Kõik teavad, mis on auto aerodünaamika. Mida voolujoonelisem on selle kere, seda väiksem on liikumiskindlus ja kütusekulu. Selline auto mitte ainult ei säästa teie raha, vaid viskab ka keskkonda vähem prügi. Vastus on lihtne, kuid kaugeltki täielik. Uue mudeli kere viimistlevad aerodünaamilised spetsialistid:

• arvutage jaotus lifti telgede vahel, mis on tänapäevaste autode märkimisväärset kiirust arvestades väga oluline,
• tagama õhu juurdepääsu mootori ja pidurite jahutamiseks,
• mõtle läbi sõitjateruumi ventilatsioonisüsteemi õhu sisse- ja väljalaskekohad,
• püüdma vähendada mürataset salongis,
• optimeerida kehaosade kuju, et vähendada klaasi, peeglite ja valgustusseadmete saastumist.

Pealegi on ühe ülesande lahendamine sageli vastuolus teise ülesande täitmisega. Näiteks õhutakistusteguri vähendamine parandab voolujoonelisust, kuid samal ajal halvendab sõiduki vastupidavust külgtuule puhangutele. Seetõttu peavad eksperdid leidma mõistliku kompromissi.

Vähendatud takistus

Millest sõltub tõmbejõud? Seda mõjutavad otsustavalt kaks parameetrit - koefitsient aerodünaamiline takistus Cx ja sõiduki ristlõikepindala (laeva keskosa). Kere madalamaks ja kitsamaks muutmisega saab keskosa vähendada, kuid vaevalt sellisele autole ostjaid leidub. Seetõttu on auto aerodünaamika parandamise peamiseks suunaks kere ümbritseva voolu optimeerimine ehk teisisõnu Cx vähendamine. Tõmbekoefitsient Cx on mõõtmeteta suurus, mis määratakse katseliselt. Kaasaegsete autode puhul jääb see vahemikku 0,26-0,38. Välismaistes allikates on takistuskoefitsient mõnikord tähistatud Cd (takistustegur). Tilgakujuline korpus, mille Cx on 0,04, on ideaalse voolujoonelisusega. Liikudes lõikab sujuvalt õhuvoolud läbi, mis seejärel takistamatult, ilma pausideta oma "sabas" sulguvad.

Õhumassid käituvad auto liikumisel erinevalt. Siin koosneb õhutakistus kolmest komponendist:

• sisetakistus õhu läbimisel mootoriruum ja salong,
• õhuvoolude hõõrdetakistus keha välispindadel ja
• moodustavad vastupanu.

Kolmandal komponendil on suurim mõju auto aerodünaamika kohta. Liikudes surub sõiduk enda ees oleva õhu kokku, luues ala kõrge vererõhk... Õhuvoolud liiguvad ümber keha ja seal, kus see lõpeb, õhuvool eraldatakse, tekib turbulents ja alandatud rõhuga ala. Seega piirkond kõrgsurve esiosa takistab autol edasiliikumist ja tagapoolne madalrõhuala "imeb" selle tagasi. Pööriste jõu ja alandatud rõhu ala suuruse määrab kere tagaosa kuju.

Parimat aerodünaamilist jõudlust demonstreerivad astmelise tagaosaga autod – sedaanid ja kupeed. Seletus on lihtne - katuselt alla kukkunud õhuvool langeb kohe pakiruumi kaanele, kus see normaliseerub ja siis lõpuks oma servast lahti murdub. Pagasiruumile langevad ka külgmised voolud, mis takistavad kahjulike keeriste tekkimist auto taha. Seega, mida kõrgem ja pikem on pakiruumi luuk, seda parem. aerodünaamiline jõudlus... peal suured sedaanid ja kupeel õnnestub vahel isegi saavutada pidev vool ümber kere. Cx-i aitab langetada ka tagaosa kerge kitsenemine. Pagasiruumi serv on tehtud teravaks või väikese eendi kujul - see tagab õhuvoolu eraldamise ilma turbulentsita. Seetõttu on sõiduki taga olev vaakumpind väike.

Ka auto põhi mõjutab selle aerodünaamikat. Vedrustuse väljaulatuvad osad ja väljalaskesüsteem suurendada vastupidavust. Selle vähendamiseks püütakse põhja nii palju kui võimalik siluda või katta kilpidega kõik, mis kaitseraua alt "välja paistab". Mõnikord on paigaldatud väike esispoiler. Spoiler vähendab õhuvoolu sõiduki all. Kuid siin on oluline teada, millal peatuda. Suur spoiler suurendab märkimisväärselt takistust, kuid autot on parem tee küljes "superdada". Aga sellest lähemalt järgmises osas.

Survejõud

Kui auto liigub, läheb selle põhja all olev õhuvool sirgjooneliselt ning voolu ülemine osa paindub ümber kere ehk läbib pikema tee. Seetõttu on ülemise voolu kiirus suurem kui alumise. Ja füüsikaseaduste järgi, mida suurem on õhu kiirus, seda madalam on rõhk. Järelikult tekib põhja alla kõrgendatud rõhuga ala ja peal vähenenud. See loob lifti. Ja kuigi selle väärtus on väike, on häda selles, et see jaguneb mööda telgesid ebaühtlaselt. Kui esisild on koormatud kapotile vajutavast voolust ja tuuleklaas, siis leevendab tagaosa täiendavalt auto taha tekkinud vaakumtsoon. Seetõttu väheneb kiiruse kasvades stabiilsus ja auto muutub altid libisemisele.

Tavapäraste seeriaautode disainerid ei pea selle nähtusega võitlemiseks mingeid erimeetmeid leiutama, sest sujuvamaks muutmiseks tehtav suurendab samaaegselt ka survejõudu. Näiteks tagaosa optimeerimine vähendab sõiduki taga olevat vaakumtsooni ja seega ka tõstejõudu. Kerealuse tasandamine ei vähenda mitte ainult takistust õhu liikumisele, vaid suurendab ka voolukiirust ja vähendab seega rõhku sõiduki all. See omakorda viib tõstejõu vähenemiseni. Ka tagaspoiler täidab kahte eesmärki. See mitte ainult ei vähenda keeriste teket, parandades Cx-i, vaid lükkab auto samaaegselt teele tänu seda tõrjuvale õhuvoolule. Mõnikord on tagaspoiler mõeldud ainult survejõu suurendamiseks. Sel juhul on suured suurused ja kalle või on tehtud sissetõmmatavaks, sisenedes tööle ainult suured kiirused.

Sportimiseks ja võidusõidu mudelid kirjeldatud meetmed on loomulikult ebatõhusad. Et neid teel hoida, tuleb tekitada palju survejõudu. Selleks kasutatakse suurt esispoilerit, külgääriseid ja tiivapaneele. Kuid installitud tootmisautod, mängivad need elemendid ainult dekoratiivset rolli, rõõmustades omaniku uhkust. Ei praktilist kasu nad ei anna, vaid vastupidi, suurendavad liikumiskindlust. Paljud autojuhid, muide, ajavad spoileri segamini tiivaga, kuigi nende vahel on üsna lihtne vahet teha. Spoiler surutakse alati vastu keha, moodustades sellega ühtse terviku. Tiib on paigaldatud kehast teatud kaugusele.

Praktiline aerodünaamika

Mõne lihtsa reegli järgimine võimaldab teil kütusekulu vähendamise kaudu säästa. Need näpunäited on aga kasulikud ainult neile, kes sõidavad sageli ja palju maanteel.

Sõidu ajal kulub märkimisväärne osa mootori võimsusest õhutakistuse ületamiseks. Mida suurem on kiirus, seda suurem on takistus (ja seega ka kütusekulu). Seega, kui vähendate kiirust kasvõi 10 km/h, säästate kuni 1 liiter 100 km kohta. Sel juhul on ajakaotus tähtsusetu. See tõde on aga enamikule autojuhtidele teada. Kuid teised "aerodünaamilised" peensused pole kõigile teada.

Kütusekulu sõltub õhutakistustegurist ja sõiduki ristlõike pindalast. Kui arvate, et need parameetrid on tehases seatud ja autoomanik ei saa neid muuta, siis eksite! Nende muutmine ei ole üldse keeruline ja võite saavutada nii positiivseid kui ka negatiivseid mõjusid.

Mis suurendab kulutusi? Katuse koormus "sööb" kütust liigselt ära. Ja isegi voolujooneline kast võtab vähemalt liitri saja kohta. Liikumisel avanevad aknad ja luuk põletavad kütust ebaratsionaalselt. Kui kannate pikka koormat veidi lahtise pagasiruumiga, saate ka ülesõidu. Erinevad dekoratiivsed elemendid, nagu kapoti vooder ("kärbsepiits"), "kenguryatnik", tiib ja muud kodumaise häälestamise elemendid, toovad küll esteetilist naudingut, kuid toovad lisaraha välja. Vaadake põhja alla – peate lisatasu maksma kõige eest, mis vajub ja paistab allapoole lävejoont. Isegi selline pisiasi nagu puudumine plastkorgid peal terasest kettad, suurendab tarbimist. Iga loetletud tegur või osa eraldi ei suurenda tarbimist palju - 50–500 g 100 km kohta. Aga kui kõik kokku liita, siis “jookseb” jälle umbes liitri saja kohta üle. Need arvutused kehtivad väikesed autod kiirusel 90 km/h. Suurte autode omanikud ja suuremate kiiruste armastajad arvestavad tarbimise suurenemisega.

Kui kõik ülaltoodud tingimused on täidetud, saame vältida tarbetuid kulutusi. Kas kahjusid on võimalik veelgi vähendada? Saab! Kuid see nõuab natuke väline häälestamine(räägime loomulikult professionaalselt teostatud elementidest). Ees aerodünaamiline kerekomplekt ei lase õhuvoolul auto põhja alla "lõhkeda", lävepakukatted katavad rataste väljaulatuvat osa, spoiler takistab turbulentsi teket auto "ahtri" taga. Kuigi spoiler on tavaliselt juba moodsa auto kerekonstruktsiooni sisse ehitatud.

Seega on õhust säästude saamine üsna reaalne.

Kehtiv määrus lubab meeskondadel katsetada tuuletunnelis autode mudeleid, mis ei ületa 60% skaalast. Renault’ endine tiimidirektor Pat Symonds rääkis F1Racingule antud intervjuus selle töö spetsiifikast ...

Pat Symonds: „Täna töötavad kõik meeskonnad 50% või 60% skaalamudelitega, kuid see ei olnud alati nii. Esimesed aerodünaamilised testid 80ndatel viidi läbi makettide abil, mis moodustasid 25% tegelikust väärtusest – Southamptoni ülikooli ja Londoni Imperial College’i tuuletunnelite võimsus ei lubanud enamat – ainult sinna oli võimalik paigaldada mudelid liikuval alusel. Siis ilmusid tuuletunnelid, milles oli võimalik töötada mudelitega 33% ja 50% juures ning nüüd leppisid meeskonnad kulude piiramise vajaduse tõttu kokku, et katsetavad mudeleid mitte rohkem kui 60% õhuvoolukiirusel mitte. rohkem kui 50 meetrit sekundis.

Mudeli mõõtkava valikul lähtuvad meeskonnad olemasoleva tuuletunneli võimalustest. Täpsete tulemuste saamiseks ei tohiks mudeli mõõtmed ületada 5% toru tööpinnast. Väiksemate mudelite tootmine on odavam, aga kui palju vähem mudelit, seda keerulisem on nõutavat täpsust säilitada. Nagu paljude teiste vormel 1 autode arendusprobleemide puhul, tuleb ka siin leida parim kompromiss.

Vanasti valmistati mudeleid Malaisias kasvava Diera puu madala tihedusega puidust, nüüd kasutatakse laserstereolitograafia seadmeid - infrapuna laserkiir polümeriseerib komposiitmaterjali, saades kindlaksmääratud omadustega detaili. väljund. See meetod võimaldab testida uue inseneriidee efektiivsust tuuletunnelis mõne tunni jooksul.

Mida täpsemini mudelit täidetakse, seda usaldusväärsem on selle puhastamise käigus saadud teave. Iga väike asi on siin oluline, isegi läbi väljalasketorud gaaside vool peab läbima sama kiirusega nagu päris masinal. Meeskonnad püüavad saavutada olemasolevate seadmete jaoks võimalikult suure simulatsiooni täpsuse.

Aastaid kasutasid nad rehvide asemel nailonist või süsinikkiust suuremahulisi koopiaid, tõsine edu saavutati, kui Michelin tegi nende rehvidest täpselt väiksemaid koopiaid. võidusõidurehv... Masinamudel on varustatud mitmesuguste õhurõhu mõõtmise anduritega ja süsteemiga, mis võimaldab tasakaalu muuta.

Mudelid, sealhulgas neile paigaldatud mõõteseadmed, on veidi madalama hinnaga päris autod- näiteks on need kallimad kui päris autod GP2. See on tegelikult üliraske otsus. Anduritega põhiraam maksab umbes 800 tuhat dollarit, seda saab kasutada mitu aastat, kuid tavaliselt on meeskondadel kaks komplekti, et mitte lõpetada tööd.

Iga redaktsioon kehaelemendid või vedrustus toob kaasa tootmise vajaduse uus versioon kerekomplekt, mis maksab veel veerand miljonit. Samas tuuletunneli enda käitamine maksab umbes tuhat dollarit tund ja nõuab 90 töötaja kohalolekut. Tõsised meeskonnad kulutavad selle uuringu peale umbes 18 miljonit dollarit hooaja kohta.

Kulud tasuvad end ära. Survejõu 1% kasv võimaldab päris rajal mängida kümnendiku sekundit. Stabiilsete reeglite tingimustes mängivad insenerid umbes nii palju kuus, nii et ainult modelleerimisosakonnas maksab iga kümnes meeskonnale 1,5 miljonit dollarit.

Täna kutsume teid üles uurima, mis see on, miks seda vaja on ja mis aastal see tehnoloogia esmakordselt maailmas ilmus.

Ilma aerodünaamikata on autod ja lennukid ning isegi bobikelgud lihtsalt tuult liigutavad objektid. Kui aerodünaamikat pole, liigub tuul ebaefektiivselt. Õhuvoolu eemaldamise efektiivsuse uurimist nimetatakse aerodünaamikaks. Selleks, et luua sõidukit, mis suunaks tõhusalt õhuvoolusid, vähendades takistust, on vaja tuuletunnelit, milles insenerid kontrollivad autoosade õhu aerodünaamilise takistuse efektiivsust.

Ekslikult arvatakse, et aerodünaamika on eksisteerinud alates tuuletunneli leiutamisest. Kuid see pole nii. See ilmus tegelikult 1800. aastatel. Selle teaduse päritolu sai alguse 1871. aastal vendadest Wrightidest, kes on maailma esimese lennuki disainerid ja loojad. Tänu neile hakkas aeronautika arenema. Eesmärk oli ainult üks – katse ehitada lennukit.

Alguses viisid vennad oma katsed läbi raudteetunnelis. Kuid tunneli võimalused õhuvoolude uurimiseks olid piiratud. Seetõttu ei õnnestunud neil tõelist lennukit luua, kuna selleks oli vaja, et lennuki kere vastaks kõige rangematele aerodünaamilistele nõuetele.

Seetõttu ehitasid vennad 1901. aastal oma tuuletunneli. Selle tulemusena katsetati selles torus mõnede teadete kohaselt umbes 200 lennukit ja üksikut prototüüpi kere. erineva kujuga... Ajaloo esimese tõelise lennuki ehitamiseks kulus vendadel veel mitu aastat. Nii katsetasid vennad Wrightid 1903. aastal edukalt maailma esimest, mis püsis õhus 12 sekundit.

Mis on tuuletunnel?

See on lihtne seade, mis koosneb suletud tunnelist (tohutu läbilaskevõime), mille kaudu õhuvoolud juhitakse võimsate ventilaatorite abil. Tuuletunnelisse asetatakse objekt, millele nad hakkavad toituma. Samuti on kaasaegsetes tuuletunnelites spetsialistidel võimalus varustada suunatud õhuvoogusid teatud autokere elementidele või mis tahes sõidukit.

Tuuletunneli testimine saavutas Suure ajal tohutu populaarsuse Isamaasõda 40ndatel. Üle maailma on sõjaväeosakonnad tegelenud aerodünaamika uurimisega. sõjavarustust ja laskemoona. Pärast sõda lõppesid sõjalised aerodünaamilised uuringud. Tähelepanu aerodünaamikale on aga juhtinud insenerid, kes projekteerivad sportlikke võidusõiduautosid. Siis valisid selle moe disainerid ja sõiduautod.

Tuuletunneli leiutamine võimaldas tehnikutel katsetada seisvaid sõidukeid. Seejärel suunatakse õhuvoolud ja tekib sama efekt, mida täheldatakse masina liikumisel. Isegi lennukit katsetades jääb objekt paigale. Reguleeritud ainult konkreetse sõiduki kiiruse simuleerimiseks.

Tänu aerodünaamikale on nii sportlik kui lihtsad autod ruudukujuliste vormide asemel hakkasid nad omandama sujuvamaid jooni ja ümaraid kehaelemente.

Mõnikord ei pruugi kogu sõidukit uurimistööks vaja minna. Sageli saab kasutada tavalist elusuuruses paigutust. Selle tulemusena määravad eksperdid tuuletakistuse taseme.

Tuuletakistuskoefitsient määratakse selle järgi, kuidas tuul toru sees liigub.

Kaasaegsed tuuletunnelid on sisuliselt teie auto hiiglaslik föön. Näiteks USA-s Põhja-Carolinas asub üks kuulsamaid tuuletunneleid, kus ühingu uurimistööd tehakse. Tänu sellele torule saavad insenerid modelleerida autosid, mis on võimelised sõitma kiirusega 290 km / h.

Sellesse ehitusse investeeriti umbes 40 miljonit dollarit. Toru alustas tööd 2008. aastal. Suuremad investorid on võidusõiduliit NASCAR ja võidusõidu omanik Gene Haas.

Siin on video traditsioonilisest katsest selles torus:

Alates ajaloo esimese tuuletunneli ilmumisest on insenerid mõistnud, kui oluline see leiutis kõigi jaoks on. Selle tulemusena juhtisid sellele tähelepanu autodisainerid, kes hakkasid välja töötama tehnoloogiaid õhuvoolude uurimiseks. Kuid tehnoloogia ei seisa paigal. Tänapäeval tehakse palju uurimistööd ja arvutusi arvutis. Kõige hämmastavam on see, et isegi aerodünaamilisi katseid tehakse spetsiaalsetes arvutiprogrammides.

Katsealusena kasutatakse masina 3D virtuaalset mudelit. Edaspidi taasesitatakse arvutis erinevad tingimused aerodünaamika testimiseks. Sama lähenemine hakkas arenema kokkupõrketestide jaoks. mis mitte ainult ei säästa teie raha ega saa testimisel arvestada paljude parameetritega.

Nii nagu päris avariitestid, on ka tuuletunneli ehitamine ja katsetamine selles väga kallis rõõm... Arvuti puhul võib kulu olla vaid paar dollarit.

Tõsi, vanaemad ja vanaisad ja vanade tehnoloogiate järgijad räägivad jätkuvalt, et pärismaailm on parem kui arvutid. Kuid 21. sajand on 21. sajand. Seetõttu on paratamatu, et lähitulevikus tehakse paljud reaalsed testid täielikult arvutis.

Kuigi väärib märkimist, et me pole arvuti vastu, aga loodame seda tõelised testid Tuuletunneli ja tavapärased kokkupõrketestid jäävad autotööstusesse ka edaspidi.

Sissejuhatus.

Tere pärastlõunast, kallid lugejad. Selles postituses tahan teile rääkida, kuidas voolusimulatsioonis sisemist analüüsi kasutades teostada detaili või konstruktsiooni välist analüüsi, et määrata tõmbekoefitsient ja sellest tulenev jõud. Arvutuste lihtsustamiseks ja automatiseerimiseks kaaluge ka kohaliku ruudustiku loomist ja sihtmärgi väljendamise eesmärkide seadmist. Siin on takistuskoefitsiendi põhimõisted. Kogu see teave aitab teil kehva toote kiiresti ja asjatundlikult kujundada ja hiljem praktiliseks kasutamiseks printida.

Materjal.

Aerodünaamiline õhutakistuskoefitsient (edaspidi CAS) määratakse katseliselt tuuletunnelis või vabajooksul katsete käigus. CAS-i definitsioon tuleb koos vormel 1-ga

Vormel 1

Erinevate vormide UAN kõigub lai valik... Joonis 1 näitab neid koefitsiente mitmete kujundite jaoks. Igal juhul eeldatakse, et kerele jooksval õhul ei ole külgmist komponenti (see tähendab, et see liigub otse mööda sõiduki pikitelge). Pange tähele, et lihtsa tasapinnalise plaadi takistustegur on 1,95. See koefitsient tähendab, et tõmbejõud on 1,95 korda suurem kui plaadi alale mõjuv dünaamiline rõhk. Plaadi tekitatud ülikõrge takistus tuleneb sellest, et plaadi ümber voolav õhk tekitab plaadist endast palju suurema eralduspiirkonna.

1. pilt.

Elus arvestatakse lisaks sõiduki kiirusest tulenevale tuulekomponendile ka tuule kiirust sõidukil. Ja vooluhulga määramiseks on tõene järgmine väide: V = Vauto + Vwind.
Kui leitud tuul on aus, siis kiirus lahutatakse.
Takistustegur on vajalik takistuse määramiseks, kuid selles artiklis võetakse arvesse ainult koefitsienti ennast.

Esialgsed andmed.

Arvutamine viidi läbi Solidworks 2016, Flow simulatsioonimoodulis (edaspidi FS). Lähteandmeteks võeti järgmised parameetrid: sõiduki kiirusest tulenev kiirus V = 40 m/s, ümbritseva õhu temperatuur pluss 20 kraadi Celsiuse järgi, õhutihedus 1,204 kg/m3. Auto geomeetriline mudel on esitatud lihtsustatult (vt joonis 2).

Joonis 2.

Voolu simulatsiooni alg- ja piirtingimuste seadmise sammud.

FS-mooduli lisamise protsess ja üldpõhimõteülesande moodustamine arvutamiseks on siin kirjeldatud, aga ma kirjeldan omadused jaoks välisanalüüs sisemise kaudu.

1. Esimene samm on mudeli lisamine tööalale.

Joonis 2.

2. Järgmisena simuleerime ristkülikukujulist aerodünaamilist kambrit. peamine omadus modelleerimise ajal on see otste puudumine, muidu ei saa me piirtingimusi seada. Automudel peaks olema keskel. Toru laius peab vastama 1,5 * mudeli laiusele mõlemas suunas, toru pikkus on 1,5 * mudeli pikkus, mudeli tagant ja 2 * auto pikkus kaitserauast , toru kõrgus on 1,5 * auto kõrgus tasapinnast, millel auto seisab.

Joonis 3.

3. Siseneme FS-moodulisse. Seadsime sisendvoo esimesele küljele piirtingimused.

Joonis 4.

Valige tüüp: vool / kiirus -> sisendkiirus. Seadsime oma kiiruse. Valige paralleelne serv auto esiosaga. Klõpsake märkeruutu.

Joonis 5.

Määrasime väljapääsu juures piirtingimuse. Valige tüüp: surve, jätke kõik vaikeväärtuseks. Me vajutame daw.

Niisiis, piirtingimused on seatud, liigume arvutamise ülesande juurde.

4. Klõpsake projekti viisardil ja järgige allolevatel piltidel olevaid juhiseid.

Joonis 6.

Joonis 7.

Joonis 8.

Joonis 9.

Joonis 10.

Joonis 11.

Lõpuks jätame kõik muutmata. Klõpsake nuppu Lõpeta.

5. Selles etapis tegeleme kohaliku võrgusilma haldamise ja loomisega. Klõpsake elemendil FS-i elementide puul: grid, paremklõpsake ja valige: lisage kohalik ruudustik.

Joonis 12.

Joonis 13.

Siin saate määrata kohaliku võrgu parameetreid ja pindala, keerukate mudelite jaoks määratakse ka kõverusnurk ja minimaalne elemendi suurus. Minimaalne suurus on täpsustatud veerus "kitsade pilude sulgemine". See funktsioon vähendab oluliselt arvutusaega ja suurendab saadud andmete täpsust. Sõltuvalt sellest, kui täpselt soovite tulemusi saada, määratakse võrgusilma jaotuse parameeter. Sisemise analüüsi jaoks sobivad standardsätted. Järgmisena näidatakse võrgusilma renderdust pinnal.

6. Enne arvutamise alustamist peate määrama arvutamise eesmärgid. Sihtmärgid seatakse FS-i sihtpuus. Alguses seame globaalsed eesmärgid, valime iga komponendi tugevused.

Joonis 14.

Seejärel peame defineerima "sihtväljendid". Selleks paremklõpsake FS-i puus sihtmärki ja valige "sihtlause". Kõigepealt paneme paika saadud jõu võrrandid.

Joonis 15.

Selleks, et avaldises saaks kasutada komponenti tugevuse järgi, tuleb sellel hiire vasaku nupuga klõpsata, valemisse ilmub komponendi link. Siin sisestame valemi 2. Klõpsake märkeruutu.

Vormel 2.

Looge teine ​​"siht-avaldis", kirjutage sinna valem 1.

Joonis 16.

UAN on arvestatud tuuleklaasile. Selles mudelis on tuuleklaas kaldus serv, serv on kallutatud 155 kraadi, seega X jõud korrutatakse patuga (155 * (pi / 180)). Tuleb meeles pidada, et arvutus tehakse si-süsteemi järgi ja vastavalt sellele tuleks kaldpinna pindala mõõta ruutmeetrites.

7. Nüüd saate alustada arvutamist, alustada arvutamist.

Joonis 17.

Arvutamist alustades annab programm valiku, mida arvutada, saame valida arvutusse kaasatud tuumade arvu ja tööjaamu.

Joonis 18.

Kuna ülesanne pole keeruline, võtab arvutamine aega alla minuti, seega vajutame peale selle käivitamist pausile.

Joonis 19.

Nüüd klõpsake nuppu "Sisesta graafik", valige meie avaldise sihtmärgid.

Joonis 20.

Graafik näitab meie avaldiste väärtusi iga iteratsiooni jaoks.

Saate kasutada "eelvaadet", et jälgida arvutamise ajal käimasolevat protsessi. Kui lubate eelvaate, pikeneb meie arvutusaeg, kuid sellel pole suurt mõtet, seega ei soovita ma seda valikut lubada, vaid näitan teile, kuidas see välja näeb.

Joonis 21.

Joonis 22.

See, et süžee on tagurpidi, pole suurem asi, see oleneb mudeli orientatsioonist.

Arvestus lõpeb, kui kõik eesmärgid on kokku lepitud.

Joonis 23.

Tulemused tuleks laadida automaatselt, kui seda ei juhtunud, laadige uuesti käsitsi: tööriistad-> FS-> tulemused-> laadige failist

8. Pärast arvutust näete mudelil võrku.

Ükski auto ei läbi telliskiviseina, kuid iga päev läbib see seinu õhust, millel on samuti tihedus.

Keegi ei taju õhku ega tuult seinana. peal madalad kiirused, tuulevaikse ilmaga on raske märgata, kuidas õhuvool sõidukiga suhtleb. Kuid suurel kiirusel, kl tugev tuulÕhutakistus (jõud, mis mõjub läbi õhu liikuvale objektile – määratletakse ka takistusena) mõjutab tugevalt seda, kuidas auto kiirendab, kui palju see juhib ja kuidas kütust kasutab.

Siin tuleb mängu aerodünaamika teadus, mis uurib õhus objektide liikumisel tekkivaid jõude. Kaasaegsed autod on loodud aerodünaamikat silmas pidades. Hea aerodünaamikaga auto läheb läbi õhuseina nagu nuga läbi või.

Madala õhuvoolutakistuse tõttu kiirendab selline auto paremini ja kulutab paremini kütust, kuna mootor ei pea raiskama lisajõude, et autot läbi õhuseina "suruda".

Auto aerodünaamika parandamiseks on kere kuju ümardatud nii, et õhukanal liiguks ümber auto väikseima takistusega. Sportautodel on kerekuju mõeldud suunama õhuvoolu peamiselt mööda alumist osa, siis saad aru, miks. Samuti panevad nad auto pakiruumile tiiva või spoileri. Tõstmise vältimiseks surub tiib sõiduki tagaosale tagumised rattad, mis on tingitud tugevast õhuvoolust, kui see edasi liigub suur kiirus, mis muudab auto stabiilsemaks. Kõik tagatiivad pole ühesugused ja kõiki neid ei kasutata ettenähtud otstarbel, mõned on ainult autode sisekujunduse elemendid, mis ei täida otsest aerodünaamika funktsiooni.

Aerodünaamika teadus

Enne kui räägime autode aerodünaamikast, tutvume füüsika põhitõdedega.

Kui objekt liigub läbi atmosfääri, siis see nihkub välisõhk... Objekt allub ka gravitatsioonile ja takistusele. Vastupidavus tekib siis, kui tahke objekt liigub vedelas keskkonnas – vees või õhus. Vastupidavus suureneb koos objekti kiirusega – mida kiiremini see läbi ruumi liigub, seda suuremat vastupanu ta kogeb.

Mõõdame objekti liikumist Newtoni seadustes kirjeldatud teguritega – mass, kiirus, kaal, välisjõud ja kiirendus.

Vastupidavus mõjutab otseselt kiirendust. Objekti kiirendus (a) = selle kaal (W) miinus takistus (D) jagatud selle massiga (m). Tuletage meelde, et kaal on kehamassi ja gravitatsioonikiirenduse korrutis. Näiteks Kuul muutub inimese kaal gravitatsiooni puudumise tõttu, kuid mass jääb samaks. Lihtsamalt öeldes:

Kui objekt kiireneb, siis kiirus ja takistus kasvavad kuni lõpp-punktini, kus takistus saab võrdseks raskusega – objekt enam ei kiirenda. Kujutagem ette, et meie objektiks võrrandis on auto. Kuna auto liigub üha kiiremini, hakkab üha rohkem õhku selle liikumisele vastu, piirates auto maksimaalse kiirendusega teatud kiirusel.

Jõuame kõige olulisema numbrini – aerodünaamilise takistuse koefitsiendini. See on üks peamisi tegureid, mis määrab, kui kergesti objekt läbi õhu liigub. Tõmbekoefitsient (Cd) arvutatakse järgmise valemi abil:

Cd = D / (A * r * V / 2)

Kus D on takistus, A on pindala, r on tihedus, V on kiirus.

Aerodünaamiline õhutakistustegur autos

Arvasime välja, et takistustegur (Cd) on suurus, mis mõõdab objektile, näiteks autole, rakendatavat õhutakistusjõudu. Kujutage nüüd ette, et õhu jõud vajutab autot teel liikudes. Kiirusel 110 km/h mõjutab seda neli korda suurem jõud kui kiirusel 55 km/h.

Auto aerodünaamilisi võimeid mõõdetakse õhutakistusteguriga. Mida madalam on Cd väärtus, seda parem on auto aerodünaamika ja seda kergemini läbib see eri suundadest peale suruva õhuseina.

Mõelge näitajatele Cd. Kas mäletate 1970ndate ja 80ndate nurgelist kastiga Volvot? Vana Volvo sedaan 960 õhutakistustegur 0,36. On uus Volvo kehad on siledad ja siledad, tänu millele ulatub koefitsient 0,28-ni. Siledamad ja voolujoonelisemad vormid näitavad paremat aerodünaamikat kui nurgelised ja kandilised.

Põhjused, miks aerodünaamika armastab klanitud vorme

Meenutagem kõige aerodünaamilisemat asja looduses – pisarat. Rebend on igast küljest ümmargune ja sile ning ülevalt kitsenev. Kui pisar langeb alla, voolab õhk selle ümber kergesti ja sujuvalt. Ka autodega – õhk liigub vabalt üle sileda ümara pinna, vähendades õhutakistust objekti liikumisele.

Tänapäeval on enamiku mudelite keskmine õhutakistustegur 0,30. Maasturite õhutakistustegur on 0,30–0,40 või rohkem. Kõrge suhte põhjus on mõõtmetes. Land Cruiserid ja Gelendvagenid mahutavad rohkem reisijaid, neil on rohkem lasti koht, suured võred mootori jahutamiseks, sellest ka ruudukujuline disain. Pihustite, mille konstruktsioon on sihipäraselt ruudukujuline, Cd on suurem kui 0,40.

Kere disain on vastuoluline, kuid auto aerodünaamiline kuju on näitlik. Tõmbekoefitsient Toyota Prius 0,24, seega on auto kütusekulu madal, mitte ainult hübriidi tõttu elektrijaam... Pidage meeles, et iga miinus 0,01 koefitsiendis vähendab kütusekulu 0,1 liitri võrra 100 kilomeetri kohta.

Kehvad lohistamismudelid:

Hea aerodünaamilise takistusega mudelid:

Aerodünaamika parandamise tehnikad on olnud kasutusel juba pikka aega, kuid autotootjatel kulus palju aega, enne kui neid uute sõidukite loomisel kasutama hakkasid.

Esimeste autode mudelitel pole aerodünaamika kontseptsiooniga mingit pistmist. Heitke pilk mudelile T Ford- auto näeb välja rohkem nagu hobukaaker ilma hobuseta - võitja ruudukujulise disaini konkursil. Tõtt-öelda oli enamik mudeleid pioneerid ega vajanud aerodünaamilist disaini, kuna sõitsid aeglaselt, sellisel kiirusel polnud midagi vastu panna. aga võidusõiduautod 1900. aastate alguses hakkasid need aerodünaamika tõttu võistluste võitmiseks tasapisi kitsenema.

1921. aastal lõi Saksa leiutaja Edmund Rumpler Rumpler-Tropfenauto, mis saksa keeles tähendab "auto - pisar". Looduse kõige aerodünaamilisemast kujust, pisarakujust inspireeritud mudelil oli õhutakistustegur 0,27. Rumpler-Tropfenauto disaini ei tunnustatud kunagi. Rumpler suutis luua vaid 100 ühikut Rumpler-Tropfenautot.

Ameerikas toimus aerodünaamilise disaini hüpe 1930. aastal, kui Chrysleri mudelÕhuvool. Lindude lennust inspireerituna kujundasid insenerid Airflow’i aerodünaamikat silmas pidades. Juhitavuse parandamiseks jaotatakse masina kaal ühtlaselt esi- ja tagateljed- 50/50. Suurest depressioonist väsinud ühiskond ei võtnud kunagi omaks Chrysler Airflow ebatavalist välimust. Mudelit peeti ebaõnnestunuks, kuigi Chrysler Airflow voolujooneline disain oli oma ajast tublisti ees.

1950. ja 60. aastatel toimus võidusõidumaailmast autotööstuse aerodünaamika suurim edusamm. Insenerid hakkasid katsetama erinevate keretüüpidega, teades, et voolujooneline kuju kiirendab autosid. Nii sündis võidusõiduauto vorm, mis on säilinud tänapäevani. Sama eesmärki täitsid esi- ja tagaspoilerid, labida ninad ja aerokomplektid, mis juhtisid õhuvoolu läbi katuse ning tekitasid esi- ja tagaratastele vajaliku surujõu.

Katsete õnnestumisele aitas kaasa tuuletunnel. Meie artikli järgmises osas räägime teile, miks seda vaja on ja miks see on auto disaini kujundamisel oluline.

Takistuse mõõtmine tuuletunnelis

Auto aerodünaamilise efektiivsuse mõõtmiseks laenasid insenerid lennutööstusest tööriista – tuuletunneli.

Tuuletunnel on võimsate ventilaatoritega tunnel, mis tekitavad õhuvoolu üle sees oleva objekti. Auto, lennuk või midagi muud, mille õhutakistust mõõdavad insenerid. Tunneli taga olevast ruumist jälgivad teadlased, kuidas õhk suhtleb objektiga ja kuidas õhuvoolud erinevatel pindadel käituvad.

Tuuletunnelis sees olev auto või lennuk ei liigu, kuid tegelike tingimuste simuleerimiseks puhuvad ventilaatorid õhku erinev kiirus... Mõnikord päris autod pole isegi torusse surutud - disainerid sageli toetuvad täpsed mudelid valmistatud savist või muust toorainest. Tuul puhub autot tuuletunnelis ja arvutid arvutavad õhutakistuskoefitsiendi.

Tuuletunnelid on olnud kasutusel alates 1800. aastate lõpust, mil püüti luua lennukit ja mõõdeti õhuvoolu mõju torudes. Isegi vendadel Wrightidel oli selline piip. Pärast II maailmasõda, insenerid võidusõiduautod, otsides eelist konkurentide ees, hakkas efektiivsuse hindamiseks kasutama tuuletunneleid aerodünaamilised elemendid välja töötatud mudelid. Hiljem jõudis see tehnoloogia sõidu- ja veoautode maailma.

Viimase 10 aasta jooksul on mitu miljonit dollarit maksvaid suuri tuuletunneleid kasutatud üha vähem. Arvutisimulatsioon asendab järk-järgult seda auto aerodünaamika testimise meetodit (täpsemalt). Tuuletunnelid käivitatakse ainult selleks, et arvutisimulatsioonides ei esineks valearvestusi.

Aerodünaamikas on rohkem mõisteid kui lihtsalt õhutakistus – on olemas ka tõste- ja survejõu tegurid. Lift (või lift) on jõud, mis töötab vastu objekti raskust, tõstab ja hoiab objekti õhus. Allajõud Lifti vastand on jõud, mis surub objekti maapinnale.

Eksib igaüks, kes arvab, et 320 km/h arendavate vormel-1 võidusõiduautode takistustegur on madal. Tüüpilise vormel 1 võidusõiduauto õhutakistustegur on umbes 0,70.

Vormel 1 võidusõiduautode ülehinnatud õhutakistuskoefitsiendi põhjuseks on see, et need autod on loodud looma võimalikult palju survejõudu. Selle kiirusega, millega autod liiguvad ja oma ülikerge kaaluga, hakkavad nad kogema tõstmist suured kiirused- füüsika paneb nad õhku tõusma nagu lennuk. Autod ei ole ehitatud lendama (kuigi artikkel – lendav transformeeruv auto väidab vastupidist) ja kui sõiduk hakkab õhku tõusma, siis võib oodata vaid üht – laastavat õnnetust. Seetõttu peab survejõud olema maksimaalne, et autot suurtel kiirustel maas hoida, mis tähendab, et õhutakistustegur peab olema kõrge.

Vormel 1 autod saavutavad suure survejõu, kasutades esi- ja seljad sõidukit. Need poritiivad suunavad õhuvoolud nii, et auto surutakse maapinnale – samasugune survejõud. Nüüd saate kiirust turvaliselt suurendada ja kurvides mitte kaotada. Samal ajal tuleb surujõudu tõstukiga hoolikalt tasakaalustada, et auto saavutaks soovitud sirgjoonelise kiiruse.

Paljudel seeriaautodel on survejõu loomiseks aerodünaamilised lisad. ajakirjandus kritiseeris välimuse pärast. Vastuoluline disain. Ja kõik sellepärast, et tervik kere GT-R Mõeldud õhuvoolu suunamiseks üle sõiduki ja tagasi läbi ovaalse tagaspoileri, luues rohkem survejõudu. Keegi ei mõelnud auto ilu peale.

Vormel 1 rajalt väljas leidub tiibasid sageli seeriaautodel, näiteks sedaanidel. Toyota ettevõtted ja Honda. Mõnikord lisavad need disainielemendid suurel kiirusel veidi stabiilsust. Näiteks edasi esimene Audi TT-l polnud algselt spoilerit, kuid Audi Pidin selle lisama, kui selgus, et TT ümar kuju ja kerge kaal tekitasid liiga suure tõstejõu, mis muutis auto kiirustel üle 150 km/h ebastabiilseks.

Aga kui auto pole Audi TT, mitte sportauto, mitte sportauto, vaid tavaline pere sedaan või luukpära, pole midagi spoilerit paigaldada. Spoiler sellisel autol juhitavust ei paranda, kuna "perel" on kõrge Cx-i tõttu niigi suur survejõud ja üle 180 kiirusi sellelt välja pigistada ei saa. Spoiler sisse tavaline auto võib põhjustada ülejuhitavust või vastupidi, vastumeelsust kurvides. Kui aga arvad ka, et hiiglaslik spoiler Honda civic seisab omal kohal, ärge laske kellelgi end selles veenda.