一種仿生分割式跑車(chē)用引擎蓋外板制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種分割式引擎蓋外板，具體的說(shuō)是一種具有鷹嘴特性的仿生分割式跑車(chē)用引擎蓋外板。該引擎蓋外板采用了仿生設(shè)計(jì)理念，將具有良好空氣減粘降阻特性的獵鷹鷹嘴用于跑車(chē)引擎蓋設(shè)計(jì)，即將引擎蓋外板外輪廓曲線采用獵鷹嘴部縱剖面外輪仿生特性曲線形狀，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)能夠更好地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的其他零部件起到包絡(luò)作用，隔熱、隔音效果更好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造型流線、外型美觀、風(fēng)阻系數(shù)小。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種分割式引擎蓋，具體的說(shuō)是一種具有鷹嘴特性的仿生分割式跑車(chē)用引擎蓋外板。技術(shù)背景實(shí)驗(yàn)表明，跑車(chē)在高速行駛時(shí)其主要阻力為空氣阻力。當(dāng)跑車(chē)以80km/h的速度行駛時(shí)，引擎60％的功率用來(lái)克服空氣阻力；當(dāng)跑車(chē)以150km/h的速度行駛時(shí)，其空氣阻力是滾動(dòng)阻力的2-3倍。進(jìn)一步研究表明，空氣阻力與汽車(chē)車(chē)度的平方成正比，并且汽車(chē)用于克服空氣阻力而消耗的功率與汽車(chē)速度的三次方成正比。可以說(shuō)一輛汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)性能直接影響其燃油經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)驗(yàn)研究表明，通過(guò)優(yōu)化車(chē)身引擎蓋幾何形狀可有效降低車(chē)身空氣阻力系數(shù)，如車(chē)身空氣阻力系數(shù)降低10％，則可節(jié)省燃油7％左右。這意味著通過(guò)優(yōu)化車(chē)身引擎蓋幾何形狀能夠有效改善整車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性。現(xiàn)有的跑車(chē)引擎蓋多采用三明治結(jié)構(gòu)，即由內(nèi)板(圖1)、夾層、外板(圖2)組合而成，其中外板為與空氣接觸的直接部件，是影響車(chē)身空氣阻力系數(shù)的直接部件。傳統(tǒng)的跑車(chē)引擎蓋外板多采用模具沖壓而成，沖壓模具幾何結(jié)構(gòu)大體呈現(xiàn)圓柱形狀，這主要是出于成本與工藝的考慮。但是，由此沖壓的引擎蓋外板在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)往往不能表現(xiàn)出良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能，這在一定程度上影響了汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。為了改善這一問(wèn)題，我們采用“仿生設(shè)計(jì)”的方法重新設(shè)計(jì)引擎蓋外板。自然界生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的進(jìn)化，具有很好的環(huán)境適應(yīng)能力，這為人類(lèi)的專(zhuān)利技術(shù)創(chuàng)造提供了靈感。研究表明“空中霸主”獵鷹經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的生物進(jìn)化，其嘴部在飛行時(shí)具有很好的空氣導(dǎo)流與空氣減粘降阻特性(圖3)。本專(zhuān)利技術(shù)在此基礎(chǔ)上通過(guò)最小二乘法擬合其嘴部縱剖面外輪廓曲線并設(shè)計(jì)出一種具有低空氣阻力系數(shù)的引擎蓋外板(圖4)，同時(shí)提高引擎蓋的可觀瞻性、增加整車(chē)的流線性。另外，本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種分割式引擎蓋，主要目的是減少維修費(fèi)用、保護(hù)行人、降低車(chē)身質(zhì)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是為改善汽車(chē)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造型流線、外型美觀、風(fēng)阻系數(shù)小的仿生分割式跑車(chē)用引擎蓋外板。本專(zhuān)利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種仿生分割式跑車(chē)用引擎蓋外板，所述引擎蓋外板外輪廓曲線采用獵鷹嘴部縱剖面外輪仿生特性曲線形狀；具體制造方法如下：(1)、通過(guò)高速攝像機(jī)記錄獵鷹飛翔時(shí)的嘴部特征，將記錄的嘴部特征經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后，將嘴部縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標(biāo)紙上，將坐標(biāo)紙上數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)最小二乘法處理后擬合出獵鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線方程，詳見(jiàn)下式：x=0.406t+7.742t0.5y=0.333t-4.073t0.5,t∈0150---(1-1);]]>(2)、將獵鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線方程導(dǎo)入SolidWorks并與高速攝像機(jī)記錄獵鷹飛翔時(shí)的嘴部特征進(jìn)行對(duì)比化后，確保擬合精度，所采用的擬合次數(shù)為三次；(3)、將對(duì)比優(yōu)化后外輪廓曲線方程EF繪制于SolidWorks中，并在相應(yīng)位置繪制曲線LM、NP，曲線LM、NP均為圓弧結(jié)構(gòu)，其具體參數(shù)如下：圓弧LM：圓心坐標(biāo)(-708.65696848，0.00)、點(diǎn)L坐標(biāo)(-169.67354126，109.53020213)、點(diǎn)M坐標(biāo)(-169.67354126，-109.53020213)、圓弧半徑550.00。圓弧NP：圓心坐標(biāo)(0.00，-239.99999362)、點(diǎn)N(-100.8148088，-22.20106969)、點(diǎn)P(100.8148088，-22.20106969)、圓弧半徑300.00。仿生曲線EF：(4)、曲線LM、NP、EF繪制完成后，將曲線LM、NP作為輪廓線，曲線EF為引導(dǎo)線進(jìn)行曲面放樣，將放樣后曲面進(jìn)行加厚處理，厚度為0.5mm；(5)、為了進(jìn)一步降低引擎蓋的的風(fēng)阻系數(shù)，對(duì)外板的L、M、N、P四角進(jìn)行圓角設(shè)計(jì)，其中L、M圓角為30，N、P圓角為5，得到圖6所示引擎蓋外板。本專(zhuān)利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：(1)、本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種分割式跑車(chē)用引擎蓋外板。分割式引擎蓋的特點(diǎn)是前保險(xiǎn)杠和引擎蓋中間有一條明顯的間隙，視覺(jué)效果上有很好的流線型。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)制造難度較小，前沿幾乎是直線，并且壓合線是半隱藏的，相對(duì)于一體式引擎蓋外板具有維修費(fèi)用更低、安全系數(shù)更高、質(zhì)量更輕的優(yōu)點(diǎn)。(2)、本專(zhuān)利技術(shù)涉及的分割式引擎蓋外板采用了仿生設(shè)計(jì)理念。將具有良好空氣減粘降阻特性的獵鷹鷹嘴用于跑車(chē)引擎蓋設(shè)計(jì)。引擎蓋外板縱剖面準(zhǔn)線方程見(jiàn)式1-1，準(zhǔn)線及曲率形式如圖5所示。x=0.406t+7.742t0.5y=0.333t-4.073t0.5,t∈0150---(1-1)]]>(3)、本專(zhuān)利技術(shù)涉及的分割式引擎蓋外板縱剖面準(zhǔn)線具有變曲率特性，曲率呈現(xiàn)由小到大的變化趨勢(shì)(圖5)；邊線LM、NP為定曲率圓弧，曲率大小為半徑的倒數(shù)。這在一定程度上既兼顧了跑車(chē)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性，又降低了工藝難度系數(shù)。圓弧LM的參數(shù)為：圓心坐標(biāo)(-708，0.00)、點(diǎn)L坐標(biāo)(-169，109)、點(diǎn)M坐標(biāo)(-169，-109)、圓弧半徑550。圓弧NP的參數(shù)為：圓心坐標(biāo)(0.00，-240)、點(diǎn)N(-100，-22)、點(diǎn)P(100，-22)、圓弧半徑300.00。(4)、曲面是經(jīng)曲線沿仿生型引導(dǎo)線放樣而成，放樣而成的曲面表面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造型流線、外型美觀、風(fēng)阻系數(shù)小、空氣導(dǎo)流性好。(5)、L、M、N、O四角均進(jìn)行圓角設(shè)計(jì)(圖6)，其中L、M兩點(diǎn)的圓角半徑為5，N、O兩點(diǎn)的圓角半徑為30，其目的是進(jìn)一步降低引擎蓋的風(fēng)阻系數(shù)。(6)、本專(zhuān)利技術(shù)跑車(chē)用引擎蓋外板可采用碳纖維材料。用碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的引擎蓋外鋼板，可有效降低車(chē)身整體質(zhì)量，在引擎蓋外板形狀、厚度不變的前提下，三層纖維層從上至下的鋪層角度方案為[90/45/0](圖7)，其中0度方向?yàn)橐嫔w橫向。選用此種鋪層順序的目的主要是考慮了引擎蓋外板的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和模態(tài)性能等。研究表明，當(dāng)纖維層鋪層角較大時(shí)，引擎蓋外板彎曲剛度大、模態(tài)頻率高；當(dāng)鋪層角較小時(shí)，引擎蓋外板扭轉(zhuǎn)剛度大；采用混合鋪層的性能一般優(yōu)于單一鋪層；碳纖維鋪層順序?qū)σ嫔w外板的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和模態(tài)頻率影響不明顯。(7)、本專(zhuān)利技術(shù)跑車(chē)用引擎蓋外板材料可采用生物基材料，植物纖維中的大麻、劍麻、黃麻、棕?cái)R葉和竹纖維等均是非常好的增強(qiáng)材料，它們與可降解基體材料結(jié)合可制成可完全降解的“綠色復(fù)合材料”。用生物基材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的引擎蓋外鋼板，可使汽車(chē)更加的綠色、環(huán)保。生物基原材料可來(lái)源于植物的果實(shí)、黃豆、甘蔗、紅薯、玉米、竹子、亞麻等植物纖維。(8)、本專(zhuān)利技術(shù)引擎蓋加工工藝可采用傳統(tǒng)的沖壓工藝亦可采用3D打印技術(shù)。(9)、本專(zhuān)利技術(shù)所涉及的仿生型分割式跑車(chē)用引擎蓋可根據(jù)需要對(duì)獵鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線進(jìn)行伸縮、伸縮，從而設(shè)計(jì)出不同尺寸的仿生型引擎蓋，滿(mǎn)足不同跑車(chē)車(chē)型的需要。(10)、本專(zhuān)利技術(shù)為仿生型引擎蓋，能夠更好地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的其他零部件起到包絡(luò)作用，隔熱、隔音效果更好。附圖說(shuō)明圖1為引擎蓋內(nèi)板。圖2為本專(zhuān)利技術(shù)的引擎蓋外板。圖3為高速攝像機(jī)下的鷹嘴結(jié)構(gòu)圖。圖4為擬合后的鷹嘴部縱剖面內(nèi)外輪廓曲線。圖5為擬合后的鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線曲率梳。圖6為圓角作用后的引擎蓋外板輪廓線。圖7為碳纖維的鋪層方式。圖8為引擎蓋外板放樣輪廓線與引導(dǎo)線。具體實(shí)施方案本專(zhuān)利技術(shù)具體實(shí)施方案如下：(1)、通過(guò)高速攝像機(jī)記錄獵鷹飛翔時(shí)的嘴部特征，將記錄的嘴部特征經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后，將嘴部縱剖面本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種仿生分割式跑車(chē)用引擎蓋外板，其特征在于：所述引擎蓋外板外輪廓曲線采用獵鷹嘴部縱剖面外輪仿生特性曲線形狀；具體制造方法如下：(1)、通過(guò)高速攝像機(jī)記錄獵鷹飛翔時(shí)的嘴部特征，將記錄的嘴部特征經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后，將嘴部縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標(biāo)紙上，將坐標(biāo)紙上數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)最小二乘法處理后擬合出獵鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線方程，詳見(jiàn)下式：x=0.406t+7.742t0.5y=0.333t-4.073t0.5,t∈0150---(1-1);]]>(2)、將獵鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線方程導(dǎo)入SolidWorks并與高速攝像機(jī)記錄獵鷹飛翔時(shí)的嘴部特征進(jìn)行對(duì)比化后，確保擬合精度，所采用的擬合次數(shù)為三次；(3)、將對(duì)比優(yōu)化后外輪廓曲線方程EF繪制于SolidWorks中，并在相應(yīng)位置繪制曲線LM、NP，曲線LM、NP均為圓弧結(jié)構(gòu)，其具體參數(shù)如下：圓弧LM：圓心坐標(biāo)(?708.65696848，0.00)、點(diǎn)L坐標(biāo)(?169.67354126，109.53020213)、點(diǎn)M坐標(biāo)(?169.67354126，?109.53020213)、圓弧半徑550.00；圓弧NP：圓心坐標(biāo)(0.00，?239.99999362)、點(diǎn)N(?100.8148088，?22.20106969)、點(diǎn)P(100.8148088，?22.20106969)、圓弧半徑300.00；仿生曲線EF：(4)、曲線LM、NP、EF繪制完成后，將曲線LM、NP作為輪廓線，曲線EF為引導(dǎo)線進(jìn)行曲面放樣，將放樣后曲面進(jìn)行加厚處理，厚度為0.5mm；(5)、為了進(jìn)一步降低引擎蓋的的風(fēng)阻系數(shù)，對(duì)外板的L、M、N、P四角進(jìn)行圓角設(shè)計(jì)，其中L、M圓角為30，N、P圓角為5，得到引擎蓋外板。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種仿生分割式跑車(chē)用引擎蓋外板，其特征在于：所述引擎蓋外板外輪廓曲線采用獵鷹嘴部縱剖面外輪仿生特性曲線形狀；具體制造方法如下：(1)、通過(guò)高速攝像機(jī)記錄獵鷹飛翔時(shí)的嘴部特征，將記錄的嘴部特征經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后，將嘴部縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標(biāo)紙上，將坐標(biāo)紙上數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)最小二乘法處理后擬合出獵鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線方程，詳見(jiàn)下式：x=0.406t+7.742t0.5y=0.333t-4.073t0.5,t∈0150---(1-1);]]>(2)、將獵鷹嘴部縱剖面外輪廓曲線方程導(dǎo)入SolidWorks并與高速攝像機(jī)記錄獵鷹飛翔時(shí)的嘴部特征進(jìn)行對(duì)比化后，確保擬合精度，所采用的擬合次數(shù)為三次；(3)、將對(duì)比優(yōu)化后外輪廓曲線方程EF繪制于SolidWorks中，并在相應(yīng)位置繪制曲線LM、NP，曲線LM、NP均為圓弧...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬芳武，倪利偉，蒲永鋒，吳量，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：吉林;22