丰田模拟从陆地到空中再回来

由An万博sys Advantage Staff提供

工程师之间的合作往往会带来创新，但丰田汽车公司(Toyota Motor Corp.)的工程师通过与一个赛车车队合作，扩展了他们在汽车空气动力学方面的知识。这项不同寻常的合作利用模拟技术来改善飞机和汽车的空气动力学。

丰田汽车公司负责CAE技术研发的Yusuke Nakae一直在与Ansys渠道合作伙伴JSOL Corp.合作进行流体分析万博万博Ansys LS-DYNA测量车辆在运动时产生的空气动力，以及它如何影响车辆的稳定性。通过使用汽车模拟结果来改进空中赛车飞机，然后从这些结果中学习来改进雷克萨斯汽车，Nakae的团队发现了使用传统方法无法实现的分析。

从常规空气动力学到实验空气动力学

测试汽车空气动力学的传统方法是在汽车静止时对其施加风，然后通过实验和计算来测量变化。想知道当汽车移动时和静止时，空军会有什么不同，这启发了Nakae的团队，他们试图分析一辆移动的汽车。具体来说，他们想用LS-DYNA模拟汽车变道时的空气动力学。

从正常分析中得到的结果(当汽车停止时施加风)与汽车行驶时的结果明显不同。然而，在驾驶汽车时测量空气的力量仍然是一个挑战——即使是在风洞中。Nakae的团队希望通过模拟来定量分析空气动力的差异。由于丰田将LS-DYNA作为碰撞安全性能分析的标准工具，该团队认为，如果能在LS-DYNA上添加流体分析功能，就可以创建一个理想的环境，用一个求解器分析多个物理特性。

雷克萨斯赞助了参加红牛空中赛车世界锦标赛(Red Bull Air Race World Championships)的村野义伟(Yoshihide Muroya)。2017年，中江的团队在比赛前首次测试了他们关于飞机空气动力学的理论。

飞机气动结果有利于汽车设计

在飞机领域，空气动力学分析通常是在静止状态下进行的，因此让空气竞赛团队同意将汽车模拟中的知识和专业知识应用到飞机竞赛设计中是一个挑战。

部分问题是空气速度的差异。

飞机速度很快——螺旋桨飞机的时速为350公里——而汽车速度较慢，时速为100公里。此外，飞机是流线型的，而汽车不是，所以它们身体周围的流动完全不同。这意味着研究人员无法准确计算气动力，除非他们能重现气流，尤其是在湍流条件下。

幸运的是，关于飞机机翼的大量实验数据已经存在，因此Nakae的团队可以为飞机分析选择正确的湍流模型。

利用不同的运动产生不同的气动力，该团队进行了模拟。高性能计算被用于完成复杂的计算，编译数据，可视化，并与空中赛车团队共享。

在空中比赛期间，团队将测试技术，分析他们记录的数据，然后迭代测试更新的技术。一位竞争对手甚至注意到murroya飞行的圈子更大，但他们的总时间却减少了。

空中比赛的结果激发了新的雷克萨斯车辆

丰田/雷克萨斯从这次经历中学到了很多。

“我学会了如何控制从空气动力阻力的角度不应该产生的涡流，”中江说。“通过试验不同形状的小翼，并分析模拟，以找到气动阻力最小的小翼，我获得了如何控制涡流的经验。”

在汽车方面，研究小组知道，在汽车周围制造有效的涡流可以改善汽车的动态性能。结果证明，这款车的性能正如他们所假设的那样好，从而在1月份发布了雷克萨斯LC 500灵感系列。这款限量版将471马力的V8房车提升到一个新的水平。受到空中赛车的启发，一个大的升级是碳纤维增强塑料后扰流板，它模仿了一个倒置的飞机机翼，在翼尖处有涡流，提高了机动性和效率。

展望未来

虽然红牛空中竞速世界锦标赛在2019年停赛，但中江的团队将继续进行空气动力学模拟研究。

展望未来的汽车设计，丰田/雷克萨斯将继续通过比较两种不同的运输方式并分析它们来创造新产品。万博网

正如Nakae所说，“分析技术使我们能够实现颠覆传统智慧的方法和性能。”