖面外轮廓准线及其曲率变化趋势图。图4为本专利技术后视镜壳体三层纤维层从上至下的铺层角度方案图。图5为本专利技术后视镜壳体。具体实施方式本专利技术涉及具体的实施方式如下：(1)、通过高速摄像机记录雨燕飞翔时的翅膀特征，将记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生型低空气阻力系数赛车用后视镜，其特征在于：所述车用后视镜壳体外轮廓曲线采用雨燕飞翔时的翅膀特征仿生曲线EF形状，后视镜壳体的开口端轮廓曲线为椭圆LM形状，后视镜壳体与车体的连接端轮廓曲线采用半椭圆NP形状；具体制备方法是：(1)、通过高速摄像机记录雨燕飞翔时的翅膀特征，将记录的翅膀特征经过优化处理后，将翅膀纵剖面外轮廓曲线绘制于坐标纸上，将坐标纸上数据经过最小二乘法处理后拟合出雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线方程1‑1：x=0.007758047t4-0.056892349t3-0.1926581861t2+10.037171287ty=0.0070245124t4-0.051513098t3-0.17444205t2-2.627550761t,t∈-415---(1-1)]]>(2)、将雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线方程导入SolidWorks并与高速摄像机记录雨燕飞翔时的翅膀特征进行对比优化，确保雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线的拟合精度，所述拟合次数为三次；(3)、将对比优化后外轮廓曲线方程绘制于SolidWorks中，并在相应位置绘制曲线LM、NP，曲线LM、NP均为椭圆结构，其具体参数如下：椭圆LM的参数为：圆心坐标(94，0)、长轴半径217、短轴半径100；椭圆NP的参数为：圆心坐标(‑36，54)、长轴半径100、短轴半径52；仿生曲线EF：x=0.007758047t4-0.056892349t3-0.1926581861t2+10.037171287ty=0.0070245124t4-0.051513098t3-0.17444205t2-2.627550761t,t∈0150]]>(4)、曲线LM、NP、EF绘制完成后，将曲线EF作为后视镜壳体外轮廓约束曲线、椭圆LM作为后视镜壳体的开口端轮廓曲线修补边界进行曲面填充，将填充后的曲面进行加厚处理，厚度为5mm；将半椭圆NP作为后视镜壳体与车体的连接端轮廓曲线，经过实体拉伸到后视镜壳体后最终得到赛车后视镜壳体结构的主体模型。...

【技术特征摘要】
1.一种仿生型低空气阻力系数赛车用后视镜，其特征在于：所述车用后视镜壳体外轮廓曲线采用雨燕飞翔时的翅膀特征仿生曲线EF形状，后视镜壳体的开口端轮廓曲线为椭圆LM形状，后视镜壳体与车体的连接端轮廓曲线采用半椭圆NP形状；具体制备方法是：(1)、通过高速摄像机记录雨燕飞翔时的翅膀特征，将记录的翅膀特征经过优化处理后，将翅膀纵剖面外轮廓曲线绘制于坐标纸上，将坐标纸上数据经过最小二乘法处理后拟合出雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线方程1-1：x=0.007758047t4-0.056892349t3-0.1926581861t2+10.037171287ty=0.0070245124t4-0.051513098t3-0.17444205t2-2.627550761t,t∈-415---(1-1)]]>(2)、将雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线方程导入SolidWorks并与高速摄像机记录雨燕飞翔时的翅膀特征进行对比优化，确保雨燕翅膀纵剖面外轮廓曲线的拟合精度，所述拟合次数为三次；(3)、将对比优化后外轮廓曲线方程绘制于SolidWorks中，并...

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