همه می دانند آیرودینامیک برای یک خودرو چیست. هرچه بدنه آن ساده تر باشد، مقاومت کمتری در برابر حرکت و مصرف سوخت دارد. چنین خودرویی نه تنها باعث صرفه جویی در هزینه شما می شود، بلکه زباله های کمتری را نیز وارد محیط می کند. پاسخ ساده است، اما هنوز کامل نیست. متخصصان آیرودینامیک در تکمیل بدنه مدل جدید نیز:

• محاسبه توزیع در امتداد محورهای بالابر، که با توجه به سرعت قابل توجه خودروهای مدرن بسیار مهم است.
• فراهم کردن دسترسی هوا برای خنک کردن موتور و ترمزها،
• به مکان های ورودی و خروجی هوا برای سیستم تهویه محفظه مسافر فکر کنید.
• تلاش برای کاهش سطح سر و صدا در کابین،
• بهینه سازی شکل اعضای بدن برای کاهش آلودگی شیشه، آینه و تجهیزات نورپردازی.

علاوه بر این، حل یک کار اغلب با اجرای دیگری در تضاد است. به عنوان مثال، کاهش ضریب درگ باعث بهبود کارآمدی می شود، اما در عین حال مقاومت خودرو را در برابر تندبادهای باد متقابل مختل می کند. بنابراین کارشناسان باید به دنبال سازش منطقی باشند.

کشش کاهش یافته است

نیروی کشش به چه چیزی بستگی دارد؟ دو پارامتر تأثیر تعیین کننده ای روی آن دارند - ضریب کشش آیرودینامیکی Cx و سطح مقطع وسیله نقلیه (وسط کشتی). می‌توانید با پایین‌تر و باریک‌تر کردن بدنه قسمت میانی را کاهش دهید، اما خریدار زیادی برای چنین خودرویی وجود ندارد. بنابراین، جهت اصلی بهبود آیرودینامیک یک خودرو، بهینه سازی جریان اطراف بدنه و به عبارتی کاهش Cx است. ضریب پسا Cx یک کمیت بدون بعد است که به صورت تجربی تعیین می شود. برای خودروهای مدرن، در محدوده 0.26-0.38 قرار دارد. در منابع خارجی، گاهی اوقات ضریب درگ را Cd (ضریب درگ) نشان می دهند. یک بدنه قطره‌ای، که Cx آن برابر با 0.04 است، دارای جریانی ایده‌آل است. هنگام حرکت، جریان هوا را به آرامی قطع می کند، که سپس بدون مانع، بدون شکستگی، در "دم" خود بسته می شود.

توده های هوا هنگام حرکت خودرو رفتار متفاوتی دارند. در اینجا مقاومت هوا از سه جزء تشکیل شده است:

• مقاومت داخلی هنگام عبور هوا محفظه موتورو سالن،
• مقاومت اصطکاکی جریان هوا در سطوح بیرونی بدن و
• مقاومت را تشکیل دهند.

جزء سوم دارد بیشترین تاثیردر مورد آیرودینامیک ماشین همانطور که وسیله نقلیه حرکت می کند، هوای جلوی خود را فشرده می کند و یک منطقه ایجاد می کند فشار خون بالا... جریان هوا در اطراف بدن جریان دارد و در جایی که به پایان می رسد، جریان هوا جدا می شود، تلاطم و ناحیه ای با کاهش فشار ایجاد می شود. بنابراین منطقه فشار بالاجلو از حرکت خودرو به جلو جلوگیری می کند و ناحیه کم فشار در عقب آن را به عقب می مکد. نیروی گرداب ها و بزرگی ناحیه فشار کاهش یافته توسط شکل قسمت عقب بدنه تعیین می شود.

بهترین عملکرد آیرودینامیکی توسط اتومبیل هایی با بخش عقب پلکانی - سدان ها و کوپه ها نشان داده می شود. توضیح ساده است - جریان هوایی که از سقف افتاده است بلافاصله روی درب صندوق عقب می افتد، جایی که عادی می شود و در نهایت لبه خود را می شکند. جریان های جانبی نیز روی صندوق عقب می ریزند که از ایجاد گرداب های مضر در پشت خودرو جلوگیری می کند. بنابراین، هرچه درب چکمه بلندتر و بلندتر باشد، بهتر است. عملکرد آیرودینامیکی... در سدان های بزرگو کوپه حتی گاهی اوقات موفق می شود به یک جریان مداوم در اطراف بدنه دست یابد. باریک شدن جزئی قسمت عقب نیز به کاهش Cx کمک می کند. لبه تنه تیز یا به شکل یک برآمدگی کوچک ساخته شده است - این جدا شدن جریان هوا را بدون تلاطم تضمین می کند. در نتیجه، فضای خلاء پشت خودرو کوچک است.

بدنه زیرین خودرو نیز بر آیرودینامیک آن تأثیر می گذارد. قسمت های بیرون زده تعلیق و سیستم اگزوزافزایش مقاومت برای کاهش آن، آنها سعی می کنند تا حد ممکن قسمت پایینی را صاف کنند یا هر چیزی را که از زیر سپر "بیرون می آید" با سپر بپوشانند. گاهی اوقات یک اسپویلر کوچک جلو نصب می شود. اسپویلر جریان هوا را در زیر خودرو کاهش می دهد. اما در اینجا مهم است که بدانید چه زمانی باید متوقف شود. یک اسپویلر بزرگ به طور قابل توجهی مقاومت را افزایش می دهد، اما ماشین بهتر است به جاده "آغشته شود". اما بیشتر در مورد آن در بخش بعدی.

داون فورس

هنگامی که خودرو در حال حرکت است، جریان هوا در زیر آن در یک خط مستقیم می رود و قسمت بالایی جریان به دور بدنه خم می شود، یعنی مسیر طولانی تری را طی می کند. بنابراین سرعت جریان بالایی نسبت به جریان پایینی بیشتر است. و طبق قوانین فیزیک هر چه سرعت هوا بیشتر باشد فشار کمتر می شود. در نتیجه، یک ناحیه فشار افزایش یافته در زیر و یک ناحیه کاهش یافته در بالا ایجاد می شود. این یک بالابر ایجاد می کند. و اگرچه ارزش آن کم است، اما مشکل این است که به طور نابرابر در امتداد محورها توزیع شده است. اگر اکسل جلو با فشار جریان روی کاپوت بارگیری شود و شیشه جلو، سپس قسمت عقب علاوه بر این توسط ناحیه خلاء تشکیل شده در پشت خودرو تسکین می یابد. بنابراین با افزایش سرعت، پایداری کاهش یافته و خودرو مستعد لغزش می شود.

طراحان خودروهای تولیدی معمولی نیازی به اختراع اقدامات خاصی برای مبارزه با این پدیده ندارند، زیرا آنچه که برای بهبود کارآمدی انجام می شود به طور همزمان نیروی رو به پایین را افزایش می دهد. به عنوان مثال، بهینه سازی قسمت عقب، ناحیه خلاء پشت خودرو را کاهش می دهد و در نتیجه بالابر را کاهش می دهد. تراز کردن زیر بدنه نه تنها مقاومت در برابر حرکت هوا را کاهش می دهد، بلکه باعث افزایش دبی و در نتیجه کاهش فشار زیر خودرو می شود. این به نوبه خود منجر به کاهش لیفت می شود. اسپویلر عقب نیز دو هدف را انجام می دهد. این نه تنها تشکیل گرداب را کاهش می دهد، Cx را بهبود می بخشد، بلکه به طور همزمان به دلیل جریان هوا که آن را دفع می کند، ماشین را به جاده می راند. گاهی اوقات اسپویلر عقب صرفا برای افزایش نیروی رو به پایین طراحی می شود. در این صورت دارد اندازه های بزرگو شیب یا جمع شدنی ساخته شده است، وارد کار فقط در سرعت های بالا.

برای ورزش و مدل های مسابقه ایاقدامات شرح داده شده، البته، بی اثر خواهد بود. برای نگه داشتن آنها در جاده، باید نیروی رو به پایین زیادی ایجاد کنید. برای این کار از یک اسپویلر بزرگ جلو، دامن های جانبی و پانل های بال استفاده می شود. اما نصب شده روی خودروهای تولیدی، این عناصر فقط نقش تزئینی دارند و غرور مالک را خشنود می کنند. خیر مزایای عملیآنها نمی دهند، بلکه برعکس، مقاومت در برابر حرکت را افزایش می دهند. به هر حال، بسیاری از رانندگان، اسپویلر را با بال اشتباه می گیرند، اگرچه تشخیص آنها بسیار آسان است. اسپویلر همیشه روی بدنه فشرده می شود و یک کل واحد را با آن تشکیل می دهد. بال در فاصله ای از بدنه نصب می شود.

آیرودینامیک عملی

پیروی از چند قانون ساده به شما این امکان را می دهد که با کاهش مصرف سوخت، صرفه جویی در مصرف سوخت خود را به دست آورید. با این حال، این نکات تنها برای کسانی مفید خواهد بود که اغلب و زیاد در بزرگراه رانندگی می کنند.

هنگام رانندگی، بخش قابل توجهی از قدرت موتور صرف غلبه بر مقاومت هوا می شود. هر چه سرعت بالاتر باشد، کشش (و در نتیجه مصرف سوخت) بیشتر است. بنابراین، اگر سرعت خود را حتی 10 کیلومتر در ساعت کاهش دهید، تا 1 لیتر در هر 100 کیلومتر صرفه جویی خواهید کرد. در این صورت از دست دادن زمان ناچیز خواهد بود. با این حال، این حقیقت برای اکثر رانندگان شناخته شده است. اما سایر ظرافت های "آیرودینامیکی" برای همه شناخته شده نیست.

مصرف سوخت به ضریب درگ و سطح مقطع خودرو بستگی دارد. اگر فکر می کنید که این پارامترها در کارخانه تنظیم شده اند و مالک خودرو نمی تواند آنها را تغییر دهد، در اشتباهید! تغییر آنها به هیچ وجه کار سختی نیست و می توانید به اثرات مثبت و منفی دست پیدا کنید.

چه چیزی باعث افزایش هزینه می شود؟ بار روی سقف بیش از حد سوخت را "می خورد". و حتی یک جعبه ساده حداقل یک لیتر در صد مصرف می کند. پنجره ها و دریچه ها در حین حرکت باز می شوند سوخت را غیر منطقی می سوزانند. اگر بار بلندی را با یک صندوق عقب کمی باز حمل کنید، دچار سرریزی نیز خواهید شد. عناصر تزئینی مختلف مانند فیرینگ روی کاپوت ("مگس انداز")، "kenguryatnik"، یک بال و سایر عناصر تیونینگ خانگی، اگرچه لذت زیبایی شناختی را به ارمغان می آورند، اما باعث می شوند پول اضافی به دست آورید. به پایین نگاه کنید - برای هر چیزی که پایین تر از خط آستانه به نظر می رسد باید هزینه اضافی بپردازید. حتی یه چیز کوچیک مثل غیبت درپوش های پلاستیکیبر روی دیسک های فولادی، مصرف را افزایش می دهد. هر یک از عوامل یا قطعات ذکر شده به طور جداگانه مصرف را زیاد افزایش نمی دهد - از 50 تا 500 گرم در 100 کیلومتر. اما اگر همه چیز را با هم جمع کنیم، دوباره حدود یک لیتر در هر صد "زیر" خواهد شد. این محاسبات معتبر هستند ماشین های کوچکبا سرعت 90 کیلومتر در ساعت. صاحبان اتومبیل های بزرگ و دوستداران سرعت های بالاتر برای افزایش مصرف هزینه ها را در نظر می گیرند.

در صورت رعایت تمامی شرایط فوق می توانیم از هزینه های غیر ضروری خودداری کنیم. آیا امکان کاهش بیشتر تلفات وجود دارد؟ می توان! اما این نیاز به کمی دارد تنظیم خارجی(البته در مورد عناصر اجرا شده حرفه ای صحبت می کنیم). جلو کیت بدنه آیرودینامیکاجازه نمی دهد جریان هوا در زیر ماشین "ترک شود" ، روکش های جلوپنجره قسمت بیرون زده چرخ ها را می پوشانند ، اسپویلر از ایجاد تلاطم در پشت "جنگ" ماشین جلوگیری می کند. اگرچه اسپویلر معمولاً قبلاً در ساختار بدنه یک ماشین مدرن گنجانده شده است.

بنابراین صرفه جویی در هوا کاملاً واقعی است.

مقررات فعلی به تیم‌ها اجازه می‌دهد مدل‌هایی از خودروها را در تونل باد آزمایش کنند که از 60 درصد مقیاس تجاوز نمی‌کنند. پت سیموندز مدیر سابق تیم رنو در مصاحبه ای با F1Racing در مورد ویژگی های این شغل صحبت کرد.

پت سیموندز: «امروزه، همه تیم‌ها با مدل‌های مقیاس 50 یا 60 درصد کار می‌کنند، اما همیشه اینطور نبود. اولین آزمایش های آیرودینامیکی در دهه 80 با ماکت هایی با 25 درصد ارزش واقعی انجام شد - قدرت تونل های باد در دانشگاه ساوتهمپتون و کالج امپریال لندن اجازه نمی داد - فقط در آنجا امکان نصب وجود داشت. مدل های روی پایه متحرک سپس تونل‌های باد ظاهر شدند که در آن‌ها امکان کار با مدل‌های 33% و 50% وجود داشت و اکنون، به دلیل نیاز به محدود کردن هزینه‌ها، تیم‌ها موافقت کردند که مدل‌ها را بیش از 60% با سرعت جریان هوا بدون هیچ آزمایشی آزمایش کنند. بیش از 50 متر در ثانیه

هنگام انتخاب مقیاس مدل، تیم ها از قابلیت های تونل باد موجود استفاده می کنند. برای به دست آوردن نتایج دقیق، ابعاد مدل نباید بیش از 5٪ از سطح کاری لوله باشد. تولید مدل های در مقیاس کوچکتر ارزان تر است، اما چقدر مدل کمتر، حفظ دقت مورد نیاز دشوارتر است. مانند بسیاری دیگر از مسائل مربوط به توسعه اتومبیل فرمول 1، در اینجا باید بهترین سازش را پیدا کنید.

در زمان های قدیم، مدل هایی از چوب درخت دیرا در حال رشد در مالزی ساخته می شد که چگالی کمی دارد، اکنون از تجهیزات استریولیتوگرافی لیزری استفاده می شود - یک پرتو لیزر مادون قرمز مواد کامپوزیت را پلیمریزه می کند و بخشی با ویژگی های مشخص را به دست می آورد. خروجی این روش آزمایش اثربخشی یک ایده مهندسی جدید را در یک تونل باد در عرض چند ساعت ممکن می سازد.

هرچه مدل با دقت بیشتری اجرا شود، اطلاعات به دست آمده در طول پاکسازی آن قابل اعتمادتر است. هر چیز کوچک در اینجا مهم است، حتی از طریق لوله های اگزوزجریان گازها باید با همان سرعت ماشین واقعی عبور کند. تیم ها در تلاش برای دستیابی به بالاترین دقت ممکن شبیه سازی برای تجهیزات موجود هستند.

برای سال‌ها به‌جای لاستیک‌ها، از کپی‌های بزرگ نایلون یا فیبر کربن استفاده می‌شد، زمانی که میشلن نسخه‌های کوچک‌تری از آن‌ها ساخت، پیشرفت‌های جدی حاصل شد. تایر مسابقه ای... مدل دستگاه مجهز به انواع سنسورها برای اندازه گیری فشار هوا و سیستمی است که به شما امکان تغییر تعادل را می دهد.

مدل ها، از جمله تجهیزات اندازه گیری نصب شده روی آنها، از نظر هزینه کمی پایین تر هستند ماشین های واقعی- به عنوان مثال، آنها گران تر از ماشین های واقعی GP2. این در واقع یک تصمیم فوق العاده سخت است. یک قاب اولیه با سنسور حدود 800 هزار دلار قیمت دارد، می توان از آن برای چندین سال استفاده کرد، اما معمولا تیم ها دو مجموعه دارند تا کار را متوقف نکنند.

هر تجدید نظر عناصر بدنیا تعلیق منجر به نیاز به ساخت می شود نسخه جدیدکیت بدنه که ربع میلیون قیمت دارد. ضمن اینکه بهره برداری از خود تونل باد ساعتی حدود هزار دلار هزینه دارد و نیاز به حضور 90 کارمند دارد. تیم های جدی حدود 18 میلیون دلار در هر فصل برای این تحقیق هزینه می کنند.

هزینه ها دارد جواب می دهد. افزایش 1 درصدی نیروی داون فورس به شما امکان می دهد یک دهم ثانیه در یک آهنگ واقعی بازی کنید. در شرایط مقررات پایدار، مهندسان تقریباً در ماه بازی می کنند، به طوری که فقط در بخش مدل سازی، هر دهم 1.5 میلیون دلار برای تیم هزینه دارد.

امروز از شما دعوت می کنیم تا بدانید که چیست، چرا به آن نیاز است و در چه سالی این فناوری برای اولین بار در جهان ظاهر شد.

بدون آیرودینامیک، ماشین ها و هواپیماها و حتی باب سورتمه ها به سادگی اشیایی هستند که باد را به حرکت در می آورند. اگر آیرودینامیک وجود نداشته باشد، باد بی اثر حرکت می کند. علم مطالعه راندمان حذف جریان هوا را آیرودینامیک می نامند. به منظور ایجاد وسیله نقلیه ای که به طور موثر جریان های هوا را منحرف کند و کشش را کاهش دهد، به یک تونل باد نیاز است که در آن مهندسان اثربخشی کشش آیرودینامیکی هوای قطعات خودرو را بررسی کنند.

به اشتباه تصور می شود که آیرودینامیک از زمان اختراع تونل باد وجود داشته است. اما این مورد نیست. در واقع در دهه 1800 ظاهر شد. پیدایش این علم در سال 1871 با برادران رایت که طراحان و خالقان اولین هواپیمای جهان هستند آغاز شد. به لطف آنها، هوانوردی شروع به توسعه کرد. تنها یک هدف وجود داشت - تلاش برای ساخت یک هواپیما.

در ابتدا، برادران آزمایشات خود را در یک تونل راه آهن انجام دادند. اما امکانات تونل برای مطالعه جریان هوا محدود بود. بنابراین، آنها نتوانستند یک هواپیمای واقعی ایجاد کنند، زیرا برای این کار لازم بود که بدنه هواپیما سخت ترین الزامات آیرودینامیکی را برآورده کند.

بنابراین، در سال 1901، برادران تونل باد خود را ساختند. در نتیجه، طبق برخی گزارش‌ها، حدود 200 هواپیما و بدنه نمونه اولیه در این لوله آزمایش شدند. از اشکال مختلف... چندین سال دیگر طول کشید تا برادران اولین هواپیمای واقعی تاریخ را بسازند. بنابراین در سال 1903، برادران رایت با موفقیت اولین نمونه را در جهان آزمایش کردند که به مدت 12 ثانیه در هوا ماند.

تونل باد چیست؟

این یک دستگاه ساده است که از یک تونل بسته (ظرفیت عظیم) تشکیل شده است که از طریق آن جریان هوا با کمک فن های قدرتمند تامین می شود. یک شی در یک تونل باد قرار می گیرد، که روی آن شروع به تغذیه می کنند. همچنین در تونل های باد مدرن، متخصصان این توانایی را دارند که جریان هوای هدایت شده را به برخی از عناصر بدنه خودرو یا هر وسیله نقلیه.

آزمایش تونل باد در دوران بزرگ محبوبیت زیادی به دست آورد جنگ میهنیدر دهه 40 در سرتاسر جهان، ادارات نظامی تحقیقاتی در زمینه آیرودینامیک انجام داده اند. تجهیزات نظامیو مهمات پس از جنگ، تحقیقات آیرودینامیکی نظامی به پایان رسید. اما توجه به آیرودینامیک توسط مهندسانی که ماشین های مسابقه اسپرت را طراحی می کنند، جلب شده است. سپس این مد توسط طراحان و خودروهای سواری انتخاب شد.

اختراع تونل باد به تکنسین ها اجازه داد تا وسایل نقلیه ساکن را آزمایش کنند. سپس جریان های هوا تامین می شود و همان اثری ایجاد می شود که هنگام حرکت دستگاه مشاهده می شود. حتی هنگام آزمایش هواپیما، جسم ثابت می ماند. تنظیم شده فقط برای شبیه سازی سرعت وسیله نقلیه خاص.

به لطف آیرودینامیک، هم اسپرت و هم ماشین های سادهبه جای اشکال مربعی، آنها شروع به به دست آوردن خطوط صاف و عناصر بدن گرد کردند.

گاهی اوقات ممکن است کل وسیله نقلیه برای تحقیق مورد نیاز نباشد. اغلب می توان از یک طرح بندی معمولی و در اندازه واقعی استفاده کرد. در نتیجه، کارشناسان سطح مقاومت در برابر باد را تعیین می کنند.

ضریب درگ باد با نحوه حرکت باد در داخل لوله تعیین می شود.

تونل های باد مدرن اساسا یک سشوار غول پیکر برای ماشین شما هستند. به عنوان مثال یکی از تونل های باد معروف در کارولینای شمالی آمریکا قرار دارد که تحقیقات انجمن در آنجا در حال انجام است. به لطف این لوله، مهندسان قادر به مدل سازی خودروهایی هستند که می توانند با سرعت 290 کیلومتر در ساعت حرکت کنند.

در این ساخت و ساز حدود 40 میلیون دلار سرمایه گذاری شده است. این لوله کار خود را در سال 2008 آغاز کرد. سرمایه گذاران اصلی انجمن مسابقه NASCAR و صاحب مسابقه Gene Haas هستند.

در اینجا یک ویدیو از یک آزمایش سنتی در این لوله است:

از زمان ظهور اولین تونل باد در تاریخ، مهندسان متوجه شده اند که این اختراع چقدر برای همه مهم است. در نتیجه، طراحان خودرو توجه خود را به آن جلب کردند و شروع به توسعه فن آوری برای مطالعه جریان هوا کردند. اما تکنولوژی ثابت نمی ماند. امروزه تحقیقات و محاسبات زیادی در رایانه انجام می شود. شگفت‌انگیزترین چیز این است که حتی آزمایش‌های آیرودینامیکی نیز در برنامه‌های کامپیوتری خاص انجام می‌شود.

یک مدل مجازی سه بعدی از دستگاه به عنوان موضوع آزمایش استفاده می شود. بیشتر در کامپیوتر تکثیر می شوند شرایط مختلفبرای آزمایش آیرودینامیک همین رویکرد برای تست تصادف شروع به تکامل کرد. که نه تنها می تواند در هزینه شما صرفه جویی کند، نه می توانید پارامترهای زیادی را هنگام آزمایش در نظر بگیرید.

درست مانند تست های تصادف واقعی، ساخت تونل باد و آزمایش در آن بسیار است لذت گران قیمت... در رایانه، هزینه می تواند به اندازه چند دلار باشد.

درست است، مادربزرگ ها و پدربزرگ ها و طرفداران فناوری های قدیمی همچنان می گویند که دنیای واقعی بهتر از رایانه است. اما قرن 21 قرن 21 است. بنابراین، اجتناب ناپذیر است که در آینده نزدیک بسیاری از آزمایشات واقعی به طور کامل بر روی رایانه انجام شود.

اگرچه شایان ذکر است که ما مخالف کامپیوتر نیستیم، اما امیدواریم که تست های واقعیتونل باد و تست تصادف معمولی در صنعت خودرو ادامه خواهد داشت.

معرفی.

عصر بخیر، خوانندگان عزیز. در این پست می خواهم به شما بگویم که چگونه با استفاده از یک تحلیل داخلی در شبیه سازی جریان، تحلیل خارجی یک قطعه یا سازه را برای تعیین ضریب درگ و نیروی حاصله انجام دهید. همچنین ایجاد یک شبکه محلی و تعیین اهداف بیان هدف برای ساده سازی و خودکارسازی محاسبات را در نظر بگیرید. در اینجا مفاهیم اساسی ضریب درگ آورده شده است. تمام این اطلاعات به شما کمک می کند تا محصول ضعیفی را به سرعت و با مهارت طراحی کنید و بعداً آن را برای استفاده عملی چاپ کنید.

مواد.

ضریب درگ آیرودینامیکی (که از این پس CAS نامیده می شود) به طور تجربی در طول آزمایشات در یک تونل باد یا آزمایشات در هنگام ساحل تعیین می شود. تعریف CAS با فرمول 1 آمده است

فرمول 1

UAN به اشکال مختلف در نوسان است طیف وسیع... شکل 1 این ضرایب را برای تعدادی از اشکال نشان می دهد. در هر مورد، فرض بر این است که هوایی که روی بدنه می‌رود، جزء جانبی ندارد (یعنی مستقیماً در امتداد محور طولی وسیله نقلیه حرکت می‌کند). توجه داشته باشید که یک صفحه تخت ساده دارای ضریب درگ 1.95 است. این ضریب به این معنی است که نیروی پسا 1.95 برابر بیشتر از فشار دینامیکی است که بر روی سطح صفحه اعمال می شود. مقاومت بسیار بالای ایجاد شده توسط صفحه به این دلیل است که جریان هوا در اطراف صفحه یک منطقه جداسازی بسیار بزرگتر از خود صفحه ایجاد می کند.

تصویر 1.

در زندگی علاوه بر مولفه باد ناشی از سرعت وسیله نقلیه، سرعت باد روی وسیله نقلیه نیز در نظر گرفته می شود. و برای تعیین نرخ جریان، عبارت زیر صحیح است: V = Vauto + Vwind.
اگر باد پیدا شده منصفانه باشد، سرعت آن کم می شود.
ضریب درگ برای تعیین درگ مورد نیاز است، اما در این مقاله فقط خود ضریب در نظر گرفته خواهد شد.

اطلاعات اولیه.

محاسبه در Solidworks 2016، ماژول شبیه‌سازی جریان (از این پس FS) انجام شد. پارامترهای زیر به عنوان داده های اولیه در نظر گرفته شد: سرعت حاصل از سرعت خودرو V = 40 متر بر ثانیه، دمای محیط به علاوه 20 درجه سانتیگراد، تراکم هوا 1.204 کیلوگرم بر متر مکعب. مدل هندسی ماشین به صورت ساده ارائه شده است (شکل 2 را ببینید).

شکل 2.

مراحل تنظیم شرایط اولیه و مرزی در شبیه سازی جریان.

فرآیند اضافه کردن ماژول FS و اصل کلیتشکیل یک کار برای محاسبه در این توضیح داده شده است، اما من توضیح خواهم داد مشخصاتبرای تحلیل خارجیاز طریق داخلی

1. اولین مرحله اضافه کردن مدل به فضای کاری است.

شکل 2.

2. در مرحله بعد، یک محفظه آیرودینامیکی مستطیل شکل را شبیه سازی می کنیم. ویژگی اصلیدر طول مدل سازی، این عدم وجود انتهای است، در غیر این صورت نمی توانیم شرایط مرزی را تعیین کنیم. مدل ماشین باید در مرکز باشد. عرض لوله باید با 1.5 * عرض مدل در هر دو جهت، طول لوله 1.5 * طول مدل، از عقب مدل و 2 * طول ماشین از سپر مطابقت داشته باشد. ارتفاع لوله 1.5 * ارتفاع ماشین از هواپیمایی که ماشین روی آن ایستاده است.

شکل 3.

3. وارد ماژول FS می شویم. ما شرایط مرزی را در وجه اول جریان ورودی تنظیم می کنیم.

شکل 4.

نوع را انتخاب کنید: جریان / سرعت -> سرعت ورودی. ما سرعت خود را تنظیم کردیم. لبه موازی جلوی ماشین را انتخاب کنید. روی چک باکس کلیک کنید.

شکل 5.

ما شرط مرزی را در خروجی تنظیم می کنیم. ما نوع را انتخاب می کنیم: فشار، همه چیز را به عنوان پیش فرض می گذاریم. دم را فشار می دهیم.

بنابراین، شرایط مرزی تنظیم شده است، ما به کار برای محاسبه می پردازیم.

4. روی پروژه ویزارد کلیک کنید و دستورالعمل های موجود در تصاویر زیر را دنبال کنید.

شکل 6.

شکل 7.

شکل 8.

شکل 9.

شکل 10.

شکل 11.

در پایان همه چیز را بدون تغییر می گذاریم. روی finish کلیک کنید.

5. در این مرحله به مدیریت و ایجاد مش محلی می پردازیم. روی درخت عنصر FS در مورد: grid کلیک کنید، راست کلیک کنید و انتخاب کنید: add a local grid.

شکل 12.

شکل 13.

در اینجا می توانید پارامترها و مساحت مش محلی را مشخص کنید؛ برای مدل های پیچیده، زاویه انحنا و حداقل اندازه عنصر نیز تنظیم شده است. حداقل اندازهدر ستون "بستن شکاف های باریک" مشخص شده است. این تابع زمان محاسبه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و دقت داده های به دست آمده را افزایش می دهد. بسته به میزان دقتی که می‌خواهید نتایج را دریافت کنید، پارامتر زیربخش مش تنظیم می‌شود. تنظیمات استاندارد برای تحلیل داخلی مناسب هستند. در مرحله بعد، رندر مش روی سطح نشان داده می شود.

6. قبل از شروع محاسبه، باید اهداف محاسبه را تعیین کنید. اهداف در درخت هدف FS تنظیم می شوند. در ابتدا، اهداف جهانی تعیین می کنیم، نقاط قوت را برای هر جزء انتخاب می کنیم.

شکل 14.

سپس ما باید "هدف-عبارات" را تعریف کنیم. برای انجام این کار، روی هدف در درخت FS کلیک راست کرده و "target express" را انتخاب کنید. ابتدا اجازه دهید معادلات نیروی حاصل را تنظیم کنیم.

شکل 15.

برای اینکه کامپوننت با قدرت در عبارت استفاده شود، باید با دکمه سمت چپ ماوس روی آن کلیک کنید، پیوندی به کامپوننت در فرمول ظاهر می شود. در اینجا فرمول 2 را وارد می کنیم. روی چک باکس کلیک کنید.

فرمول 2.

یک "Target-Expression" دوم ایجاد کنید، فرمول 1 را در آنجا بنویسید.

شکل 16.

UAN برای شیشه جلو محاسبه می شود. در این مدل، شیشه جلو یک لبه شیبدار است، لبه آن 155 درجه شیب دارد، بنابراین نیروی X در sin (155 * (pi / 180)) ضرب می شود. لازم به یادآوری است که محاسبه بر اساس سیستم si انجام می شود و بر این اساس، مساحت صورت شیبدار باید در متر مربع اندازه گیری شود.

7. حالا می توانید محاسبه را شروع کنید، محاسبه را شروع کنید.

شکل 17.

هنگام شروع محاسبه، برنامه انتخابی را در مورد آنچه محاسبه کنیم، ارائه می دهد، ما می توانیم تعداد هسته های درگیر در محاسبه و ایستگاه های کاری را انتخاب کنیم.

شکل 18.

از آنجایی که کار دشوار نیست، محاسبه کمتر از یک دقیقه طول می کشد، بنابراین پس از شروع آن، مکث را فشار می دهیم.

شکل 19.

اکنون روی دکمه "درج نمودار" کلیک کنید، اهداف عبارت ما را انتخاب کنید.

شکل 20.

نمودار مقادیر عبارات ما را برای هر تکرار نشان می دهد.

می توانید از "پیش نمایش" برای مشاهده روند در حال انجام در حین محاسبه استفاده کنید. وقتی پیش‌نمایش را فعال می‌کنید، زمان محاسبه ما افزایش می‌یابد، اما منطقی نیست، بنابراین من فعال کردن این گزینه را توصیه نمی‌کنم، اما به شما نشان می‌دهم که چگونه به نظر می‌رسد.

شکل 21.

شکل 22.

وارونه بودن طرح موضوع مهمی نیست، بستگی به جهت گیری مدل دارد.

محاسبه زمانی به پایان می رسد که همه اهداف توافق کنند.

شکل 23.

نتایج باید به طور خودکار بارگیری شوند، اگر این اتفاق نیفتاد، به صورت دستی بارگیری مجدد کنید: tools-> FS-> results-> load from file

8. بعد از محاسبه می توانید مش روی مدل را ببینید.

هیچ ماشینی از دیوار آجری عبور نمی کند، اما هر روز از هوایی که چگالی هم دارد از دیوارها عبور می کند.

هیچ کس هوا یا باد را به عنوان یک دیوار درک نمی کند. در سرعت های پایین، در هوای آرام، به سختی می توان متوجه شد که چگونه جریان هوا با وسیله نقلیه تعامل دارد. اما با سرعت بالا، در باد شدیدمقاومت هوا (نیروی وارد شده به جسمی که در هوا در حال حرکت است - همچنین به عنوان درگ تعریف می شود) به شدت بر شتاب خودرو، میزان مدیریت آن و نحوه استفاده از سوخت تأثیر می گذارد.

اینجاست که علم آیرودینامیک وارد عمل می شود که نیروهای ایجاد شده از حرکت اجسام در هوا را مطالعه می کند. ماشین های مدرنبا در نظر گرفتن آیرودینامیک طراحی شده اند. خودرویی با آیرودینامیک خوب مانند چاقو از دیواره هوا عبور می کند.

به دلیل مقاومت کم در برابر جریان هوا، چنین خودرویی شتاب بهتری دارد و سوخت بهتری مصرف می کند، زیرا موتور مجبور نیست نیروهای اضافی را برای "هل دادن" خودرو از طریق دیواره هوا هدر دهد.

برای بهبود آیرودینامیک خودرو، شکل بدنه گرد است تا کانال هوا با کمترین مقاومت در اطراف خودرو جریان یابد. در خودروهای اسپرت، شکل بدنه طوری طراحی شده است که جریان هوا را عمدتاً در امتداد قسمت پایین هدایت می کند، سپس متوجه خواهید شد که چرا. روی صندوق عقب ماشین هم بال یا اسپویلر می گذارند. بال عقب خودرو را برای جلوگیری از بلند شدن فشار می دهد چرخهای عقب، به دلیل جریان شدید هوا در هنگام حرکت سرعت بالا، که باعث پایداری بیشتر خودرو می شود. همه بال‌های عقب یکسان نیستند و همه برای هدف مورد نظر خود استفاده نمی‌شوند، برخی فقط به عنوان عنصری از دکوراسیون خودرو هستند که عملکرد مستقیم آیرودینامیک را انجام نمی‌دهند.

علم آیرودینامیک

قبل از اینکه در مورد آیرودینامیک خودرو صحبت کنیم، بیایید به اصول اولیه فیزیک بپردازیم.

هنگامی که یک جسم در جو حرکت می کند، جابه جا می شود هوای محیط... جسم نیز در معرض گرانش و مقاومت است. هنگامی که یک جسم جامد در یک محیط مایع - آب یا هوا - حرکت می کند، مقاومت ایجاد می شود. مقاومت با سرعت یک جسم افزایش می یابد - هر چه سریعتر در فضا حرکت کند، مقاومت بیشتری را تجربه می کند.

ما حرکت یک جسم را با عواملی که در قوانین نیوتن توضیح داده شده است - جرم، سرعت، وزن، نیروی خارجی و شتاب اندازه گیری می کنیم.

مقاومت مستقیماً بر شتاب تأثیر می گذارد. شتاب (a) یک جسم = وزن آن (W) منهای مقاومت (D) تقسیم بر جرم آن (m). به یاد داشته باشید که وزن محصول جرم بدن و شتاب گرانشی است. به عنوان مثال، در ماه، وزن فرد به دلیل کمبود جاذبه تغییر می کند، اما جرم ثابت می ماند. به زبان ساده:

همانطور که جسم شتاب می گیرد، سرعت و مقاومت تا نقطه پایانی که در آن مقاومت برابر با وزن می شود افزایش می یابد - جسم دیگر شتاب نمی گیرد. بیایید تصور کنیم که جسم ما در معادله یک ماشین است. همانطور که ماشین سریعتر و سریعتر حرکت می کند، هوای بیشتری در برابر حرکت آن مقاومت می کند و ماشین را به حداکثر شتاب خود در سرعت معین محدود می کند.

به مهمترین عدد می رسیم - ضریب درگ آیرودینامیکی. این یکی از عوامل اصلی است که تعیین می کند یک جسم چقدر راحت در هوا حرکت می کند. ضریب درگ (Cd) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

سی دی = D / (A * r * V / 2)

جایی که D مقاومت، A مساحت، r چگالی، V سرعت است.

ضریب درگ آیرودینامیک در خودرو

ما متوجه شدیم که ضریب درگ (Cd) کمیتی است که نیروی مقاومت هوا را که به یک جسم، مانند ماشین اعمال می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند. حال تصور کنید که نیروی هوا بر روی ماشین در هنگام حرکت در جاده فشار می آورد. با سرعت 110 کیلومتر در ساعت، تحت تأثیر نیرویی چهار برابر بیشتر از سرعت 55 کیلومتر در ساعت قرار می گیرد.

قابلیت های آیرودینامیکی یک خودرو با ضریب درگ اندازه گیری می شود. هرچه مقدار Cd کمتر باشد، آیرودینامیک خودرو بهتر است و راحت تر از دیواره هوا عبور می کند که از جهات مختلف روی آن فشار می آورد.

اندیکاتورهای سی دی را در نظر بگیرید. ولووی جعبه‌ای و زاویه‌دار دهه‌های 1970 و 80 را به خاطر دارید؟ قدیمی سدان ولووضریب درگ 960 0.36. دارند ولوو جدیدبدنه ها صاف و صاف هستند که به لطف آن ضریب به 0.28 می رسد. اشکال صاف و ساده تر، آیرودینامیک بهتری نسبت به شکل های زاویه ای و مربعی نشان می دهند.

دلایلی که چرا آیرودینامیک شکل های براق را دوست دارد

بیایید آیرودینامیک ترین چیز در طبیعت را به یاد بیاوریم - اشک. پارگی از همه طرف گرد و صاف است و در قسمت بالا مخروطی است. وقتی اشک می ریزد، هوا به راحتی و به آرامی در اطراف آن جریان دارد. همچنین در اتومبیل ها - هوا آزادانه روی یک سطح صاف و گرد جریان دارد و مقاومت هوا در برابر حرکت اجسام را کاهش می دهد.

امروزه اکثر مدل ها دارای ضریب درگ متوسط ​​0.30 هستند. ضریب درگ خودروهای SUV بین 0.30 تا 0.40 یا بیشتر است. دلیل بالا بودن نسبت در ابعاد است. لندکروزها و گلندواگن ها مسافران بیشتری را در خود جای می دهند، آنها بیشتر دارند محل بار، توری های بزرگ برای خنک کردن موتور، از این رو طراحی مربع مانند است. پیکاپ هایی که طراحی آنها به صورت هدفمند مربع است دارای سی دی بیشتر از 0.40 هستند.

طراحی بدنه بحث برانگیز است، اما شکل آیرودینامیکی خودرو نشانگر آن است. ضریب کشیدن تویوتا پریوس 0.24، بنابراین نرخ مصرف سوخت خودرو پایین است، نه تنها به دلیل هیبریدی نیروگاه... به یاد داشته باشید که هر منهای 0.01 در ضریب مصرف سوخت را 0.1 لیتر در هر 100 کیلومتر کاهش می دهد.

مدل های درگ ضعیف:

مدل های با کشش آیرودینامیکی خوب:

تکنیک‌های بهبود آیرودینامیک مدت‌هاست که وجود داشته است، اما زمان زیادی طول کشید تا خودروسازان شروع به استفاده از آن‌ها هنگام ساخت وسایل نقلیه جدید کنند.

مدل های اولین خودروهایی که ظاهر شدند هیچ ربطی به مفهوم آیرودینامیک ندارند. به مدل T نگاهی بیندازید آب کم عمق- ماشین بیشتر شبیه کالسکه اسب بدون اسب است - برنده مسابقه طراحی مربع. حقیقت را بخواهید، اکثر مدل ها پیشگام بودند و نیازی به طراحی آیرودینامیکی نداشتند، زیرا آنها آهسته رانندگی می کردند، در آن سرعت چیزی برای مقاومت وجود نداشت. ولی ماشین های مسابقه ایدر آغاز دهه 1900، آنها به تدریج به منظور برنده شدن در مسابقات به دلیل آیرودینامیک باریک شدند.

در سال 1921، مخترع آلمانی، ادموند رامپلر، Rumpler-Tropfenauto را ساخت که در آلمانی به معنای "ماشین - یک اشک" است. این مدل با الهام از آیرودینامیک ترین شکل طبیعت، شکل اشک، دارای ضریب درگ 0.27 بود. طراحی Rumpler-Tropfenauto هرگز شناخته نشد. Rumpler موفق شد تنها 100 واحد Rumpler-Tropfenauto ایجاد کند.

در آمریکا، جهش در طراحی آیرودینامیک در سال 1930 رخ داد که مدل کرایسلرجریان هوا. مهندسان با الهام از پرواز پرندگان، Airflow را با در نظر گرفتن آیرودینامیک طراحی کردند. برای بهبود هندلینگ، وزن دستگاه به طور مساوی بین جلو و محورهای عقب- 50/50. جامعه که از رکود بزرگ خسته شده بود، هرگز ظاهر غیر متعارف کرایسلر جریان هوا را نپذیرفت. این مدل یک شکست در نظر گرفته شد، اگرچه طراحی ساده کرایسلر ایرفلو بسیار جلوتر از زمان خود بود.

دهه‌های 1950 و 60 شاهد بزرگ‌ترین پیشرفت‌ها در آیرودینامیک خودرو بودیم که از دنیای مسابقه‌ای به دست آمد. مهندسان شروع به آزمایش با سبک های مختلف بدن کردند، زیرا می دانستند که شکل ساده باعث افزایش سرعت خودروها می شود. بدین ترتیب شکل یک ماشین مسابقه ای متولد شد که تا به امروز باقی مانده است. اسپویلرهای جلو و عقب، دماغه بیل و کیت های هوا نیز همین هدف را داشتند و جریان هوا را از سقف هدایت می کردند و نیروی رو به پایین لازم را روی چرخ های جلو و عقب ایجاد می کردند.

موفقیت آزمایش ها توسط تونل باد تسهیل شد. در قسمت بعدی مقاله ما به شما خواهیم گفت که چرا به آن نیاز است و چرا در طراحی طراحی خودرو اهمیت دارد.

اندازه گیری کشش در تونل باد

برای اندازه گیری بازده آیرودینامیکی یک خودرو، مهندسان ابزاری را از صنعت هوانوردی قرض گرفتند - یک تونل باد.

تونل باد یک تونل با فن های قدرتمند است که جریان هوا را بر روی یک جسم در داخل ایجاد می کند. ماشین، هواپیما یا چیز دیگری که مقاومت هوای آن توسط مهندسان اندازه گیری می شود. از اتاقی در پشت تونل، دانشمندان نحوه تعامل هوا با یک جسم و نحوه رفتار جریان های هوا در سطوح مختلف را مشاهده می کنند.

ماشین یا هواپیمای داخل تونل باد حرکت نمی کند، اما برای شبیه سازی شرایط دنیای واقعی، فن ها هوا را از سرعت متفاوت... گاهی ماشین های واقعیحتی به لوله فشار داده نمی شوند - طراحان اغلب به آنها تکیه می کنند مدل های دقیقاز خاک رس یا مواد خام دیگر ایجاد شده است. باد ماشین را در یک تونل باد می برد و کامپیوترها ضریب درگ را محاسبه می کنند.

تونل های باد از اواخر دهه 1800 مورد استفاده قرار گرفتند، زمانی که آنها سعی کردند یک هواپیما بسازند و تأثیر جریان هوا در لوله ها را اندازه گیری کردند. حتی برادران رایت هم چنین لوله ای داشتند. بعد از جنگ جهانی دوم، مهندسان ماشین های مسابقه ایدر جستجوی برتری نسبت به رقبا، شروع به استفاده از تونل های باد برای ارزیابی کارایی کرد عناصر آیرودینامیکمدل های توسعه یافته بعدها این فناوری راه خود را به دنیای خودروهای سواری و کامیون باز کرد.

در طول 10 سال گذشته، تونل های باد بزرگ چند میلیون دلاری کمتر و کمتر مورد استفاده قرار گرفته اند. شبیه سازی کامپیوتری به تدریج جایگزین این روش آزمایش آیرودینامیک خودرو می شود (جزئیات بیشتر). تونل های باد فقط برای اطمینان از عدم وجود اشتباه محاسباتی در شبیه سازی های کامپیوتری شروع می شوند.

مفاهیم بیشتری در آیرودینامیک به جز مقاومت هوا وجود دارد - عواملی مانند نیروی بالابر و نیروی رو به پایین نیز وجود دارد. لیفت (یا بالابر) نیرویی است که در برابر وزن یک جسم عمل می کند و جسم را بلند می کند و در هوا نگه می دارد. نیروی رو به پایین نقطه مقابل آسانسور نیرویی است که یک جسم را به زمین هل می دهد.

هر کسی که فکر می کند ضریب درگ اتومبیل های مسابقه فرمول 1 با سرعت 320 کیلومتر در ساعت کم است، اشتباه می کند. یک ماشین مسابقه معمولی فرمول 1 دارای ضریب درگ حدود 0.70 است.

دلیل بیش از حد تخمین زده شدن ضریب درگ هوا در اتومبیل های مسابقه فرمول 1 این است که این اتومبیل ها به گونه ای طراحی شده اند که تا حد امکان نیروی رو به پایین ایجاد کنند. با سرعتی که اتومبیل ها در حال حرکت هستند، با وزن بسیار سبک خود، شروع به تجربه بالا رفتن می کنند سرعت های بالا- فیزیک باعث می شود آنها مانند یک هواپیما به هوا بروند. خودروها برای پرواز ساخته نشده اند (اگرچه در مقاله - ماشین تبدیل کننده پرنده برعکس آن را بیان می کند) و اگر وسیله نقلیه شروع به بالا رفتن از هوا کند، می توان انتظار داشت فقط یک چیز - یک تصادف ویرانگر. بنابراین نیروی رو به پایین باید حداکثر باشد تا خودرو در سرعت های بالا روی زمین بماند، یعنی ضریب درگ باید زیاد باشد.

اتومبیل های فرمول 1 با استفاده از جلو و پشتوسیله نقلیه. این گلگیرها جریان هوا را طوری هدایت می کنند که ماشین به زمین فشرده شود - همان نیروی رو به پایین. اکنون می توانید با خیال راحت سرعت خود را افزایش دهید و هنگام پیچیدن آن را از دست ندهید. در عین حال، نیروی رو به پایین باید به دقت با بالابر متعادل شود تا خودرو بتواند سرعت خط مستقیم مورد نظر را بگیرد.

بسیاری از خودروهای تولیدی دارای اضافات آیرودینامیکی برای ایجاد نیروی رو به پایین هستند. مطبوعات به دلیل ظاهر مورد انتقاد قرار گرفتند. طراحی بحث برانگیز و همه به دلیل کل بدنه GT-Rطراحی شده برای هدایت جریان هوا بر روی خودرو و برگشت از طریق اسپویلر عقب بیضی شکل و ایجاد نیروی رو به پایین بیشتر. هیچ کس به زیبایی ماشین فکر نمی کرد.

خارج از پیست فرمول 1، بال‌ها اغلب در خودروهای تولیدی مانند سدان یافت می‌شوند. شرکت های تویوتاو هوندا گاهی اوقات این عناصر طراحی کمی ثبات را در سرعت های بالا اضافه می کنند. به عنوان مثال، در اولین آئودی TT در ابتدا اسپویلر نداشت، اما آئودیمجبور شدم آن را اضافه کنم که معلوم شد شکل گرد و وزن سبک TT باعث بالا رفتن بیش از حد شده است که باعث ناپایداری خودرو در سرعت های بالای 150 کیلومتر در ساعت می شود.

اما اگر ماشین آئودی TT نیست، نه یک ماشین اسپرت، نه یک ماشین اسپرت، بلکه یک ماشین معمولی است سدان خانوادگییا هاچ بک، چیزی برای نصب اسپویلر وجود ندارد. اسپویلر در چنین خودرویی هندلینگ را بهبود نمی بخشد، زیرا "خانواده" به دلیل Cx بالا از نیروی رو به پایین بالایی برخوردار است و نمی توانید سرعت های بالای 180 را روی آن فشار دهید. اسپویلر روشن است ماشین معمولیمی تواند باعث بیش فرمانی یا بالعکس عدم تمایل به ورود به پیچ ها شود. با این حال، اگر شما نیز فکر می کنم که یک اسپویلر غول پیکر هوندا سیویکدر جای خود ایستاده است، اجازه ندهید کسی شما را متقاعد کند.