一種仿生型汽車尾鰭外殼的制作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種仿生型汽車尾鰭外殼的制作方法，包括：(1)麻雀嘴部特征的采集：將麻雀嘴縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標(biāo)紙上，擬合出麻雀嘴的縱剖面上輪廓曲線的準(zhǔn)線方程(式1?1)

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種仿生型汽車尾鰭外殼的制作方法
本專利技術(shù)涉及一種汽車尾鰭，具體涉及一種具有仿生型汽車尾鰭外殼的制作方法。
技術(shù)介紹
汽車尾鰭作為汽車的功能與裝飾件越來越得到大眾的喜愛與推崇。尾鰭具有釋放靜電、放大通訊信號、擾流、提高GPS系統(tǒng)精度等功能，同時兼有收音機(jī)FM天線、GSM通訊天線、GPS天線等作用；尾鰭還能夠有效消除空氣的氣流噪音，使行駛更加安靜，彰顯豪華、立體個性。天氣干燥時，汽車容易產(chǎn)生靜電，早先時通過在排氣管處安裝拖地條鏈方式釋放靜電，有了尾鰭天線后，這一問題得到了高效解決，尾鰭天線充分利用電子走尖端的特性，將靜電電子導(dǎo)入到尾鰭的尾尖上釋放。常用的汽車尾鰭主要有桿式與鯊魚鰭式。汽車尾鰭作為車身造型的重要組成部分，它在一定程度上決定了一輛汽車的氣質(zhì)與個性，同時它又是影響汽車空氣動力學(xué)、燃油經(jīng)濟(jì)性、動力性的重要因素之一。研究表明，汽車在高速行駛時其主要阻力為空氣阻力。當(dāng)汽車以80km/h的速度行駛時，引擎60％的功率用來克服空氣阻力；當(dāng)汽車以150km/h的速度行駛時，其空氣阻力是滾動阻力的2-3倍。如車身空氣阻力系數(shù)降低10％，則可節(jié)省燃油7％左右。車身表面附件、孔眼、凹槽及縫隙等引起的氣流干涉阻力約占總空氣阻力的5％～16％。尾鰭作為重要的表面附件裸置于汽車外空氣流場中，其所引起的阻力為整車空氣阻力的2％-5％，同時改變車頂蓋附近的空氣流場。這意味著通過優(yōu)化尾鰭幾何形狀能夠有效改善整車的動力性與燃油經(jīng)濟(jì)性。尾鰭作為與空氣接觸的直接部件，如果設(shè)計合理，則能夠有效消除氣流產(chǎn)生的哨子音，同時彰顯汽車氣質(zhì)。目前比較流行的汽車尾鰭為寶馬公司設(shè)計的鯊魚式尾鰭，其靈感來源于鯊魚鰭。鯊魚鰭能夠改善車身整體流線性，同時起到接收信號的作用。然而，試驗表明，鯊魚式尾鰭在風(fēng)洞試驗時并不能表現(xiàn)出良好的空氣動力學(xué)性能，主要原因是鯊魚式尾鰭在設(shè)計時主要考慮的是其外觀造型與信號接收，并沒有過多的考慮其空氣動力學(xué)性能。另外，鯊魚為水生動物，其尾鰭在水中可能具有很好的減阻降噪性能(即具有很好的流體性能)，但在空氣中未必會有好的空氣動力學(xué)特性。自然界生物經(jīng)過億萬年的進(jìn)化，具有很好的環(huán)境適應(yīng)能力，這為人類的專利技術(shù)創(chuàng)造提供了靈感，仿生設(shè)計能夠讓車身更具視覺沖擊力和美感，同時能夠拉近了人與自然的距離，在一定程度上詮釋了人與自然的和諧相處。素有“老家賊”之稱的麻雀經(jīng)過長時間的生物進(jìn)化能飛善跳、動作靈敏，研究表明其嘴部經(jīng)過長時間的生物進(jìn)化在飛行時呈現(xiàn)一定的幾何形狀，能夠大大降低空氣阻力使其自由飛翔。因此，有必要將“仿生設(shè)計”理念應(yīng)用于汽車尾鰭的設(shè)計上，研究開發(fā)一種仿生型汽車尾鰭外殼，增加整車的隔音降噪、空氣導(dǎo)流等性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、造型流線、外型美觀、風(fēng)阻系數(shù)小、能夠隔音降噪的仿生型“麻雀嘴式”汽車尾鰭外殼，該外殼能夠改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，減少了汽車的行駛阻力。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所述的一種具有麻雀嘴部幾何特征的仿生汽車尾鰭外殼的制備方法，包括以下步驟：1、麻雀嘴部特征的采集：獲取若干只成年麻雀，并篩選出嘴部特征完全裸露在外、外形完整的麻雀，經(jīng)表面清潔處理后將麻雀嘴剪掉，取上嘴，沿中心線剖開，將麻雀嘴縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標(biāo)紙上；繪制的麻雀嘴部特征縱剖面外輪廓曲線有兩條，即上輪廓曲線與下輪廓曲線，用最小二乘法擬合出麻雀的嘴部特征縱剖面上輪廓曲線的準(zhǔn)線方程(式1-1)2、尾鰭外殼仿生模型的建立：將步驟(1)的縱剖面上輪廓曲線的準(zhǔn)線方程導(dǎo)入SolidWorks，形成仿生曲線EF，過E點且垂直于仿生曲線EF位置建立基準(zhǔn)面X＝151，在此基準(zhǔn)面內(nèi)建立第一輪廓線L；所述第一輪廓線L關(guān)于EV左右對稱；第一輪廓線L左半部分由第一圓弧EP、第二圓弧PQ、第三圓弧SQ、第四圓弧TU、設(shè)置在第三圓弧SQ與第四圓弧TU之間的第一直線ST及設(shè)置在基準(zhǔn)面X＝151上的第二直線UV組成；過F點在基準(zhǔn)面Y＝0平面內(nèi)建立第二輪廓線M，所述第二輪廓線M為半圓形，且左右關(guān)于FY對稱，所述第二輪廓線M右半部分由第五圓弧FW及設(shè)置在基準(zhǔn)面X＝151上的第三直線YW組成；將第一輪廓線L沿仿生曲線EF、直線VY向第二輪廓線M放樣即構(gòu)成初步仿生模型；為進(jìn)一步拓展本專利技術(shù)所述汽車尾鰭的應(yīng)用范圍，使汽車尾鰭與車頂貼合的更緊密，在步驟(2)建立完第一輪廓線L與第二輪廓線M并放樣凸臺后，在基準(zhǔn)面Z＝0的平面內(nèi)建立切割輪廓線；所述切割輪廓線由第六圓弧HJ，第四直線HK及第五直線KJ組成；所述第六圓弧HJ可根據(jù)不同的車型進(jìn)行調(diào)整，然后進(jìn)行凸臺切割，即構(gòu)成底部切割的仿生模型；為了進(jìn)一步降低汽車尾鰭的風(fēng)阻系數(shù)，可以對制做好的尾鰭外殼頂部進(jìn)行圓角切割處理，具體操作方法為：在基準(zhǔn)面Z＝0的平面內(nèi)建立圓角切割輪廓線；所述圓角切割輪廓線由第七圓弧XZ，第六直線XB及第七直線BZ組成，然后進(jìn)行凸臺切割，最后再進(jìn)行抽殼處理，形成中空的仿生尾鰭外殼模型。3、尾鰭外殼的制備：按照步驟(2)建好的仿生模型制作相應(yīng)的模具，然后進(jìn)行制備或直接將制作的仿生模型輸入電腦，采用3D打印機(jī)打印即可。為降低尾鰭質(zhì)量，提高尾鰭外殼的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和模態(tài)性能，所述步驟(3)進(jìn)行模具制作時采用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，碳纖維是使用三層纖維混合鋪設(shè)而成；其中，三層纖維層從上至下的鋪層角度為[90/45/0]，0度方向為尾鰭橫向。本專利技術(shù)的優(yōu)點和積極效果：1、本專利技術(shù)通過將麻雀嘴部縱剖面外輪廓曲線應(yīng)用于汽車尾鰭縱剖面準(zhǔn)線上，使制作的仿生尾鰭外殼縱剖面準(zhǔn)線具有變曲率特性，且曲率半徑梳呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢；同時，通過對輪廓線L與輪廓線M的特定曲線的設(shè)計，使汽車尾鰭具有良好空氣動力學(xué)特性，風(fēng)阻系數(shù)小，空氣導(dǎo)流性好，能夠顯著提升燃油經(jīng)濟(jì)性與整體流線性，更好地起到隔音降噪效果，提高乘坐舒適性。2、本專利技術(shù)所述尾鰭外殼在建立完模型后可以直接采用3D打印機(jī)進(jìn)行打印，制備工藝簡單。同時，本專利技術(shù)還可以通過制作與仿生模型匹配的模具進(jìn)行加工制作，在用模具制作過程中，原料可以采用生物基材料，即使用植物纖維中的大麻、劍麻、黃麻、棕擱葉和竹纖維等非常好的增強(qiáng)材料，將其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”，這樣可使汽車更加的綠色、環(huán)保。3、本專利技術(shù)構(gòu)成輪廓線L、M的曲線均為定曲率的圓弧或直線，這在一定程度上既降低了3D打印的工藝難度系數(shù)又兼顧了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，使制作的實體表面造型流線、外型美觀。而且，仿生型汽車尾鰭可根據(jù)需要對擬合出的麻雀嘴縱剖面外輪廓曲線進(jìn)行伸縮、縮放，從而設(shè)計出不同尺寸的仿生型汽車尾鰭，滿足不同車型的需要。4、本專利技術(shù)制作的汽車尾鰭制作時可采用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料尾鰭，有效降低尾鰭質(zhì)量，而且碳纖維采用三層纖維層，從上至下的鋪層角度方案為[90/45/0]，提高了尾鰭外殼的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和模態(tài)性能等，延長使用壽命。附圖說明圖1為麻雀嘴部特征縱剖面外輪廓曲線；圖2為擬合后的麻雀嘴縱剖面外輪廓曲線及其曲率變化形式；圖3為本專利技術(shù)尾鰭外殼仿生模型建立的示意圖；圖4為第一輪廓線L的示意圖；圖5為第二輪廓線M的示意圖；圖6為仿生型汽車尾鰭模型的主視圖；圖7為仿生型汽車尾鰭底部切割時切割輪廓線的示意圖；圖8為仿生型汽車尾鰭頂部圓角切割輪廓的示意圖；圖9為本專利技術(shù)尾鰭外殼仿生模型頂部進(jìn)行圓角切割本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種仿生型汽車尾鰭外殼的制作方法，其特征在于：具體包括以下步驟：(1)、麻雀嘴部特征的采集：獲取若干只成年麻雀，并篩選出嘴部特征完全裸露在外、外形完整的麻雀，經(jīng)表面清潔處理后將麻雀嘴剪掉，取上嘴，沿中心線剖開，將麻雀嘴縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標(biāo)紙上；繪制的麻雀嘴部特征縱剖面外輪廓曲線有兩條，即上輪廓曲線與下輪廓曲線，用最小二乘法擬合出麻雀的嘴部特征縱剖面上輪廓曲線的準(zhǔn)線方程(式1?1)

【技術(shù)特征摘要】
1.一種仿生型汽車尾鰭外殼的制作方法，其特征在于：具體包括以下步驟：(1)、麻雀嘴部特征的采集：獲取若干只成年麻雀，并篩選出嘴部特征完全裸露在外、外形完整的麻雀，經(jīng)表面清潔處理后將麻雀嘴剪掉，取上嘴，沿中心線剖開，將麻雀嘴縱剖面外輪廓曲線繪制于坐標(biāo)紙上；繪制的麻雀嘴部特征縱剖面外輪廓曲線有兩條，即上輪廓曲線與下輪廓曲線，用最小二乘法擬合出麻雀的嘴部特征縱剖面上輪廓曲線的準(zhǔn)線方程(式1-1)(2)、尾鰭外殼仿生模型的建立：將步驟(1)的縱剖面上輪廓曲線的準(zhǔn)線方程導(dǎo)入SolidWorks，形成仿生曲線EF，過E點且垂直于仿生曲線EF位置建立基準(zhǔn)面X＝151，在此基準(zhǔn)面內(nèi)建立第一輪廓線L；所述第一輪廓線L關(guān)于EV左右對稱；第一輪廓線L左半部分由第一圓弧EP、第二圓弧PQ、第三圓弧SQ、第四圓弧TU、設(shè)置在第三圓弧SQ與第四圓弧TU之間的第一直線ST及設(shè)置在基準(zhǔn)面X＝151上的第二直線UV組成；過F點在基準(zhǔn)面Y＝0平面內(nèi)建立第...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬芳武，倪利偉，蒲永鋒，梁鴻宇，
申請(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：吉林,22