研究使用了计算流体动力学(CFD)模拟,基于雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程和混合大涡模拟(LES)来预测车辆周围的气流。模拟使用了ANSYS Fluent软件,采用了k-ω SST模型来模拟湍流。研究还涉及了对车辆几何形状的详细建模,包括车辆的尺寸、形状和警灯的安装位置。此外,研究还考虑了警灯的角度调整、位置变化以及附加设备对空气阻力的影响。
研究了警灯安装位置对车辆阻力的影响,包括警灯相对于车顶的高度、警灯的方向以及选择的安装柱。研究发现,降低警灯高度并不会减少阻力,反而略微增加了阻力。提高警灯高度则导致超过10%的阻力增加。将警灯纵向安装在车辆上可以减少5%的阻力。此外,对于直背车型,如现代i40,将警灯安装在C柱和D柱与B柱的阻力影响大致相同。
研究了简化版警灯与详细版警灯的空气动力学性能差异。简化警灯在阻力上与详细警灯几乎相同,但在某些配置上表现出更好的空气动力学性能。例如,降低简化警灯可以减少阻力,而分裂警灯设计提供了边际的阻力减少。警灯的倾斜角度在2.5度以内对阻力影响不大,但超过这个角度后,每增加2.5度阻力增加约4%。
为了提供对比,研究了旧一代警灯与新一代警灯之间的阻力差异。旧一代警灯导致阻力增加了近22%,是新一代警灯的两倍。这表明新一代警灯在空气动力学设计上的进步,使得它们更适合电动车辆。
研究了在警灯前安装减阻板的可能性。测试了八种不同的减阻板设计,但所有设计都没有实现降低基础阻力的目标。大多数设计增加了车顶的阻力分量,并在某些情况下导致车辆后部的阻力显著增加。
由于模拟配置数量较多,完全采用混合大涡模拟(LES)方法不可行,因此只对现代i40和Kona进行了混合LES方法的比较。结果显示,两种方法的整体阻力预测相当相似,但在某些车辆表面的个别贡献上存在差异。
使用Ffowcs Williams和Hawkings模型预测了警灯在六个不同接收器处的远场噪声水平。结果表明,警灯的后部是噪声产生最高的区域,这与阻力预测结果一致,后者发现警灯的后部对阻力贡献最大。
研究了四种初始替代警灯外形,旨在减少警灯的空气动力学阻力。结果表明,鼓励气流从警灯上方通过的设计减少了阻力,而鼓励气流从下方通过的设计增加了阻力。其中,V1设计表现最佳,提供了近4%的阻力减少。
基于LDL V1设计的最佳性能,研究了是否可以使用前部和后部夹层部分实现类似的阻力减少效果。结果表明,仅使用后部夹层可以减少大约2.5%的车辆阻力,而前部夹层单独使用则增加了阻力。
基于前面的研究结果,开发了最终的低阻力警灯设计。这种设计比当前一代警灯减少了5.7%的阻力,并且在未标记的车辆上仅增加了2.8%的阻力,这是一个三倍于当前警灯的改进。