多年來，中國大學一直舉辦方程式賽車比賽。這場比賽有助于加快 3D 打印部件的采用。長沙理工大學的 CRT 團隊面臨設計挑戰(zhàn)，要打造全新的進氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要提高性能并減輕賽車的重量。通過大量使用華晨科技打印機，CRT 團隊創(chuàng)造了數十個塑料和金屬部件，顯著減輕了汽車的整體重量，同時提高了性能。

發(fā)動機進氣系統(tǒng)對汽車有多重要？
內燃機需要空氣和燃料的良好混合才能正常工作，空氣和燃料的混合越好，整體性能就越好。通過使用分析軟件，設計師可以測試和修改進氣口的設計，以提高發(fā)動機的性能。通過結合使用分析軟件和 3D 打印發(fā)動機的性能，設計師和工程師可以最大限度地提高賽車發(fā)動機的性能。

作為長沙理工大學CRT團隊的全職贊助商，工業(yè)級3D打印系統(tǒng)制造商華晨宇為全新設計的賽車系統(tǒng)“2017 Formula FNX-17”提供全功能3D打印解決方案. 與前兩款賽車進氣系統(tǒng)相比，完成了一系列模擬以確保最佳進氣系統(tǒng)流量均勻性，該設計具有卓越的性能并為賽車提供更多動力。

重新設計的目標是最大限度地提高進氣歧管的性能和重量。CRT團隊實現了近12.5%的總出口量，為汽車提供了更多動力。此外，通過使用 3D 打印鋁合金部件，重量減輕了 53.12%。

模擬測試：3D打印最大限度發(fā)揮進氣系統(tǒng)的潛力

進氣歧管設計的3D設計不同于傳統(tǒng)的加工工藝設計思路。與 2017 版相比，2015 和 2016 版的進氣系統(tǒng)主要關注進氣和壓力室形狀。2017年優(yōu)化設計，減小了節(jié)流閥的擴散錐角，擴大了調節(jié)室的容積，加長了進氣歧管的長度。

通過計算機模擬來模擬氣體流動特性。研究了汽油機氣缸內氣流和空氣運動的波動效應和能量損失。在進氣歧管尺寸和加工精度相同的條件下，基于3D打印技術的進氣歧管可以讓設計人員在不受傳統(tǒng)加工工藝限制的情況下，最大限度地發(fā)揮進氣系統(tǒng)的潛力。

2015、2016版大學生公式進氣系統(tǒng)進氣壓力室外形設計目標是使四缸發(fā)動機的燃氣/燃氣混合氣盡可能均衡。經過優(yōu)化分析，各個氣缸之間的流量差控制在5%以內，保證進氣的均勻性，防止氣缸之間的現象稱為抓斗現象，通過ANSYS CFX計算，設計了四個出口達到最大總流量：0.12 kg/s。

2015、2016版汽車進氣系統(tǒng)主體部分（左）和2017版汽車進氣系統(tǒng)主體部分（右）有限元網格劃分對比

2017版大學生公式進氣系統(tǒng)主體設計，引入全新GT-POWER（發(fā)動機工作過程模擬軟件）對發(fā)動機系統(tǒng)進行一維模擬，保證進氣系統(tǒng)一定的流量均勻性，盡可能盡可能提高發(fā)動機的充氣系數，最終確定調節(jié)室容積為4.9L。

同時，工程師利用進氣波動效應公式計算出四個進氣歧管的基本長度，并以ANSYS CFX（多功能有限元仿真分析平臺）流量為標準，進一步優(yōu)化進氣歧管的長度。進氣歧管，最后確定其長度為 310mm。

通過對進氣車身主體部分的有限元分析結果進行對比，發(fā)現2017版車型的進氣總容積達到0.135kg/s，比原車提高了近12.5%。舊的進氣系統(tǒng)。理論上，也許。

優(yōu)化設計：3D打印燃油噴射軸承減重58.12%

支撐結構和壁厚的設計修改為使用金屬3D打印制造，在保持強度的情況下，重量從原來的948克減少到397克，重量減少了58.12%。

臺架測試：3D打印進氣系統(tǒng)可以更強大

為了準確測試新設計的進氣系統(tǒng)，長沙理工大學賽車隊進行了一系列臺架測試。

不同轉速下的負載特性曲線表明，3D打印進氣系統(tǒng)的優(yōu)化輕量化設計依然能夠保證發(fā)動機性能的穩(wěn)定性。

通過新舊臺架測試功率和扭矩對比數據，我們可以看到2017版的汽車進氣系統(tǒng)組件比舊版汽車進氣系統(tǒng)創(chuàng)造了更多的峰值功率。證明新設計的進氣系統(tǒng)提供了更好的進氣性能和更大的動力。