Mindenki tudja, mi az aerodinamika egy autónál. Minél áramvonalasabb a karosszéria, annál kisebb a mozgásállóság és az üzemanyag-fogyasztás. Egy ilyen autó nemcsak pénzt takarít meg, hanem kevesebb szemetet is dob a környezetbe. A válasz egyszerű, de korántsem teljes. Az aerodinamikai szakemberek az új modell karosszériájának beállításakor még:

• számítsa ki a felvonó tengelyei mentén való eloszlást, ami nagyon fontos a modern autók jelentős sebessége miatt,
• levegő hozzáférést biztosít a motor és a fékek hűtéséhez,
• gondolja át a belső szellőzőrendszer levegő be- és kimeneti helyét,
• törekedni kell a zajszint csökkentésére az utastérben,
• optimalizálja a testrészek alakját az üveg, a tükrök és a világítóberendezések szennyeződésének csökkentése érdekében.

Ráadásul az egyik feladat megoldása gyakran ellentmond egy másik megvalósításának. Például a légellenállási együttható csökkentése javítja az áramvonalasságot, ugyanakkor rontja a jármű ellenállását az oldalszélekkel szemben. Ezért a szakértőknek ésszerű kompromisszumot kell keresniük.

Csökkentett légellenállás

Mitől függ a húzóerő? Két paraméter döntő befolyást gyakorol rá - a Cx aerodinamikai légellenállási tényező és a jármű keresztmetszete (hajóközép). A karosszéria lejjebb, keskenyebbé tételével lehet csökkenteni a középsőt, de alig van vevő egy ilyen autóra. Ezért az autó aerodinamikájának javításának fő iránya a karosszéria körüli áramlás optimalizálása, más szóval a Cx csökkentése. A Cx légellenállási együttható egy dimenzió nélküli mennyiség, amelyet kísérletileg határoznak meg. A modern autóknál ez a 0,26-0,38 tartományba esik. Külföldi forrásokban a légellenállási együtthatót néha Cd-ként (ellenállási együttható) jelölik. Egy csepp alakú test, amelynek Cx értéke 0,04, ideális áramvonalassággal rendelkezik. Mozgás közben simán levágja a légáramlatokat, amelyek aztán akadálytalanul, törés nélkül bezáródnak a "farkába".

A légtömegek eltérően viselkednek, amikor az autó mozog. Itt a légellenállás három összetevőből áll:

• belső ellenállás, amikor a levegő áthalad a motortéren és a belső téren,
• légáramok súrlódási ellenállása a test külső felületein és
• ellenállást formál.

A harmadik alkatrésznek van a legnagyobb hatása az autó aerodinamikájára. Mozgás közben az autó összenyomja az előtte lévő légtömegeket, ami megnövekedett nyomású területet hoz létre. Légáramok áramlanak a test körül, és ahol véget ér, a légáramlás elválik, turbulencia és csökkentett nyomású terület jön létre. Így az elöl lévő nagynyomású terület megakadályozza az autó előrehaladását, a hátul lévő alacsony nyomású terület pedig „visszaszívja”. Az örvények erejét és az alacsony nyomású terület nagyságát a test hátsó részének alakja határozza meg.

A legjobb aerodinamikai teljesítményt a lépcsős hátsó résszel rendelkező autók - szedánok és kupék - mutatják. A magyarázat egyszerű - a tetőről lehullott levegő azonnal a csomagtartó fedelére esik, ahol normalizálódik, majd végül leszakad a széléről. Az oldalirányú áramlások is a csomagtartóra esnek, ami megakadályozza, hogy káros örvények keletkezzenek az autó mögött. Ezért minél magasabb és hosszabb a csomagtérfedél, annál jobb az aerodinamikai teljesítmény. A nagy szedánokon és kupékon néha még a karosszéria körüli folyamatos áramlás is elérhető. A hátsó rész enyhe elkeskenyedése is segít a Cx lejtésében. A törzs széle élesen vagy kis kiemelkedés formájában van kialakítva - ez biztosítja a légáramlás turbulencia nélküli elválasztását. Ennek eredményeként kicsi a vákuum terület a jármű mögött.

Az autó alja is befolyásolja az aerodinamikáját. A kiálló felfüggesztés és kipufogórendszer részei növelik a légellenállást. Csökkentésére igyekeznek minél jobban kisimítani az alját, vagy pajzsokkal letakarni mindent, ami a lökhárító alatt "kilóg". Néha egy kis első légterelőt szerelnek fel. A légterelő csökkenti a légáramlást a jármű alatt. De itt fontos tudni, mikor kell abbahagyni. A nagy légterelő jelentősen megnöveli az ellenállást, de az autó jobban „befészkül” az úthoz. De erről bővebben a következő részben.

Lenyomóerő

Az autó mozgása közben az alja alatti légáramlás egyenes vonalban halad, az áramlás felső része pedig a karosszéria körül elkanyarodik, azaz hosszabb utat tesz meg. Ezért a felső áramlás sebessége nagyobb, mint az alsóé. És a fizika törvényei szerint minél nagyobb a levegő sebessége, annál kisebb a nyomás. Következésképpen az alsó alatt megnövekedett nyomású terület, felül pedig egy csökkentett nyomású terület jön létre. Ez emelést hoz létre. És bár az értéke kicsi, az a baj, hogy egyenetlenül oszlik el a tengelyek mentén. Ha az első tengelyt a motorháztetőt és a szélvédőt nyomó áramlás terheli, akkor a hátsó tengelyt ráadásul tehermentesíti az autó mögött kialakult vákuumzóna. Ezért a sebesség növekedésével a stabilitás csökken, és az autó hajlamossá válik a megcsúszásra.

A hagyományos sorozatgyártású autók tervezőinek nem kell különleges intézkedéseket kitalálniuk e jelenség leküzdésére, mivel az egyszerűsítés javítása érdekében tett lépések egyidejűleg növelik a leszorítóerőt. Például a hátsó rész optimalizálása csökkenti a jármű mögötti vákuumzónát, és ezáltal csökkenti az emelést. Az alváz lelapítása nemcsak a légmozgással szembeni ellenállást csökkenti, hanem növeli az áramlási sebességet is, és ezáltal csökkenti a jármű alatti nyomást is. Ez viszont az emelés csökkenéséhez vezet. Hasonlóképpen, a hátsó légterelő két feladatot lát el. Nemcsak az örvényképződést csökkenti, javítva a Cx-et, hanem egyúttal az útnak is nyomja az autót az azt taszító légáramlás miatt. Néha a hátsó légterelőt kizárólag a leszorítóerő növelésére tervezték. Ebben az esetben nagy és megdönthető vagy visszahúzható, és csak nagy sebességgel lép működésbe.

A sport- és versenymodellek esetében a leírt intézkedések természetesen hatástalanok. Ahhoz, hogy úton maradjanak, nagy leszorítóerőt kell létrehozni. Ehhez egy nagy első légterelőt, oldalsó szoknyákat és szárnypaneleket használnak. De a sorozatgyártású autókra szerelve ezek az elemek csak dekoratív szerepet töltenek be, a tulajdonos büszkeségét örvendezve. Nem adnak gyakorlati hasznot, hanem éppen ellenkezőleg, növelik a mozgással szembeni ellenállást. Sok autós egyébként összetéveszti a légterelőt a szárnnyal, bár meglehetősen könnyű megkülönböztetni őket. A légterelő mindig a testhez nyomódik, egyetlen egészet alkotva vele. A szárny a testtől bizonyos távolságra van felszerelve.

Gyakorlati aerodinamika

Néhány egyszerű szabály betartása lehetővé teszi, hogy az üzemanyag-fogyasztás csökkentésével megtakarításokat érjen el. Ezek a tippek azonban csak azoknak lesznek hasznosak, akik gyakran és sokat utaznak autópályán.

Menet közben a motor teljesítményének jelentős részét a légellenállás leküzdésére fordítják. Minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb a légellenállás (és ezáltal az üzemanyag-fogyasztás). Ezért, ha akár 10 km/h-val is csökkenti a sebességét, akár 1 litert is megtakaríthat 100 km-enként. Ebben az esetben az időveszteség jelentéktelen lesz. Ezt az igazságot azonban a legtöbb sofőr ismeri. De más "aerodinamikai" finomságokat nem mindenki ismer.

Az üzemanyag-fogyasztás a légellenállási együtthatótól és a jármű keresztmetszeti területétől függ. Ha úgy gondolja, hogy ezek a paraméterek gyárilag vannak beállítva, és az autó tulajdonosa nem tudja megváltoztatni őket, akkor téved! Ezek megváltoztatása egyáltalán nem nehéz, pozitív és negatív hatásokat egyaránt elérhet.

Mi növeli a kiadást? A tető terhelése túlzottan „felemészti” az üzemanyagot. És még egy áramvonalas doboz is legalább egy litert vesz igénybe százon. Mozgás közben kinyíló ablakok és nyílászárók irracionálisan égetik az üzemanyagot. Ha hosszú rakományt viszel kissé nyitott csomagtartóval, akkor túlfutást is kapsz. Különböző díszítőelemek, mint például a motorháztető burkolata ("légcsapó"), "kenguryatnik", szárny és a házilag termesztett tuning egyéb elemei, bár esztétikai élményt nyújtanak, plusz pénzt fognak kihozni. Nézzen az alja alá – külön kell fizetnie mindenért, ami megereszkedik és kinéz a küszöbvonal alá. Még egy olyan apróság is, mint az acélfelnik műanyag kupakjainak hiánya, növeli a fogyasztást. A felsorolt ​​tényezők vagy alkatrészek mindegyike külön-külön nem növeli jelentősen a fogyasztást - 50-500 g / 100 km. De ha mindent összeadunk, akkor megint "felszalad" körülbelül száz literre. Ezek a számítások 90 km/h sebességű kis autókra érvényesek. A nagy autók tulajdonosai és a nagyobb sebesség szerelmesei figyelembe veszik a megnövekedett fogyasztást.

Ha a fenti feltételek mindegyike teljesül, elkerülhetjük a felesleges költekezést. Lehetséges-e tovább csökkenteni a veszteségeket? Tud! De ehhez egy kis külső hangolásra lesz szükség (természetesen professzionálisan kivitelezett elemekről beszélünk). Az elülső aerodinamikus karosszériakészlet nem engedi, hogy az autó alja alatt "felrobbanjon" a légáramlás, a küszöbborítások a kerekek kiálló részét takarják, a légterelő megakadályozza a turbulencia kialakulását az autó "tatja" mögött. Bár a légterelő általában már benne van egy modern autó karosszériájában.

Tehát a légből kapott megtakarítások teljesen valós.

A jelenlegi szabályozás lehetővé teszi a csapatok számára, hogy olyan autókat teszteljenek szélcsatornában, amelyek nem haladják meg a skála 60%-át. Az F1Racingnek adott interjújában a Renault csapat korábbi igazgatója, Pat Symonds beszélt ennek a munkának a sajátosságairól...

Pat Symonds: „Ma minden csapat 50%-ban vagy 60%-ban méretarányos modellekkel dolgozik, de ez nem mindig volt így. Az első aerodinamikai teszteket a 80-as években a valós érték 25%-át kitevő makettekkel végezték - a Southamptoni Egyetem és a londoni Imperial College szélcsatornáinak teljesítménye nem engedett többet - csak ott lehetett telepíteni. a modelleket mozgó alapon. Aztán megjelentek a szélcsatornák, amelyekben 33%-os és 50%-os modellekkel lehetett dolgozni, most pedig a költségek korlátozása miatt a csapatok megállapodtak abban, hogy a modelleket legfeljebb 60%-ban tesztelik 20%-os légáramlás mellett. több mint 50 méter másodpercenként.

A modell méretarányának kiválasztásakor a csapatok a meglévő szélcsatorna képességeiből indulnak ki. A pontos eredmények elérése érdekében a modell mérete nem haladhatja meg a cső munkaterületének 5% -át. Olcsóbb a kisebb méretű modellek gyártása, de minél kisebb a modell, annál nehezebb a kívánt pontosságot fenntartani. Mint sok más Forma-1-es autófejlesztési kérdésnél, itt is meg kell találni a legjobb kompromisszumot.

Régen a modelleket a Malajziában növő Diera fa faanyagából készítették, amely alacsony sűrűségű, ma már lézeres sztereolitográfiai berendezést használnak - infravörös lézersugár polimerizálja a kompozit anyagot, így egy meghatározott jellemzőkkel rendelkező alkatrészt kapnak a kimenet. Ez a módszer lehetővé teszi egy új mérnöki ötlet hatékonyságának tesztelését egy szélcsatornában néhány órán belül.

Minél pontosabban hajtják végre a modellt, annál megbízhatóbbak a tisztítása során nyert információk. Itt minden apróság fontos, még a kipufogócsöveken keresztül is olyan sebességgel kell haladnia a gázok áramlásának, mint egy igazi autón. A csapatok igyekeznek a lehető legnagyobb szimulációs pontosságot elérni a rendelkezésre álló berendezésekkel.

Sok éven át abroncsok helyett nagyméretű nejlon- vagy szénszálas másolatokat használtak, komoly előrelépés történt, amikor a Michelin pontos kicsinyített másolatokat készített versenyabroncsaikról. A gépmodell különféle érzékelőkkel van felszerelve a légnyomás mérésére, valamint egy olyan rendszerrel, amely lehetővé teszi az egyensúly megváltoztatását.

A modellek, beleértve a rájuk telepített mérőberendezéseket is, némileg alacsonyabbak a valódi gépeknél – például drágábbak, mint a valódi GP2-es gépek. Ez valójában egy rendkívül nehéz megoldás. Egy alapkeret szenzorokkal körülbelül 800 ezer dollárba kerül, több évig használható, de általában két készlet van a csapatoknak, hogy ne álljanak le.

A karosszériaelemek vagy a felfüggesztés minden egyes módosítása a karosszériakészlet új verziójának gyártásához vezet, ami további negyedmillióba kerül. Maga a szélcsatorna üzemeltetése ugyanakkor körülbelül ezer dollárba kerül óránként, és 90 alkalmazott jelenlétét igényli. A komoly csapatok szezononként körülbelül 18 millió dollárt költenek erre a kutatásra.

A költségek megtérülnek. A leszorítóerő 1%-os növekedése lehetővé teszi, hogy egy tizedmásodpercet játssz egy valódi pályán. Stabil szabályozás mellett a mérnökök körülbelül annyit játszanak havonta, hogy csak a modellező osztályon minden tizedik félmillió dollárba kerül a csapatnak."

Ma arra hívjuk Önt, hogy megtudja, mi ez, miért van rá szükség, és melyik évben jelent meg először ez a technológia a világon.

Aerodinamika nélkül az autók és a repülőgépek, de még a bobok is egyszerűen olyan tárgyak, amelyek mozgatják a szelet. Ha nincs aerodinamika, akkor a szél hatástalanul mozog. A légáramlás eltávolításának hatékonyságát tanulmányozó tudományt aerodinamikának nevezik. A légáramlatokat hatékonyan elterelő, a légellenállást csökkentő jármű létrehozásához szélcsatornára van szükség, amelyben a mérnökök ellenőrzik az autóalkatrészek légellenállásának hatékonyságát.

Tévesen úgy gondolják, hogy az aerodinamika a szélcsatorna feltalálása óta létezik. De ez nem így van. Valójában az 1800-as években jelent meg. E tudomány eredete 1871-ben kezdődött a Wright fivérekkel, akik a világ első repülőgépének tervezői és megalkotói. Nekik köszönhetően kezdett fejlődni a repülés. Csak egy cél volt - egy kísérlet egy repülőgép építésére.

A testvérek először egy vasúti alagútban hajtották végre a teszteket. De az alagút lehetőségei a légáramlások tanulmányozására korlátozottak voltak. Ezért nem sikerült igazi repülőgépet létrehozniuk, hiszen ehhez az kellett, hogy a repülőgép karosszériája megfeleljen a legszigorúbb aerodinamikai követelményeknek.

Ezért 1901-ben a testvérek saját szélcsatornát építettek. Ennek eredményeként egyes jelentések szerint körülbelül 200 repülőgépet és különböző formájú prototípusok egyedi törzsét tesztelték ebben a csőben. A testvéreknek több évbe telt, mire megépítették a történelem első igazi repülőgépét. Így 1903-ban a Wright testvérek sikeresen tesztelték a világon az elsőt, amely 12 másodpercig maradt a levegőben.

Mi az a szélcsatorna?

Ez egy egyszerű eszköz, amely egy zárt alagútból áll (hatalmas kapacitás), amelyen keresztül a levegőt nagy teljesítményű ventilátorok segítségével szállítják. Egy tárgyat helyeznek a szélcsatornába, amelyre táplálkozni kezdenek. Ezenkívül a modern szélcsatornákban a szakemberek képesek irányított levegőáramlást biztosítani az autó karosszériájának vagy bármely járműnek bizonyos elemeihez.

A szélcsatornákban végzett tesztelés hatalmas népszerűségre tett szert a Nagy Honvédő Háború idején, a 40-es években. A katonai osztályok világszerte kutatják a katonai felszerelések és lőszerek aerodinamikáját. A háború után a katonai aerodinamikai kutatásokat visszaszorították. Az aerodinamikára azonban a sportversenyautókat tervező mérnökök hívták fel a figyelmet. Aztán ezt a divatot felvették a tervezők és a személygépkocsik.

A szélcsatorna feltalálása lehetővé tette a technikusok számára, hogy álló járműveket teszteljenek. Ezután levegő áramlik be, és ugyanaz a hatás jön létre, mint a gép mozgása közben. A tárgy még a repülőgép tesztelésekor is mozdulatlan marad. Csak egy adott járműsebesség szimulálására van beállítva.

Az aerodinamikának köszönhetően a sport- és az egyszerű autók is simább vonalakat és lekerekített karosszériaelemeket kaptak a négyzet alakú formák helyett.

Előfordulhat, hogy a teljes járműre nincs szükség a kutatáshoz. Gyakran normál életnagyságú elrendezés is használható. Ennek eredményeként a szakértők meghatározzák a szélellenállás szintjét.

A szélellenállási együtthatót az határozza meg, hogy a szél hogyan mozog a cső belsejében.

A modern szélcsatornák alapvetően egy óriási hajszárítót jelentenek az autó számára. Az egyik híres szélcsatorna például Észak-Karolinában, az Egyesült Államokban található, ahol az egyesület kutatásait végzik. Ennek a csőnek köszönhetően a mérnökök olyan autókat modelleznek, amelyek 290 km / h sebességgel képesek mozogni.

Körülbelül 40 millió dollárt fektettek be ebbe az építkezésbe. A cső 2008-ban kezdte meg működését. A fő befektetők a NASCAR versenyszövetség és a versenytulajdonos, Gene Haas.

Íme egy videó egy hagyományos tesztről ebben a csőben:

A történelem első szélcsatornájának megjelenése óta a mérnökök rájöttek, milyen fontos ez a találmány mindenki számára. Ennek eredményeként az autótervezők felhívták rá a figyelmet, akik elkezdték fejleszteni a légáramlások tanulmányozására szolgáló technológiákat. De a technológia nem áll meg. Manapság nagyon sok kutatás és számítás folyik számítógépben. A legcsodálatosabb dolog az, hogy még az aerodinamikai teszteket is speciális számítógépes programokban végzik.

Tesztalanyaként a gép 3D virtuális modelljét használjuk. A számítógép ezután reprodukálja az aerodinamika tesztelésének különböző feltételeit. Ugyanez a megközelítés kezdett kialakulni a törésteszteknél is. amivel nemcsak pénzt takaríthat meg, de nem is tud sok paramétert figyelembe venni a tesztelés során.

Csakúgy, mint az igazi töréstesztek, a szélcsatorna építése és a benne végzett tesztelés is nagyon költséges. Számítógépen a költség akár néhány dollár is lehet.

Igaz, a nagymamák, nagypapák és a régi technológiák hívei továbbra is azt mondják, hogy a való világ jobb, mint a számítógépek. De a 21. század az a 21. század. Ezért elkerülhetetlen, hogy a közeljövőben sok valódi tesztet teljes egészében a számítógépen hajtsanak végre.

Bár érdemes megjegyezni, hogy nem vagyunk ellene a számítógépes teszteknek, reméljük, hogy a valódi szélcsatornában végzett tesztek és a hagyományos töréstesztek továbbra is megmaradnak az autóiparban.

Bevezetés.

Jó napot, kedves olvasók. Ebben a bejegyzésben azt szeretném elmondani, hogyan lehet a Flow szimuláció belső elemzésével elvégezni egy alkatrész vagy szerkezet külső elemzését a légellenállási együttható és az ebből eredő erő meghatározásához. Fontolja meg egy helyi rács létrehozását és a célkifejezési célok beállítását a számítások egyszerűsítése és automatizálása érdekében. Leírom a légellenállási együttható alapfogalmait. Mindezek az információk segítenek gyorsan és szakszerűen megtervezni egy rossz terméket, és kinyomtatni a jövőbeni gyakorlati használatra.

Anyag.

A légellenállási együtthatót (a továbbiakban: CAS) kísérleti úton határozzák meg szélcsatornában végzett tesztek vagy szabadonfutás közbeni tesztek során. A CAS definíciója a Forma-1-hez tartozik

Forma-1

A különböző formájú UAN széles tartományban ingadozik. Az 1. ábra ezeket az együtthatókat mutatja számos alakzatra. Minden esetben abból indulunk ki, hogy a karosszéria felé áramló levegőnek nincs oldalsó komponense (azaz egyenesen mozog a jármű hossztengelye mentén). Vegye figyelembe, hogy egy egyszerű lapos lemez légellenállási együtthatója 1,95. Ez az együttható azt jelenti, hogy a húzóerő 1,95-ször nagyobb, mint a lemezfelületre ható dinamikus nyomás. A lemez által keltett rendkívül nagy ellenállás annak köszönhető, hogy a lemez körül áramló levegő egy sokkal nagyobb elválasztó tartományt hoz létre, mint maga a lemez.

1. kép

Az életben a jármű sebességéből adódó szélkomponensen kívül a járműre ható szél sebességét is figyelembe veszik. Az áramlási sebesség meghatározásához pedig igaz a következő állítás: V = Vauto + Vwind.
Ha a talált szél jó, a sebességet levonjuk.
A légellenállási együttható szükséges a légellenállás meghatározásához, de ebben a cikkben csak magát az együtthatót vesszük figyelembe.

Kezdeti adatok.

A számítás a Solidworks 2016-ban, a Flow szimulációs modulban (továbbiakban FS) történt. Kiindulási adatokként a következő paramétereket vettük: a jármű sebességéből adódó sebesség V = 40 m/s, a környezeti hőmérséklet plusz 20 Celsius fok, a levegő sűrűsége 1,204 kg/m3. Az autó geometriai modellje leegyszerűsített formában kerül bemutatásra (lásd 2. ábra).

2. ábra.

A kezdeti és peremfeltételek beállításának lépései a Flow szimulációban.

Az FS modul hozzáadásának folyamatát és a számítási feladat kialakításának általános elvét ismertetjük, de a külső elemzés jellemzőit belső elemzésen keresztül ismertetem.

1. Az első lépés a modell hozzáadása a munkaterülethez.

2. ábra.

2. Ezután szimulálunk egy négyszögletes aerodinamikai kamrát. A modellezés fő jellemzője a végek hiánya, ellenkező esetben nem tudjuk beállítani a peremfeltételeket. Az autómodellnek középen kell lennie. A cső szélességének meg kell felelnie 1,5 * a modell szélességének mindkét irányban, a cső hosszának 1,5 * a modell hosszának, a modell hátuljától és 2 * az autó hosszának a lökhárítótól számítva, a cső magassága 1,5 * az autó magassága attól a síktól, amelyen az autó áll.

3. ábra.

3. Belépünk az FS modulba. A peremfeltételeket a bemeneti áramlás első oldalán állítjuk be.

4. ábra.

Válassza ki a típust: áramlás / sebesség -> bemeneti sebesség. Beállítjuk a sebességünket. Válassza ki az autó elejével párhuzamos élt. Kattintson a jelölőnégyzetre.

5. ábra.

A kimeneten beállítjuk a peremfeltételt. Válassza ki a típust: nyomás, hagyjon mindent alapértelmezettként. Megnyomjuk a hajnalt.

Tehát a peremfeltételek be vannak állítva, folytatjuk a számítási feladatot.

4. Kattintson a projekt varázslóra, és kövesse az alábbi képeken látható utasításokat.

6. ábra.

7. ábra.

8. ábra.

9. ábra.

10. ábra.

11. ábra.

A végén mindent változatlanul hagyunk. Kattintson a Befejezés gombra.

5. Ebben a lépésben a helyi háló kezelésével és létrehozásával foglalkozunk. Kattintson az elemen lévő FS elemfára: rács, kattintson a jobb gombbal, és válassza ki: helyi rács hozzáadása.

12. ábra.

13. ábra.

Itt adhatja meg a helyi háló paramétereit és területét, összetett modelleknél a görbületi szög és a minimális elemméret is be van állítva. A minimális méret a "szűk nyílások bezárása" oszlopban van megadva. Ez a funkció jelentősen csökkenti a számítási időt és növeli a kapott adatok pontosságát. Attól függően, hogy milyen pontosan szeretné megkapni az eredményeket, a hálófelosztási paraméter be van állítva. A standard beállítások megfelelőek a belső elemzéshez. Ezután a háló felületi megjelenítése jelenik meg.

6. A számítás megkezdése előtt meg kell határoznia a számítási célokat. A célok az FS célfában vannak beállítva. Kezdetben globális célokat tűzünk ki, kiválasztjuk az egyes összetevők erősségeit.

14. ábra.

Ezt követően meg kell határoznunk a "célkifejezéseket". Ehhez kattintson a jobb gombbal a célpontra az FS-fában, és válassza ki a "célkifejezés" lehetőséget. Először állítsuk be a kapott erő egyenleteit.

15. ábra.

Ahhoz, hogy az erősség szerinti komponenst használni lehessen a kifejezésben, rá kell kattintani a bal egérgombbal, a képletben megjelenik a komponens hivatkozása. Itt írjuk be a képletet 2. Kattintson a jelölőnégyzetre.

Forma 2.

Hozzon létre egy második "célkifejezést", és írja oda az 1-es képletet.

16. ábra.

Az UAN-t a szélvédőre számítják. Ebben a modellben a szélvédő ferde él, a széle 155 fokkal ferde, tehát az X erőt megszorozzuk a sinnel (155 * (pi / 180)). Emlékeztetni kell arra, hogy a számítást az si rendszer szerint kell elvégezni, és ennek megfelelően a ferde felület területét négyzetméterben kell mérni.

7. Most elkezdheti a számítást, elkezdheti a számítást.

17. ábra.

A számítás indításakor a program választási lehetőséget ad, hogy mit számoljunk, kiválaszthatjuk a számításba bevont magok számát és a munkaállomásokat.

18. ábra.

Mivel a feladat nem nehéz, a számítás kevesebb mint egy percet vesz igénybe, ezért az indítás után nyomjuk meg a szünetet.

19. ábra.

Most kattintson a "grafikon beszúrása" gombra, és válassza ki a kifejezési célokat.

20. ábra.

A grafikon minden iterációhoz megmutatja a kifejezéseink értékeit.

Az "előnézet" segítségével a számítás során megfigyelheti a folyamatban lévő folyamatot. Az előnézet bekapcsolásakor a számításunk ideje megnő, de ennek nincs sok értelme, ezért nem javaslom ennek az opciónak az engedélyezését, hanem megmutatom, hogyan néz ki.

21. ábra.

22. ábra.

Az, hogy a cselekmény fordított, nem nagy baj, ez a modell tájolásától függ.

A számítás akkor ér véget, ha az összes cél megegyezik.

23. ábra.

Az eredményeket automatikusan be kell tölteni, ha ez nem történt meg, akkor manuálisan töltse be újra: eszközök-> FS-> eredmények-> betöltés fájlból

8. A számítás után a háló látható a modellen.

Egyetlen autó sem fog áthaladni egy téglafalon, de minden nap áthalad a falakon olyan levegőből, amelynek sűrűsége is van.

Senki sem érzékeli a levegőt vagy a szelet falnak. Alacsony sebességnél, szélcsendes időben nehéz észrevenni, hogy a légáramlás hogyan kölcsönhatásba lép a járművel. De nagy sebességnél, erős szélben a légellenállás (a levegőben mozgó tárgyra kifejtett erő – légellenállásként is definiálva) nagyban befolyásolja, hogy az autó hogyan gyorsul, mennyire szabályozható, és hogyan használ fel üzemanyagot.

Itt jön képbe az aerodinamika tudománya, amely a tárgyak levegőben történő mozgása által keltett erőket vizsgálja. A modern autókat az aerodinamikát szem előtt tartva tervezték. A jó aerodinamikával rendelkező autó úgy megy át a légfalon, mint a kés a vajan.

A légáramlással szembeni alacsony ellenállás miatt egy ilyen autó jobban felgyorsul és jobban fogyaszt üzemanyagot, mivel a motornak nem kell plusz erőket vesztegetnie ahhoz, hogy az autót a légfalon keresztül "lökje".

Az autó aerodinamikájának javítása érdekében a karosszéria formáját lekerekítették, így a légcsatorna a legkisebb ellenállással áramlik az autó körül. A sportautókban a karosszéria kialakítása úgy van kialakítva, hogy a légáramlást elsősorban az alsó részen irányítsa, akkor megérti, miért. Szárnyat vagy légterelőt is tettek az autó csomagtartójára. A szárny megnyomja az autó hátulját, hogy megakadályozza a hátsó kerekek felemelkedését, az erős légáramlás miatt, amikor az autó nagy sebességgel halad, ami stabilabbá teszi az autót. Nem minden hátsó szárny egyforma, és nem mindegyiket használják rendeltetésszerűen, némelyik csak az autóipari dekoráció elemeként szolgál, amely nem tölt be közvetlen aerodinamikai funkciót.

Az aerodinamika tudománya

Mielőtt az autóipari aerodinamikáról beszélnénk, tekintsük át a fizika alapjait.

Ahogy egy tárgy áthalad a légkörön, kiszorítja a környező levegőt. A tárgy a gravitációnak és az ellenállásnak is ki van téve. Ellenállás akkor jön létre, amikor egy szilárd tárgy folyékony közegben – vízben vagy levegőben – mozog. Az ellenállás a tárgy sebességével növekszik – minél gyorsabban halad át a térben, annál nagyobb ellenállást tapasztal.

Egy objektum mozgását a Newton-törvényekben leírt tényezőkkel mérjük - tömeg, sebesség, súly, külső erő és gyorsulás.

Az ellenállás közvetlenül befolyásolja a gyorsulást. Egy tárgy gyorsulása (a) = tömege (W) mínusz ellenállás (D) osztva a tömegével (m). Emlékezzünk vissza, hogy a súly a testtömeg és a gravitációs gyorsulás szorzata. Például a Holdon a gravitáció hiánya miatt megváltozik az ember súlya, de a tömege változatlan marad. Egyszerűen fogalmazva:

Ahogy a tárgy felgyorsul, a sebesség és az ellenállás növekszik addig a végpontig, ahol az ellenállás egyenlő lesz a súllyal – a tárgy már nem fog gyorsulni. Képzeljük el, hogy az egyenletben szereplő tárgyunk egy autó. Ahogy az autó egyre gyorsabban halad, egyre több levegő áll ellen a mozgásának, ami egy bizonyos sebességnél a maximális gyorsulásra korlátozza az autót.

Elérkeztünk a legfontosabb számhoz - az aerodinamikai légellenállási együtthatóhoz. Ez az egyik fő tényező, amely meghatározza, hogy egy tárgy milyen könnyen mozog a levegőben. A légellenállási együttható (Cd) a következő képlettel számítható ki:

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

Ahol D az ellenállás, A a terület, r a sűrűség, V a sebesség.

Aerodinamikai légellenállási együttható egy autóban

Rájöttünk, hogy a légellenállási együttható (Cd) egy olyan mennyiség, amely egy tárgyra, például egy autóra kifejtett légellenállás erejét méri. Most képzelje el, hogy a levegő ereje nyomja az autót, miközben az úton halad. 110 km/h sebességnél négyszer nagyobb erő hat rá, mint 55 km/h sebességnél.

Az autó aerodinamikai képességeit a légellenállási együtthatóval mérik. Minél alacsonyabb a Cd érték, annál jobb az autó aerodinamikája, és annál könnyebben fog átjutni a különböző irányokból rányomó légfalon.

Tekintsük a Cd mutatókat. Emlékszel a szögletes, dobozos Volvóra az 1970-es és 80-as évekből? A régi Volvo 960 szedán légellenállási együtthatója 0,36. Az új Volvo karosszériája sima és sima, ennek köszönhetően az együttható eléri a 0,28-at. A simább és áramvonalasabb formák jobb aerodinamikát mutatnak, mint a szögletes és négyzet alakúak.

Okok, amiért az aerodinamika szereti az elegáns formákat

Emlékezzünk a természet legaerodinamikusabb dolgaira - egy könnyre. A szakadás kerek és minden oldalon sima, felül elvékonyodik. Amikor egy könnycsepp leesik, a levegő könnyen és egyenletesen áramlik körülötte. Autóknál is - a levegő szabadon áramlik a sima, lekerekített felületen, csökkentve a légellenállást a tárgyak mozgásával szemben.

Ma a legtöbb modell átlagos légellenállási együtthatója 0,30. Az SUV-k légellenállási együtthatója 0,30 és 0,40 közötti vagy több. A magas arány oka a méretekben van. A Land Cruiserek és a Gelendvagenek több utas befogadására alkalmasak, több raktérrel, nagyobb hűtőrácsokkal hűtik a motort, innen ered a négyzetszerű kialakítás. A célirányosan négyzet alakú hangszedők Cd-értéke nagyobb, mint 0,40.

A karosszéria kialakítása ellentmondásos, de az autó aerodinamikai formája jelzésértékű. A Toyota Prius légellenállási együtthatója 0,24, így nem csak a hibrid erőmű miatt alacsony az autó fogyasztása. Ne feledje, hogy az együttható minden mínusz 0,01 értéke 0,1 literrel csökkenti az üzemanyag-fogyasztást 100 kilométerenként.

Gyenge drag modellek:

Jó aerodinamikai ellenállású modellek:

Az aerodinamika javítására szolgáló technikák már régóta léteznek, de sok időbe telt, amíg az autógyártók elkezdték használni ezeket az új járművek létrehozásakor.

Az elsőként megjelenő autók modelljeinek semmi közük nincs az aerodinamika fogalmához. Vessen egy pillantást a Ford T-modellére – az autó inkább egy lovas kocsihoz hasonlít ló nélkül –, amely nyerte a négyszögletes tervezési versenyt. Az igazat megvallva a legtöbb modell úttörő, és nem kellett aerodinamikus kialakítás, mivel lassan haladtak, nem volt minek ellenállni ilyen sebességgel. Az 1900-as évek elején a versenyautók azonban apránként zsugorodni kezdtek, hogy az aerodinamikán keresztül megnyerjék a versenyt.

1921-ben Edmund Rumpler német feltaláló megalkotta a Rumpler-Tropfenautot, ami németül "autó - könnycsepp"-et jelent. A természet legaerodinamikusabb formája, a könnycsepp formája ihlette ennek a modellnek a légellenállási együtthatója 0,27. A Rumpler-Tropfenauto kialakítását soha nem ismerték fel. Rumplernek mindössze 100 egységet sikerült létrehoznia a Rumpler-Tropfenauto-ból.

Amerikában az aerodinamikai tervezésben az 1930-as években történt az ugrás a Chrysler Airflow-val. A madarak repülése által ihletett mérnökök az Airflow-t az aerodinamikát szem előtt tartva tervezték. A kezelhetőség javítása érdekében az autó tömegét egyenletesen osztottuk el az első és a hátsó tengely között - 50/50. A nagy gazdasági világválságba belefáradva a társadalom soha nem vette át a Chrysler Airflow szokatlan megjelenését. A modell kudarcnak számított, bár a Chrysler Airflow áramvonalas kialakítása jóval megelőzte korát.

Az 1950-es és 60-as években volt a legnagyobb fejlődés az autóipari aerodinamika terén, amely a versenyzés világából származott. A mérnökök különféle karosszéria-típusokkal kezdtek kísérletezni, tudván, hogy az áramvonalas forma felgyorsítja az autókat. Így született meg a versenyautó formája, amely a mai napig fennmaradt. Ugyanezt a célt szolgálták az első és a hátsó légterelők, a lapát alakú orrok és az aero készletek, amelyek a tetőn keresztül irányították a légáramlást, és létrehozták a szükséges leszorítóerőt az első és a hátsó kerekeken.

A kísérletek sikerét a szélcsatorna segítette elő. Cikkünk következő részében eláruljuk, miért van rá szükség, és miért fontos az autódizájn tervezésénél.

Ellenállás mérése szélcsatornában

Az autók aerodinamikai hatékonyságának mérésére a mérnökök egy eszközt kölcsönöztek a légiközlekedési ipartól - egy szélcsatornát.

A szélcsatorna olyan erős ventilátorokkal ellátott alagút, amely légáramlást hoz létre a belsejében lévő tárgy felett. Egy autó, egy repülőgép vagy valami más, aminek légellenállását mérik a mérnökök. Az alagút mögötti helyiségből a kutatók megfigyelik, hogyan lép kölcsönhatásba a levegő egy tárggyal, és hogyan áramlik a levegő a különböző felületeken.

A szélcsatornában lévő autó vagy repülőgép nem mozog, de a ventilátorok különböző sebességgel fújják a levegőt, hogy szimulálják a valós körülményeket. Néha az igazi autókat be sem hajtják a csőbe – a tervezők gyakran az agyagból vagy más nyersanyagokból készített pontos modellekre hagyatkoznak. A szél fújja az autót a szélcsatornában, és a számítógépek kiszámítják a légellenállási együtthatót.

A szélcsatornákat az 1800-as évek vége óta használták, amikor is repülőgépet próbáltak létrehozni, és mérték a légáramlás hatását a csövekben. Még a Wright fivéreknek is volt ilyen pipájuk. A második világháború után a versenyautó-mérnökök a versenytársakkal szembeni előnyt keresve szélcsatornákat kezdtek használni modelljeik aerodinamikai elemeinek hatékonyságának értékelésére. Később ez a technológia belépett a személy- és teherautók világába.

Az elmúlt 10 évben egyre ritkábban használtak több millió dolláros nagy szélcsatornákat. A számítógépes szimuláció fokozatosan felváltja az autók aerodinamikáját vizsgáló módszert (további részletek). A szélcsatornákat csak azért indítják el, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a számítógépes szimulációkban nincsenek téves számítások.

Az aerodinamikában több fogalom létezik, mint a légellenállás – az emelő- és leszorítóerő tényezői is vannak. Az emelés (vagy emelés) egy tárgy súlyával szemben ható erő, amely a tárgyat felemeli és a levegőben tartja. Lehúzóerő A lift ellentéte az az erő, amely a tárgyat a földre löki.

Téved, aki azt gondolja, hogy a 320 km/órás sebességet fejlesztő Forma-1-es versenyautók légellenállási együtthatója alacsony. Egy tipikus Forma-1-es versenyautó légellenállási együtthatója körülbelül 0,70.

A Forma-1-es versenyautók túlbecsült légellenállási együtthatójának oka, hogy ezeket az autókat úgy tervezték, hogy a lehető legnagyobb leszorítóerőt hozzanak létre. Az autók mozgási sebességével, rendkívül kis súlyukkal kezdik megtapasztalni a nagy sebességű liftet – a fizika úgy emeli fel őket a levegőbe, mint egy repülőgépet. Az autók nem repülésre készültek (bár a cikk – a repülő transzformáló autó az ellenkezőjét állítja), és ha a jármű elkezd a levegőbe emelkedni, akkor csak egy dologra számíthatunk - pusztító balesetre. Ezért a leszorítóerőnek maximálisnak kell lennie ahhoz, hogy az autó nagy sebességnél a talajon maradjon, ami azt jelenti, hogy a légellenállási együtthatónak magasnak kell lennie.

A Forma-1-es autók nagy leszorítóerőt érnek el a jármű elejét és hátulját használva. Ezek a sárvédők úgy irányítják a légáramlatokat, hogy az autó a talajhoz nyomódjon – ugyanaz a leszorítóerő. Most már biztonságosan növelheti sebességét, és nem veszítheti el kanyarodáskor. Ugyanakkor a leszorítóerőt gondosan ki kell egyensúlyozni az emelővel, hogy az autó elérje a kívánt egyenes sebességet.

Sok sorozatgyártású autó aerodinamikai kiegészítéssel rendelkezik a leszorítóerő megteremtése érdekében. a sajtó kritizálta a megjelenést. Ellentmondásos kialakítás. Ennek az az oka, hogy a teljes GT-R karosszériát úgy tervezték, hogy a levegőt a jármű fölé és vissza az ovális hátsó légterelőn keresztül irányítsa, így nagyobb leszorítóerőt hoz létre. Senki sem gondolt az autó szépségére.

A Forma-1-es pályán kívül a szárnyak gyakran megtalálhatók a sorozatgyártású járműveken, például a Toyota és a Honda szedánokon. Néha ezek a tervezési elemek egy kis stabilitást adnak nagy sebességnél. Például az első Audi TT-nek kezdetben nem volt légterelője, de az Audinak kellett egyet hozzáadnia, amikor kiderült, hogy a TT lekerekített formája és könnyű súlya túl nagy emelőerőt eredményezett, ami instabillá tette az autót 150 km/h feletti sebességnél.

De ha az autó nem Audi TT, nem sportkocsi, nem sportkocsi, hanem egy hétköznapi családi szedán vagy ferdehátú, akkor nincs mit légterelőt szerelni. A légterelő nem fog javítani a kezelhetőségen egy ilyen autón, hiszen a nagy Cx miatt már nagy leszorítóerővel rendelkezik a "család", és nem lehet rajta 180 feletti sebességet kicsikarni. Egy közönséges autó légterelője túlkormányzottságot, vagy éppen ellenkezőleg, vonakodást okozhat a kanyarokban. Ha azonban Ön is úgy gondolja, hogy a Honda Civic óriási légterelő a helyén van, ne hagyja, hogy erről bárki meggyőzze.