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SUV镂空式尾翼的气动噪声仿真及优化
2020-09-08 12:04:04· 来源：东风日产乘用车公司技术中心 作者：于泽美，吴长鹏，卢祖秉，曹杰汛
【摘要】在某全新开发的SUV 车型设计过程中，为降低镂空式尾翼对整车风噪性能的影响，对汽车外部流场及声场进行仿真分析。根据分析结果，针对镂空式尾翼的形状结
【摘要】在某全新开发的SUV 车型设计过程中，为降低镂空式尾翼对整车风噪性能的影响，对汽车外部流场及声场进行仿真分析。根据分析结果，针对镂空式尾翼的形状结构提出优化方案并验证。该研究对尾翼区域风噪仿真方法研究及镂空式尾翼方案设计具有一定的参考价值。
引言
近年来，SUV在中国乘用车市场受到消费者的广泛青睐，同时市场竞争也日益激烈。为了向用户提供更优质的产品、赢得更多客户的满意，汽车企业在车辆开发时愈加重视整体品质，如乘坐舒适性等。而汽车振动噪声就是影响汽车舒适性的重要因素[1]。
SUV的整体造型风格日益时尚流行、前卫科技，在高级跑车以及赛车上常见的镂空式尾翼在SUV上逐渐被应用。拥有良好空气动力学外形结构的镂空尾翼，不仅能有效降低整车风阻[2]，同时为后风挡无雨刮设计提供可能。但是，高速气流在流经镂空尾翼时产生的分离，极有可能产生很强的涡流，进而产生很强的气动噪声，并通过后风挡玻璃传入车内，影响驾乘体验。因此，镂空尾翼设计中的气动噪声问题应得到高度重视。
在过去的研究中，A柱及后视镜的设计对整车气动噪声性能的影响受到普遍关注，有较为全面的仿真及试验案例可以参考[3]-[5]。而镂空尾翼更多的使用在高级跑车或赛车上，在乘用车上仍是较为新颖的设计，关于镂空尾翼的空气动力学仿真案例及文献相对较少。因此，本文参考后视镜噪声领域较为成熟的仿真及评价方法，搭建镂空尾翼区域仿真模型，对原始方案进行仿真计算，并依据流场结果对尾翼的形状结构提出优化对策；再通过对比后风挡表面总声压级分布云图、后风挡表面平均声压级曲线等，评价各对策方案的风噪性能，优选出最佳方案；最后把3D打印的尾翼安装到实车上进行路试试验，验证了此仿真评价方法的有效性。此方法在车辆开发前期为各尾翼方案快速优选提供依据，同时对镂空尾翼区域风噪性能仿真方法研究有一定的参考价值。
1 问题背景
某全新开发的SUV车型上设计了镂空式尾翼。在空气动力学方面，经过前期多轮仿真优化，已达到较为理想的风阻水平；污染物管理方面，通过对镂空尾翼的气流流向及流量进行优化，使后风挡玻璃在无雨刮设计的情况下，表面泥土、灰尘附着范围在可接受范围内；风噪方面，镂空尾翼附近的风噪问题则一直是工程师关注的重点。
当高速气流流经镂空尾翼时，在尾翼下表面附近会产生湍流漩涡。一方面，湍流在后风挡玻璃壁面上产生湍流压力脉动，引起车窗振动，进而产生噪声；另一方面，涡流本身就是一种噪声源，其产生的噪声一部分被风挡玻璃反射，另一部分透过玻璃传入车内[6]。由于后风挡玻璃距离后席人耳较近，后排乘员的乘坐舒适性极易受到影响。为降低这种影响，需要对镂空尾翼的气动噪声性能进行仿真优化。
2 基础方案计算过程
2.1 基本原理
本文的仿真结果通过求解瞬态可压缩Navier-Stokes方程得到，控制方程如下：
本文仿真采用的湍流模型是SST-DDES，这是一种基于
引言
近年来，SUV在中国乘用车市场受到消费者的广泛青睐，同时市场竞争也日益激烈。为了向用户提供更优质的产品、赢得更多客户的满意，汽车企业在车辆开发时愈加重视整体品质，如乘坐舒适性等。而汽车振动噪声就是影响汽车舒适性的重要因素[1]。
SUV的整体造型风格日益时尚流行、前卫科技，在高级跑车以及赛车上常见的镂空式尾翼在SUV上逐渐被应用。拥有良好空气动力学外形结构的镂空尾翼，不仅能有效降低整车风阻[2]，同时为后风挡无雨刮设计提供可能。但是，高速气流在流经镂空尾翼时产生的分离，极有可能产生很强的涡流，进而产生很强的气动噪声，并通过后风挡玻璃传入车内，影响驾乘体验。因此，镂空尾翼设计中的气动噪声问题应得到高度重视。
在过去的研究中，A柱及后视镜的设计对整车气动噪声性能的影响受到普遍关注，有较为全面的仿真及试验案例可以参考[3]-[5]。而镂空尾翼更多的使用在高级跑车或赛车上，在乘用车上仍是较为新颖的设计，关于镂空尾翼的空气动力学仿真案例及文献相对较少。因此，本文参考后视镜噪声领域较为成熟的仿真及评价方法，搭建镂空尾翼区域仿真模型，对原始方案进行仿真计算，并依据流场结果对尾翼的形状结构提出优化对策；再通过对比后风挡表面总声压级分布云图、后风挡表面平均声压级曲线等，评价各对策方案的风噪性能，优选出最佳方案；最后把3D打印的尾翼安装到实车上进行路试试验，验证了此仿真评价方法的有效性。此方法在车辆开发前期为各尾翼方案快速优选提供依据，同时对镂空尾翼区域风噪性能仿真方法研究有一定的参考价值。
1 问题背景
某全新开发的SUV车型上设计了镂空式尾翼。在空气动力学方面，经过前期多轮仿真优化，已达到较为理想的风阻水平；污染物管理方面，通过对镂空尾翼的气流流向及流量进行优化，使后风挡玻璃在无雨刮设计的情况下，表面泥土、灰尘附着范围在可接受范围内；风噪方面，镂空尾翼附近的风噪问题则一直是工程师关注的重点。
当高速气流流经镂空尾翼时，在尾翼下表面附近会产生湍流漩涡。一方面，湍流在后风挡玻璃壁面上产生湍流压力脉动，引起车窗振动，进而产生噪声；另一方面，涡流本身就是一种噪声源，其产生的噪声一部分被风挡玻璃反射，另一部分透过玻璃传入车内[6]。由于后风挡玻璃距离后席人耳较近，后排乘员的乘坐舒适性极易受到影响。为降低这种影响，需要对镂空尾翼的气动噪声性能进行仿真优化。
2 基础方案计算过程
2.1 基本原理
本文的仿真结果通过求解瞬态可压缩Navier-Stokes方程得到，控制方程如下：
本文仿真采用的湍流模型是SST-DDES，这是一种基于
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