Toată lumea știe ce este aerodinamica pentru o mașină. Cu cât corpul său este mai raționalizat, cu atât este mai puțină rezistență la mișcare și mai puțin consum de combustibil. O astfel de mașină nu numai că vă va economisi bani, dar va arunca și mai puține gunoi în mediu. Răspunsul este simplu, dar departe de a fi complet. Specialiștii aerodinamici, la reglarea caroseriei noului model, mai:
- calculați distribuția de-a lungul axelor ascensorului, ceea ce este foarte important având în vedere vitezele considerabile ale mașinilor moderne,
- asigură acces la aer pentru răcirea motorului și a frânelor,
- gândiți-vă la locurile de admisie și evacuare a aerului pentru sistemul de ventilație interior,
- depuneți eforturi pentru a reduce nivelul de zgomot din cabină,
- optimizați forma părților corpului pentru a reduce contaminarea sticlei, oglinzilor și echipamentelor de iluminat.
Mai mult decât atât, rezolvarea unei sarcini contrazice adesea implementarea alteia. De exemplu, reducerea coeficientului de rezistență îmbunătățește raționalizarea, dar în același timp afectează rezistența vehiculului la rafale de vânt transversal. Prin urmare, experții trebuie să caute un compromis rezonabil.
Drag redusă
De ce depinde forța de tracțiune? Doi parametri au o influență decisivă asupra acestuia - coeficientul de rezistență aerodinamic Cx și aria secțiunii transversale a vehiculului (media navei). Este posibil să reduceți secțiunea mediană făcând caroseria mai jos și mai îngustă, dar nu există foarte mulți cumpărători pentru o astfel de mașină. Prin urmare, direcția principală de îmbunătățire a aerodinamicii unei mașini este optimizarea fluxului în jurul caroseriei, cu alte cuvinte, reducerea Cx. Coeficientul de rezistență Cx este o mărime adimensională care este determinată experimental. Pentru mașinile moderne, se află în intervalul 0,26-0,38. În sursele străine, coeficientul de rezistență este uneori notat ca Cd (coeficient de rezistență). Corpul în formă de picătură are o raționalizare ideală, din care Cx este 0,04. La deplasare, taie lin curenții de aer, care apoi nestingheriți, fără întreruperi, se închid în „coada”.
Masele de aer se comportă diferit atunci când mașina este în mișcare. Aici, rezistența aerului este alcătuită din trei componente:
- rezistență internă atunci când aerul trece prin compartimentul motor și interior,
- rezistenţa la frecare a curenţilor de aer pe suprafeţele exterioare ale corpului şi
- rezistență la formă.
A treia componentă are cel mai mare impact asupra aerodinamicii mașinii. În mișcare, mașina comprimă masele de aer din fața ei, creând o zonă de presiune crescută. Fluxurile de aer curg în jurul corpului, iar acolo unde se termină, fluxul de aer este separat, se creează turbulențe și o zonă de presiune redusă. Astfel, zona de înaltă presiune din față împiedică mașina să avanseze, iar zona de joasă presiune din spate o „suge” înapoi. Forța turbiilor și mărimea zonei de joasă presiune sunt determinate de forma spatelui corpului.
Cele mai bune performanțe aerodinamice sunt demonstrate de mașinile cu o secțiune spate treptată - sedanuri și coupe-uri. Explicația este simplă - curentul de aer care a căzut de pe acoperiș cade imediat pe capacul portbagajului, unde se normalizează și apoi se rupe în cele din urmă de pe marginea acestuia. Fluxurile laterale cad și pe portbagaj, ceea ce împiedică apariția vortexurilor dăunătoare în spatele mașinii. Prin urmare, cu cât capacul portbagajului este mai înalt și mai lung, cu atât performanța aerodinamică este mai bună. Pe sedanurile și coupe-urile mari, uneori este chiar posibil să se realizeze un flux continuu în jurul caroseriei. O ușoară înclinare a spatelui ajută și la scăderea Cx. Marginea trunchiului este făcută ascuțită sau sub forma unei mici proeminențe - aceasta asigură separarea fluxului de aer fără turbulențe. Ca urmare, zona de vid din spatele vehiculului este mică.
Partea inferioară a mașinii influențează și aerodinamica acestuia. Părțile proeminente ale suspensiei și ale sistemului de evacuare măresc rezistența. Pentru a o reduce, ei încearcă să netezească fundul cât mai mult posibil sau să acopere cu scuturi tot ceea ce „iese” sub bara de protecție. Uneori este montat un mic spoiler frontal. Spoilerul reduce fluxul de aer sub vehicul. Dar aici este important să știi când să te oprești. Un spoiler mare va crește semnificativ rezistența, dar mașina va fi mai bine să se „ghemuiască” pe drum. Dar mai multe despre asta în secțiunea următoare.
Forța aerodinamică
Proiectanții mașinilor de producție convenționale nu trebuie să inventeze măsuri speciale pentru a combate acest fenomen, deoarece ceea ce se face pentru îmbunătățirea raționalizării crește simultan forța aerodinamică. De exemplu, optimizarea secțiunii din spate reduce zona de vid din spatele vehiculului și, prin urmare, reduce liftul. Aplatizarea caroseriei nu numai că reduce rezistența la mișcarea aerului, dar crește și debitul și, prin urmare, reduce presiunea sub vehicul. Aceasta, la rândul său, duce la o scădere a liftului. Eleronul din spate servește și el la două scopuri. Nu numai că reduce formarea vortexului, îmbunătățind Cx, dar și împinge simultan mașina împotriva șoselei datorită fluxului de aer care o respinge. Uneori, spoilerul din spate este proiectat exclusiv pentru a crește forța aerodinamică. În acest caz, este mare și înclinat sau făcut retractabil, intrând în lucru doar la viteze mari.
Pentru modelele sportive și de curse, măsurile descrise vor fi, desigur, ineficiente. Pentru a le menține pe drum, trebuie să creați multă forță aerodinamică. Pentru aceasta, se folosesc un spoiler frontal mare, praguri și panouri aripioare. Instalate însă pe mașinile de serie, aceste elemente vor juca doar un rol decorativ, mulțumind mândria proprietarului. Nu vor oferi niciun beneficiu practic, ci, dimpotrivă, vor crește rezistența la mișcare. Mulți șoferi, apropo, confundă un spoiler cu o aripă, deși este destul de ușor să distingem între ele. Spoilerul este întotdeauna apăsat pe corp, formând cu el un singur întreg. Aripa este instalată la o oarecare distanță de caroserie.
Aerodinamică practică
Respectarea câtorva reguli simple vă va permite să obțineți economii din aer prin reducerea consumului de combustibil. Cu toate acestea, aceste sfaturi vor fi utile doar celor care călătoresc des și mult pe autostradă.
Când conduceți, o parte semnificativă a puterii motorului este cheltuită pentru a depăși rezistența aerului. Cu cât viteza este mai mare, cu atât rezistența (și, prin urmare, consumul de combustibil). Prin urmare, dacă reduceți viteza chiar și cu 10 km/h, veți economisi până la 1 litru la 100 km. În acest caz, pierderea de timp va fi nesemnificativă. Cu toate acestea, acest adevăr este cunoscut de majoritatea șoferilor. Dar alte subtilități „aerodinamice” nu sunt cunoscute de toată lumea.
Consumul de combustibil depinde de coeficientul de rezistență și de aria secțiunii transversale a vehiculului. Dacă credeți că acești parametri sunt setați din fabrică, iar proprietarul mașinii nu îi poate schimba, atunci vă înșelați! Schimbarea lor nu este deloc dificilă și puteți obține atât efecte pozitive, cât și negative.
Ce crește cheltuiala? Sarcina de pe acoperiș „mâncă” excesiv de combustibil. Și chiar și o cutie raționalizată va lua cel puțin un litru la sută. Ferestrele și trapa deschise în timpul mișcării ard combustibil irațional. Dacă transportați o încărcătură lungă cu portbagajul ușor deschis, veți avea și o depășire. Diverse elemente decorative, cum ar fi un caren pe capotă („fly swatter”), „protecția barei de protecție”, o aripă și alte elemente de tuning de casă, deși vă vor aduce plăcere estetică, vă vor face să scoateți bani în plus. Uitați-vă sub partea de jos - orice se lasă și arată sub linia pragului va trebui să plătească în plus. Chiar și un fleac precum absența capacelor de plastic pe jantele de oțel crește consumul. Fiecare dintre factorii sau părțile enumerate în mod individual nu crește consumul cu mult - de la 50 la 500 g la 100 km. Dar dacă adunăm totul, se va „reversa” din nou cam un litru la sută. Aceste calcule sunt valabile pentru mașini mici cu o viteză de 90 km/h. Proprietarii de mașini mari și iubitorii de viteze mai mari fac indemnizații pentru un consum crescut.
Dacă toate condițiile de mai sus sunt îndeplinite, putem evita cheltuielile inutile. Este posibil să se reducă în continuare pierderile? Poate sa! Dar aceasta va necesita puțină reglare externă (vorbim, desigur, despre elemente executate profesional). Setul de caroserie aerodinamică din față nu permite fluxului de aer să „explodeze” sub partea de jos a mașinii, capacele pragului acoperă partea proeminentă a roților, spoilerul previne formarea de turbulențe în spatele „pupa” mașinii. Deși spoilerul este de obicei deja încorporat în structura caroseriei unei mașini moderne.
Deci, obținerea de economii din aer este destul de reală.
Introducere.
Bună ziua, dragi cititori. În această postare, vreau să vă spun cum, folosind o analiză internă în simularea fluxului, să efectuați o analiză externă a unei piese sau structuri pentru a determina coeficientul de rezistență și forța rezultată. Luați în considerare, de asemenea, crearea unei grile locale și stabilirea obiectivelor de expresie țintă pentru a simplifica și automatiza calculele. Iată conceptele de bază ale coeficientului de rezistență. Toate aceste informații vă vor ajuta să proiectați rapid și competent un produs slab și să-l tipăriți pentru utilizare practică în viitor.
Material.
Coeficientul de rezistență la rezistență (denumit în continuare CAS) este determinat experimental în timpul testelor într-un tunel de vânt sau testelor în timpul deplasării. Definiția CAS vine cu Formula 1
Formula 1
UAN de diferite forme fluctuează într-o gamă largă. Figura 1 prezintă acești coeficienți pentru un număr de forme. În fiecare caz, se presupune că aerul care curge pe caroserie nu are o componentă laterală (adică se mișcă drept de-a lungul axei longitudinale a vehiculului). Rețineți că o placă plată simplă are un coeficient de rezistență de 1,95. Acest coeficient înseamnă că forța de rezistență este de 1,95 ori mai mare decât presiunea dinamică care acționează asupra zonei plăcii. Rezistența extrem de mare creată de placă se datorează faptului că aerul care curge în jurul plăcii creează o regiune de separare mult mai mare decât placa în sine.
Poza 1.
În viață, pe lângă componenta vântului rezultată din viteza vehiculului, se ia în considerare viteza vântului pe vehicul. Și pentru a determina debitul este adevărată următoarea afirmație: V = Vauto + Vwind.
Dacă vântul găsit este corect, viteza este scăzută.
Coeficientul de rezistență este necesar pentru a determina rezistența, dar în acest articol va fi luat în considerare doar coeficientul în sine.
Datele inițiale.
Calculul a fost efectuat în Solidworks 2016, modulul de simulare a fluxului (denumit în continuare FS). Ca date inițiale au fost luați următorii parametri: viteza rezultată din viteza vehiculului V = 40 m/s, temperatura mediului plus 20 grade Celsius, densitatea aerului 1,204 kg/m3. Modelul geometric al mașinii este prezentat într-o manieră simplificată (vezi Figura 2).
Figura 2.
Pași pentru stabilirea condițiilor inițiale și limită în simularea fluxului.
Procesul de adăugare a modulului FS și principiul general al formării unei sarcini pentru calcul sunt descrise în acesta, dar voi descrie trăsăturile caracteristice pentru analiza externă prin analiză internă.
1. Primul pas este adăugarea modelului în spațiul de lucru.
Figura 2.
2. În continuare, simulăm o cameră aerodinamică dreptunghiulară. Caracteristica principală a modelării este absența capetelor, altfel nu vom putea stabili condițiile limită. Modelul de mașină ar trebui să fie în centru. Lățimea țevii trebuie să corespundă cu 1,5 * lățimea modelului în ambele direcții, lungimea țevii 1,5 * lungimea modelului, din spatele modelului și 2 * lungimea mașinii de la bara de protecție, înălțimea țevii 1,5 * înălțimea mașinii față de planul pe care stă mașina.
Figura 3.
3. Intrăm în modulul FS. Am stabilit condițiile la limită pe prima față a fluxului de intrare.
Figura 4.
Selectați tipul: debit / viteză -> viteza de intrare. Ne stabilim viteza. Selectați marginea paralelă cu partea din față a mașinii. Faceți clic pe caseta de selectare.
Figura 5.
Am stabilit condiția de limită la ieșire. Alegem tipul: presiune, lăsăm totul implicit. Apăsăm daw.
Deci, condițiile la limită sunt stabilite, trecem la sarcina pentru calcul.
4. Faceți clic pe expertul de proiect și urmați instrucțiunile din imaginile de mai jos.
Figura 6.
Figura 7.
Figura 8.
Figura 9.
Figura 10.
Figura 11.
La final, lăsăm totul neschimbat. Faceți clic pe Terminare.
5. În acest pas, ne vom ocupa de gestionarea și crearea rețelei locale. Faceți clic pe arborele de elemente FS pe elementul: grilă, faceți clic dreapta și selectați: adăugați o grilă locală.
Figura 12.
Figura 13.
Aici puteți specifica parametrii și aria rețelei locale, pentru modele complexe, sunt setate și unghiul de curbură și dimensiunea minimă a elementului. Dimensiunea minimă este specificată în coloana „închidere sloturi înguste”. Această funcție reduce semnificativ timpul de calcul și mărește acuratețea datelor obținute. În funcție de cât de precis doriți să obțineți rezultatele, parametrul de subdiviziune a plasei este setat. Setările standard sunt bune pentru analiza internă. În continuare, va fi afișată redarea rețelei pe suprafață.
6. Înainte de a începe calculul, trebuie să setați obiectivele de calcul. Țintele sunt stabilite în arborele țintă FS. La început, stabilim obiective globale, selectăm punctele forte pentru fiecare componentă.
Figura 14.
După aceea trebuie să definim „expresii-țintă”. Pentru a face acest lucru, faceți clic dreapta pe țintă din arborele FS și selectați „expresie țintă”. Mai întâi, să stabilim ecuațiile pentru forța rezultată.
Figura 15.
Pentru ca componenta după putere să fie folosită în expresie, trebuie să faceți clic pe ea cu butonul stâng al mouse-ului, în formulă va apărea un link către componentă. Aici introducem formula 2. Faceți clic pe caseta de selectare.
Formula 2.
Creați o a doua „expresie-țintă”, scrieți formula 1 acolo.
Figura 16.
UAN este calculat pentru parbriz. În acest model, parbrizul este o margine înclinată, marginea este înclinată cu 155 de grade, astfel încât forța X este înmulțită cu sin (155 * (pi / 180)). Trebuie reținut că calculul se efectuează conform sistemului si și, în consecință, aria feței înclinate trebuie măsurată în metri pătrați.
7. Acum puteți începe calculul, începeți calculul.
Figura 17.
La începerea calculului, programul oferă o alegere cu privire la ce să calculăm, putem selecta numărul de nuclee implicate în calcul și stațiile de lucru.
Figura 18.
Deoarece sarcina nu este dificilă, calculul durează mai puțin de un minut, așa că vom apăsa pe pauză după ce o pornim.
Figura 19.
Acum facem clic pe butonul „inserare grafic”, selectăm țintele noastre de expresie.
Figura 20.
Graficul va afișa valorile pentru expresiile noastre pentru fiecare iterație.
Puteți folosi „previzualizarea” pentru a observa procesul în curs în timpul calculului. Când activați previzualizarea, timpul calculului nostru crește, dar nu are sens, așa că nu recomand să activați această opțiune, dar vă voi arăta cum arată.
Figura 21.
Figura 22.
Faptul că parcela este inversată nu este mare lucru, depinde de orientarea modelului.
Calculul se termină când toate obiectivele sunt de acord.
Figura 23.
Rezultatele ar trebui să fie încărcate automat, dacă acest lucru nu s-a întâmplat, reîncărcați manual: instrumente-> FS-> rezultate-> încărcare din fișier
8. După calcul, puteți vedea plasa de pe model.
De când primul om a fixat o piatră ascuțită la capătul unei sulițe, oamenii au încercat întotdeauna să găsească cea mai bună formă pentru obiectele care se mișcă în aer. Dar mașina s-a dovedit a fi un puzzle aerodinamic foarte complex.
Bazele calculelor de tracțiune pentru deplasarea mașinilor pe șosea ne oferă patru forțe principale care acționează asupra unei mașini în timpul conducerii: rezistența la aer, rezistența la rulare, rezistența la ridicare și forțele inerțiale. Se observă că doar primele două sunt cele principale. Forța de rezistență la rulare a unei roți de mașină depinde în principal de deformarea anvelopei și a drumului în zona de contact. Dar deja la o viteză de 50-60 km/h, forța de rezistență a aerului o depășește pe oricare alta, iar la viteze de peste 70-100 km/h, le depășește pe toate combinate. Pentru a demonstra această afirmație, este necesar să se dea următoarea formulă aproximativă: Px = Cx * F * v2, unde: Px - forța de rezistență a aerului; v - viteza vehiculului (m/s); F este aria de proiecție a mașinii pe un plan perpendicular pe axa longitudinală a mașinii sau aria celei mai mari secțiuni transversale a mașinii, adică aria frontală (m2); Cx - coeficient de rezistență a aerului (coeficient de raționalizare). Notă. Viteza din formulă este pătrată, ceea ce înseamnă că atunci când crește, de exemplu, de două ori, forța de rezistență a aerului crește de patru ori.
În același timp, consumul de energie necesar pentru a-l depăși crește de opt ori! În cursele Nascar, unde vitezele depășesc pragul de 300 km/h, s-a stabilit experimental că pentru a crește viteza maximă cu doar 8 km/h, este necesară creșterea puterii motorului cu 62 kW (83 CP) sau scăderea Cx cu 15%... Există o altă modalitate - de a reduce zona frontală a mașinii. Multe super-mașini de mare viteză sunt mult sub mașinile obișnuite. Acesta este doar un semn de muncă pentru a reduce zona frontală. Cu toate acestea, această procedură poate fi efectuată până la anumite limite, altfel va fi imposibil să folosiți o astfel de mașină. Din acest motiv și din alte motive, raționalizarea este una dintre principalele probleme atunci când proiectați o mașină. Desigur, forța de rezistență este influențată nu numai de viteza mașinii și de parametrii săi geometrici. De exemplu, cu cât densitatea aerului este mai mare, cu atât rezistența este mai mare. La rândul său, densitatea aerului depinde direct de temperatura și înălțimea acestuia deasupra nivelului mării. Pe măsură ce temperatura crește, densitatea aerului (și, prin urmare, vâscozitatea acestuia) crește, în timp ce la munte, aerul este mai rarefiat, iar densitatea lui este mai mică și așa mai departe. Există o mulțime de astfel de nuanțe.
Dar să revenim la forma mașinii. Ce subiect are cea mai bună simplificare? Răspunsul la această întrebare este cunoscut de aproape orice student (care nu a dormit la lecțiile de fizică). O picătură de apă care cade în jos ia cea mai aerodinamică formă. Adică, o suprafață frontală rotunjită și un spate lung și ușor conic (cel mai bun raport este de 6 ori lungimea lățimii). Coeficientul de rezistență este o valoare experimentală. Din punct de vedere numeric, este egală cu forța de rezistență a aerului în newtoni, creată atunci când se deplasează cu o viteză de 1 m/s pe 1 m2 de suprafață frontală. Pentru o unitate de referință, se obișnuiește să se considere Cx al unei plăci plane = 1. Deci, o picătură de apă are Cx = 0,04. Acum imaginați-vă o mașină de această formă. Prostii, nu-i așa? Nu numai că așa ceva pe roți va arăta oarecum caricatural, dar nu va fi foarte convenabil să folosiți această mașină în scopul propus. Prin urmare, designerii sunt nevoiți să găsească un compromis între aerodinamica mașinii și confortul utilizării acesteia. Încercările constante de reducere a coeficientului de rezistență a aerului au dus la faptul că unele mașini moderne au Cx = 0,28-0,25. Ei bine, mașinile record de mare viteză se laudă cu Cx = 0,2-0,15.
Forțe de rezistență
Acum este necesar să spunem puțin despre proprietățile aerului. După cum știți, orice gaz este compus din molecule. Sunt în continuă mișcare și interacțiune unul cu celălalt. Apar așa-numitele forțe van der Waals - forțele de atracție reciprocă a moleculelor, care le împiedică să se miște unele față de altele. Unii dintre ei încep să se lipească mai puternic de restul. Și odată cu creșterea mișcării haotice a moleculelor, eficiența acțiunii unui strat de aer asupra altuia crește, iar vâscozitatea crește. Și acest lucru se întâmplă din cauza creșterii temperaturii aerului, iar acest lucru poate fi cauzat atât de încălzirea directă de la soare, cât și indirect de frecarea aerului împotriva oricărei suprafețe sau pur și simplu a straturilor acesteia între ele. Aici afectează viteza de mișcare. Pentru a înțelege cum afectează acest lucru mașina, încercați doar să vă fluturați mâna cu palma deschisă. Dacă o faci încet, nu se întâmplă nimic, dar dacă fluturi mâna mai tare, palma percepe deja clar o oarecare rezistență. Dar aceasta este doar o componentă.
Când aerul se mișcă pe o suprafață staționară (de exemplu, caroseria unei mașini), aceleași forțe van der Waals contribuie la faptul că cel mai apropiat strat de molecule începe să se lipească de el. Și acest strat „blocat” îl încetinește pe următorul. Și astfel, strat cu strat, și cu cât moleculele de aer se mișcă mai repede, cu atât sunt mai departe de suprafața staționară. În final, viteza lor este egalată cu viteza fluxului principal de aer. Stratul în care particulele se mișcă încet se numește strat limită și apare pe orice suprafață. Cu cât este mai mare valoarea energiei de suprafață a materialului de acoperire a mașinii, cu atât suprafața acestuia interacționează mai puternic la nivel molecular cu mediul aerian înconjurător și cu atât mai multă energie trebuie cheltuită pentru distrugerea acestor forțe. Acum, pe baza calculelor teoretice de mai sus, putem spune că rezistența aerului nu este doar vântul care lovește parbrizul. Acest proces are mai multe componente.
Rezistența la formă
Aceasta este cea mai semnificativă parte - până la 60% din toate pierderile aerodinamice. Aceasta este adesea denumită rezistență la presiune sau rezistență la rezistență. Când conduceți, mașina comprimă fluxul de aer care intră și învinge efortul de a împinge moleculele de aer. Rezultatul este o zonă de presiune crescută. În plus, aerul curge pe suprafața mașinii. În acest proces, are loc o defalcare a jeturilor de aer cu formarea de vârtejuri. Blocarea finală a fluxului de aer în spatele mașinii creează o zonă de presiune redusă. Rezistența în față și efectul de aspirație în spatele vehiculului creează o rezistență foarte puternică. Acest fapt îi obligă pe designeri și constructori să caute modalități de a da caroseriei. Aranjați pe rafturi.
Acum este necesar să se ia în considerare forma mașinii, așa cum se spune, „de la bara de protecție la bara de protecție”. Ce piese și elemente au un impact mai mare asupra aerodinamicii generale a mașinii? Partea din față a corpului. Experimentele într-un tunel de vânt au arătat că, pentru o aerodinamică mai bună, capătul frontal al caroseriei ar trebui să fie joasă, lată și să nu aibă colțuri ascuțite. În acest caz, nu există o separare a fluxului de aer, ceea ce are un efect foarte benefic asupra fluidizării mașinii. Grila radiatorului este adesea nu numai funcțională, ci și decorativă. La urma urmei, radiatorul și motorul trebuie să aibă un flux de aer eficient, deci acest element este foarte important. Unii producători auto studiază ergonomia și distribuția fluxului de aer în compartimentul motor la fel de serios ca aerodinamica generală a unei mașini. Înclinarea parbrizului este un exemplu foarte clar al compromisului dintre raționalizare, ergonomie și performanță. Panta insuficientă creează rezistență inutilă și excesivă - crește praful și greutatea sticlei în sine, vizibilitatea scade brusc la amurg, este necesară creșterea dimensiunii ștergătoarelor etc. Trecerea de la sticlă la peretele lateral trebuie efectuată fără probleme.
Dar nu ar trebui să vă lăsați purtat de curbura excesivă a sticlei - acest lucru poate crește distorsiunea și poate afecta vizibilitatea. Efectul stâlpului de parbriz asupra rezistenței la rezistență depinde în mare măsură de poziția și forma parbrizului, precum și de forma capătului din față. Dar, în timp ce lucrați la forma stâlpului, nu trebuie să uitați de protejarea geamurilor laterale față de apa de ploaie și murdăria aruncată de pe parbriz, menținerea unui nivel acceptabil de zgomot aerodinamic extern etc. Acoperiș. O creștere a convexității acoperișului poate duce la o scădere a coeficientului de rezistență. Dar o creștere semnificativă a umflăturii poate intra în conflict cu designul general al vehiculului. În plus, dacă creșterea convexității este însoțită de o creștere simultană a zonei rezistenței frontale, atunci forța rezistenței aerului crește. Pe de altă parte, dacă încercați să mențineți înălțimea inițială, atunci parbrizul și geamurile din spate vor trebui să fie încorporate în acoperișuri, deoarece vizibilitatea nu ar trebui să se deterioreze. Acest lucru va duce la o creștere a costului sticlei, în timp ce scăderea forței de rezistență a aerului în acest caz nu este atât de semnificativă.
Suprafetele laterale. Din punct de vedere aerodinamic al mașinii, suprafețele laterale au o influență redusă asupra creării unui flux fără vortex. Dar nu le poți rotunji prea mult. În caz contrar, va fi dificil să intri într-o astfel de mașină. Ochelarii ar trebui, dacă este posibil, să fie integrali cu suprafața laterală și să fie aliniați cu conturul exterior al vehiculului. Orice pași și săritori creează obstacole suplimentare în calea trecerii aerului și apar turbulențe nedorite. Veți observa că jgheaburile, care anterior erau prezente pe aproape orice vehicul, nu mai sunt folosite. Au apărut și alte soluții de design care nu au un impact atât de mare asupra aerodinamicii mașinii.
Partea din spate a mașinii are, probabil, cel mai mare impact asupra raportului de raționalizare. Explicația este simplă. În spate, fluxul de aer se întrerupe și creează vortexuri. Partea din spate a unei mașini este aproape imposibil de realizat la fel de raționalizat ca o aeronavă (de 6 ori lățimea). Prin urmare, ei lucrează la forma sa mai atent. Unul dintre parametrii principali este unghiul de înclinare a spatelui mașinii. Exemplul mașinii rusești „Moskvich-2141” a devenit deja un manual, unde decizia nefericită a părții din spate a înrăutățit semnificativ aerodinamica generală a mașinii. Dar, pe de altă parte, luneta din spate a „moscovitului” a rămas mereu curată. Compromis din nou. De aceea, atât de multe atașamente suplimentare sunt realizate special pentru spatele mașinii: spoilere, spoilere etc. Alături de unghiul de înclinare al spatelui, coeficientul de rezistență aerodinamic este puternic influențat de designul și forma marginii laterale a partea din spate a mașinii. De exemplu, dacă te uiți la aproape orice mașină modernă de sus, poți vedea imediat că caroseria este mai lată în față decât în spate. Aceasta este și aerodinamică. Partea inferioară a mașinii.
După cum poate părea la început, această parte a corpului nu are niciun efect asupra aerodinamicii. Dar aici există un aspect precum forța aerodinamică. Stabilitatea mașinii depinde de aceasta și de cât de corect este organizat fluxul de aer sub partea inferioară a mașinii, ca urmare, depinde puterea „lipirii” acesteia de drum. Adică, dacă aerul de sub mașină nu persistă, ci curge rapid, atunci presiunea redusă care apare acolo va apăsa mașina pe carosabil. Acest lucru este deosebit de important pentru vehiculele convenționale. Cert este că, în mașinile de curse care concurează pe suprafețe de înaltă calitate, uniforme, puteți seta un spațiu atât de mic încât să înceapă să apară efectul unei „perne de pământ”, în care forța de apăsare crește și rezistența scade. Pentru vehiculele normale, garda la sol redusă este inacceptabilă. Prin urmare, designerii au încercat recent să netezească partea de jos a mașinii cât mai mult posibil, să acopere elemente neuniforme precum țevile de eșapament, brațele de suspensie etc., cu scuturi. Apropo, pasajele roților au un efect foarte mare asupra aerodinamicii o mașină. Nișele proiectate incorect pot crea o ridicare suplimentară.
Și din nou vântul
Inutil să spun că puterea necesară a motorului depinde de raționalizarea mașinii și, prin urmare, de consumul de combustibil (adică portofelul). Cu toate acestea, aerodinamica merge dincolo de viteză și eficiență. Nu ultimul loc este ocupat de sarcinile de a asigura o bună stabilitate direcțională, controlabilitatea vehiculului și reducerea zgomotului în timpul mișcării sale. Cu zgomot, totul este clar: cu cât este mai bună raționalizarea mașinii, calitatea suprafețelor, cu atât mai mică dimensiunea golurilor și numărul de elemente proeminente etc., cu atât mai puțin zgomot. Designerii trebuie să se gândească la un astfel de aspect precum momentul de desfășurare. Acest efect este bine cunoscut de majoritatea șoferilor. Oricine a trecut măcar o dată pe lângă un „camion” cu viteză mare, sau pur și simplu a condus cu un vânt transversal puternic, ar fi trebuit să simtă aspectul unei rostogoliri sau chiar o ușoară întoarcere a mașinii. Nu are sens să explicăm acest efect, dar tocmai aceasta este problema aerodinamicii.
Acesta este motivul pentru care coeficientul Cx nu este singurul. La urma urmei, aerul poate afecta mașina nu numai „în față”, ci și din diferite unghiuri și în direcții diferite. Și toate acestea au un impact asupra manevrării și siguranței. Acestea sunt doar câteva dintre principalele aspecte care afectează forța generală a rezistenței aerului. Este imposibil să se calculeze toți parametrii. Formulele existente nu oferă o imagine completă. Prin urmare, designerii studiază aerodinamica mașinii și îi ajustează forma folosind un instrument atât de scump precum un tunel de vânt. Firmele occidentale nu economisesc bani pentru construcția lor. Costul unor astfel de centre de cercetare poate fi de milioane de dolari. De exemplu: concernul Daimler-Chrysler a investit 37,5 milioane de dolari în crearea unui complex specializat pentru îmbunătățirea aerodinamicii mașinilor sale. În prezent, tunelul de vânt este cel mai important instrument pentru studierea forțelor de rezistență a aerului care afectează o mașină.
Software de aerodinamică computațională și hidrodinamică FlowVision conceput pentru suflarea aerodinamică virtuală a diferitelor obiecte tehnice sau naturale. Obiectele pot fi produse de transport, instalații energetice, produse militar-industriale și altele. FlowVision permite simularea fluxului la viteze diferite ale fluxului de intrare și la diferite grade de perturbare a acestuia (grad de turbulență).
Procesul de modelare se desfășoară strict într-o formulare spațială tridimensională a problemei și se desfășoară conform principiului „ca atare”, ceea ce implică posibilitatea de a studia un model geometric cu drepturi depline al obiectului utilizatorului fără nicio simplificări. Sistemul creat pentru procesarea geometriei tridimensionale importate vă permite să lucrați fără durere cu modele de orice complexitate, unde utilizatorul, de fapt, alege nivelul de detaliu al obiectului său - indiferent dacă dorește să sufle printr-un model simplificat netezit al contururilor externe. sau un model cu drepturi depline cu toate elementele structurale, până la capete de șuruburi pe jantele roților și logo-ul producătorului sub forma unei figurine pe nasul mașinii.
Distribuția vitezei în vecinătatea caroseriei mașinii de curse.
Au fost luate în considerare toate detaliile - spițele roții, influența asimetriei spițelor volanului asupra modelului de curgere.
FlowVision a fost creat de echipa de dezvoltare rusă (compania TESIS, Rusia) cu mai bine de 10 ani în urmă și se bazează pe evoluțiile școlii fundamentale și matematice interne. Sistemul a fost creat cu așteptarea ca utilizatorii de diferite calificări - studenți, profesori, designeri și oameni de știință - să lucreze cu el. Puteți rezolva atât sarcinile simple, cât și cele complexe la fel de eficient.
Produsul este utilizat în diverse industrii, știință și educație - aviație, astronautică, energie, construcții navale, auto, ecologie, inginerie mecanică, prelucrare și industria chimică, medicină, industria nucleară și sectorul apărării și are cea mai mare bază de instalare din Rusia.
În 2001, prin decizia Consiliului principal al Ministerului Federației Ruse, FlowVision a fost recomandat pentru includerea în programul de predare a mecanicii fluidelor și a gazelor la universitățile ruse. În prezent, FlowVision este utilizat ca parte integrantă a procesului educațional al principalelor universități din Rusia - MIPT, MPEI, Universitatea Tehnică de Stat din Sankt Petersburg, Universitatea Vladimir, UNN și altele.
În 2005, FlowVision a trecut testele și a primit un certificat de conformitate de la Standardul de Stat al Federației Ruse.
Caracteristici cheie
În inima FlowVision principiul legii conservării masei se află - cantitatea de materie care intră în volumul calculat umplut închis este egală cu cantitatea de materie care scade din acesta (vezi Fig. 1).
Orez. 1 Principiul legii conservării masei
Soluția pentru o astfel de problemă apare prin găsirea valorii medii a unei cantități dintr-un volum dat pe baza datelor de la granițe (teorema Ostrogradsky-Gauss).
Orez. 2 Integrare peste volum pe baza valorilor limită
Pentru a obține o soluție mai precisă, volumul inițial calculat este împărțit în volume mai mici.
Orez. 3 Îngroșarea grilei de calcul
Se numește procedura de împărțire a volumului inițial în volume mai mici CONSTRUIREA GRELEI DE CALCUL , iar matricea volumelor rezultate este GRILĂ DE CALCUL ... Fiecare volum obţinut în procesul de construire a grilei de calcul se numeşte CELULA DE CALCUL , în fiecare dintre care se observă și echilibrul maselor de intrare și de ieșire. Volumul închis în care are loc construcția grilei de calcul se numește ZONA DE CALCUL .
Arhitectură
Ideologie FlowVision este construit pe baza unei arhitecturi distribuite, unde o unitate de program care efectuează calcule aritmetice poate fi amplasată pe orice computer din rețea - pe un cluster sau laptop de înaltă performanță. Arhitectura pachetului software este modulară, ceea ce vă permite să introduceți fără durere îmbunătățiri și noi funcționalități în acesta. Modulele principale sunt PrePostProcessor și un bloc rezolvator, precum și câteva blocuri auxiliare care efectuează diverse operații de monitorizare și reglare.
Distribuția presiunii pe caroseria unei mașini sport
Scopul funcțional al Preprocesorului include importarea geometriei domeniului de calcul din sistemele de modelare geometrică, stabilirea modelului de mediu, plasarea condițiilor inițiale și limită, editarea sau importarea rețelei de calcul și stabilirea criteriilor de convergență, după care controlul este transferat către Solver. , care începe procesul de construire a rețelei de calcul și efectuează calculul după parametrii specificați. În procesul de calcul, utilizatorul are posibilitatea de a efectua o monitorizare vizuală și cantitativă a calculului cu instrumentele Postprocessor și de a evalua procesul de dezvoltare a soluției. Când se atinge valoarea cerută a criteriului de convergență, procesul de numărare poate fi oprit, după care rezultatul devine complet disponibil utilizatorului, care, folosind instrumentele Postprocessor, poate efectua prelucrarea datelor - vizualizarea rezultatelor și evaluarea cantitativă cu ulterioare salvarea în formate de date externe.
Grilă de calcul
V FlowVision este utilizată o grilă de calcul dreptunghiulară, care se adaptează automat la limitele domeniului de calcul și la soluție. Aproximarea limitelor curbe cu un grad ridicat de precizie este asigurată prin utilizarea metodei de rezoluție a geometriei subgrilă. Această abordare vă permite să lucrați cu modele geometrice constând din suprafețe de orice complexitate.
Domeniul de calcul inițial
Plasă ortogonală suprapusă pe zonă
Decuparea rețelei inițiale la limitele regiunii
Grila finală de calcul
Generarea automată a unei rețele de calcul ținând cont de curbura suprafeței
Dacă este necesară clarificarea soluției la limita sau în locul potrivit al volumului calculat, este posibilă adaptarea dinamică a grilei de calcul. Adaptarea este descompunerea celulelor de nivel inferior în celule mai mici. Adaptarea poate fi prin condiție la limită, după volum și prin decizie. Mesh-ul este adaptat la limita specificată, la locația specificată a domeniului de calcul sau prin soluție, ținând cont de modificarea variabilei și a gradientului. Adaptarea se realizează atât în direcția de rafinare a rețelei, cât și în direcția opusă - fuzionarea celulelor mici în altele mai mari, până la rețeaua entry-level.
Tehnologia de adaptare computațională a rețelei
Corpuri mobile
Tehnologia unui corp în mișcare vă permite să plasați un corp de formă geometrică arbitrară în interiorul domeniului de calcul și să îi oferiți mișcare de translație și/sau rotație. Legea mișcării poate fi constantă sau variabilă în timp și spațiu. Mișcarea corpului este specificată în trei moduri principale:
În mod explicit prin setarea vitezei corpului;
- prin stabilirea fortei care actioneaza asupra corpului si deplasarea acesteia din punctul de plecare
Prin impactul mediului în care este plasat corpul.
Toate cele trei metode pot fi combinate între ele.
Aruncarea unei rachete într-un flux instabil sub influența gravitației
Reproducerea experimentului Mach: mișcarea mingii la o viteză de 800 m/s
Calcul paralel
Una dintre caracteristicile cheie ale pachetului software FlowVision tehnologii de calcul paralel, atunci când se folosesc mai multe procesoare sau nuclee de procesor pentru a rezolva o problemă, ceea ce face posibilă accelerarea calculului proporțional cu numărul acestora.
Accelerarea calculului problemei, în funcție de numărul de nuclee implicate
Procedura de rulare paralelă este complet automatizată. Utilizatorul trebuie doar să specifice numărul de nuclee sau procesoare pe care va rula sarcina. Toate acțiunile ulterioare privind împărțirea domeniului de calcul în părți și schimbul de date între acestea vor fi efectuate de algoritm independent, alegând cei mai buni parametri.
Descompunerea celulelor aproape de suprafață în 16 procesoare pentru probleme cu două mașini
Comanda FlowVision menține legături strânse cu reprezentanții comunităților HPC (High Performance Computing) interne și străine și participă la proiecte comune care vizează obținerea de noi oportunități în domeniul îmbunătățirii performanței în calculul paralel.
În 2007, FlowVision, împreună cu Centrul de Calcul de Cercetare al Universității de Stat din Moscova, a devenit participant la programul federal de creare a unui sistem național de decontare paralelă teraflop. Ca parte a programului, echipa de dezvoltare adaptează FlowVision pentru a efectua calcule la scară largă folosind cea mai modernă tehnologie. Clusterul SKIF-Chebyshev instalat la Centrul de Cercetare de Calcul al Universității de Stat din Moscova este folosit ca platformă hardware de testare.
Clusterul SKIF-Chebyshev instalat la Centrul de Cercetare de Calcul al Universității de Stat din Moscova
SKIF-ul FlowVision pentru a îmbunătăți eficiența calculului paralel. În iunie 2008, primele calcule practice au fost efectuate la 256 de noduri de proiectare în paralel.
În 2009, echipa FlowVision, împreună cu Centrul de Calcul de Cercetare al Universității de Stat din Moscova, compania Sigma Technology și centrul științific de stat TsAGI, au devenit participanți la programul țintă federal pentru crearea de algoritmi pentru rezolvarea problemelor de optimizare paralelă în probleme de aerodinamică și hidrodinamică. .
text, ilustrații: firma TESIS
Nicio mașină nu va trece printr-un zid de cărămidă, dar în fiecare zi trece prin pereți dintr-un aer care are și densitate.
Nimeni nu percepe aerul sau vântul ca pe un zid. La viteze mici, pe vreme calmă, este greu de văzut cum interacționează fluxul de aer cu vehiculul. Dar la viteză mare, la vânturi puternice, rezistența aerului (forța exercitată asupra unui obiect care se deplasează prin aer - definită și ca rezistență) afectează foarte mult modul în care mașina accelerează, cât de controlabilă este și modul în care folosește combustibilul.
Aici intervine știința aerodinamicii, care studiază forțele generate de mișcarea obiectelor în aer. Mașinile moderne sunt proiectate având în vedere aerodinamică. O mașină cu aerodinamică bună trece printr-un zid de aer ca un cuțit prin unt.
Datorită rezistenței scăzute la fluxul de aer, o astfel de mașină accelerează mai bine și consumă mai bine combustibil, deoarece motorul nu trebuie să cheltuiască forțe inutile pentru a „împinge” mașina prin peretele de aer.
Pentru a îmbunătăți aerodinamica mașinii, forma caroseriei este rotunjită, astfel încât canalul de aer să curgă în jurul mașinii cu cea mai mică rezistență. La mașinile sport, forma caroseriei este concepută pentru a direcționa fluxul de aer în principal de-a lungul părții inferioare, atunci veți înțelege de ce. Au pus și o aripă sau un spoiler pe portbagajul mașinii. Aripa apasă pe partea din spate a mașinii pentru a preveni ridicarea roților din spate, datorită fluxului puternic de aer atunci când mașina se mișcă la viteză mare, ceea ce face ca mașina să fie mai stabilă. Nu toate aripile din spate sunt la fel și nu toate sunt folosite în scopul propus, unele servesc doar ca element de decor auto care nu îndeplinește o funcție directă a aerodinamicii.
Știința aerodinamicii
Înainte de a vorbi despre aerodinamica auto, să trecem peste elementele de bază ale fizicii.
Pe măsură ce un obiect se mișcă prin atmosferă, deplasează aerul din jur. Obiectul este, de asemenea, supus gravitației și rezistenței. Rezistența este generată atunci când un obiect solid se mișcă într-un mediu lichid - apă sau aer. Rezistența crește odată cu viteza unui obiect - cu cât se mișcă mai repede prin spațiu, cu atât are mai multă rezistență.
Măsurăm mișcarea unui obiect prin factori descriși în legile lui Newton - masă, viteză, greutate, forță externă și accelerație.
Rezistența afectează direct accelerația. Accelerația (a) a unui obiect = greutatea acestuia (W) minus rezistența (D) împărțită la masa lui (m). Amintiți-vă că greutatea este produsul dintre masa corporală și accelerația gravitațională. De exemplu, pe Lună, greutatea unei persoane se va schimba din cauza lipsei gravitației, dar masa va rămâne aceeași. Pur și simplu pune:
Pe măsură ce obiectul accelerează, viteza și rezistența cresc până la punctul final la care rezistența devine egală cu greutatea - obiectul nu va mai accelera. Să ne imaginăm că obiectul nostru din ecuație este o mașină. Pe măsură ce mașina se mișcă din ce în ce mai repede, tot mai mult aer rezistă mișcării sale, limitând mașina la accelerația maximă la o anumită viteză.
Ajungem la cel mai important număr - coeficientul de rezistență aerodinamică. Acesta este unul dintre principalii factori care determină cât de ușor se mișcă un obiect prin aer. Coeficientul de rezistență (Cd) se calculează folosind următoarea formulă:
Cd = D / (A * r * V / 2)
Unde D este rezistența, A este aria, r este densitatea, V este viteza.
Coeficientul de rezistență aerodinamic într-o mașină
Ne-am dat seama că coeficientul de rezistență (Cd) este o mărime care măsoară forța de rezistență a aerului aplicată unui obiect, cum ar fi o mașină. Acum imaginați-vă că forța aerului apasă asupra mașinii în timp ce se deplasează pe drum. La o viteză de 110 km/h, este afectat de o forță de patru ori mai mare decât la o viteză de 55 km/h.
Capacitățile aerodinamice ale unei mașini sunt măsurate prin coeficientul de rezistență la rezistență. Cu cât valoarea Cd este mai mică, cu atât aerodinamica mașinii este mai bună și va trece mai ușor prin peretele de aer, care apasă pe ea din diferite direcții.
Luați în considerare indicatorii Cd. Îți amintești de Volvo unghiular, cutituit din anii 1970 și 80? Vechiul Volvo 960 sedan are un coeficient de rezistență de 0,36. Noile caroserii Volvo au o caroserie netedă și netedă, datorită căreia coeficientul ajunge la 0,28. Formele mai netede și mai raționalizate arată o aerodinamică mai bună decât cele unghiulare și pătrate.
Motive pentru care aerodinamicii iubesc formele elegante
Să ne amintim cel mai aerodinamic lucru din natură - o lacrimă. Ruptura este rotundă și netedă pe toate părțile și se îngustează în partea de sus. Când o lacrimă cade, aerul curge în jurul ei ușor și lin. De asemenea, la mașini - aerul curge liber pe o suprafață netedă, rotunjită, reducând rezistența aerului la mișcarea obiectului.
Astăzi, majoritatea modelelor au un coeficient mediu de rezistență de 0,30. SUV-urile au un coeficient de rezistență de la 0,30 până la 0,40 sau mai mult. Motivul raportului mare este în dimensiuni. Land Cruiser-urile și Gelendvagen-urile găzduiesc mai mulți pasageri, au mai mult spațiu de încărcare, grile mai mari pentru răcirea motorului, de unde și designul pătrat. Pickup-urile al căror design este în mod intenționat pătrat au un Cd mai mare de 0,40.
Designul caroseriei este controversat, dar forma aerodinamică a mașinii este orientativă. Coeficientul de rezistență al lui Toyota Prius este de 0,24, astfel încât consumul de combustibil al mașinii este scăzut, nu doar din cauza centralei hibride. Rețineți că fiecare minus 0,01 din coeficient reduce consumul de combustibil cu 0,1 litri la 100 de kilometri.
Modele de tragere slabe:
Modele cu rezistență aerodinamică bună:
Tehnicile de îmbunătățire a aerodinamicii există de mult timp, dar producătorilor de automobile le-a luat mult timp să înceapă să le folosească atunci când creează vehicule noi.
Modelele primelor mașini apărute nu au nicio legătură cu conceptul de aerodinamică. Aruncă o privire la Modelul T de la Ford - mașina arată mai mult ca o trăsură trasă de cai fără cal - câștigătoare la concursul de design pătrat. Adevărul să fie spus, majoritatea modelelor au fost pionieri și nu aveau nevoie de un design aerodinamic, deoarece conduceau încet, nu avea ce să reziste la viteza aceea. Cu toate acestea, mașinile de curse de la începutul anilor 1900 au început să se micșoreze încetul cu încetul pentru a câștiga competiția prin aerodinamică.
În 1921, inventatorul german Edmund Rumpler a creat Rumpler-Tropfenauto, care în germană înseamnă „mașină – o lacrimă”. Inspirat de cea mai aerodinamică formă a naturii, forma lacrimă, acest model avea un coeficient de rezistență de 0,27. Designul Rumpler-Tropfenauto nu a fost niciodată recunoscut. Rumpler a reușit să creeze doar 100 de unități Rumpler-Tropfenauto.
În America, saltul în designul aerodinamic a venit în anii 1930 cu Chrysler Airflow. Inspirați de zborul păsărilor, inginerii au proiectat Airflow-ul având în vedere aerodinamică. Pentru a îmbunătăți manevrabilitatea, greutatea mașinii a fost distribuită uniform între axele față și spate - 50/50. Obosită de Marea Depresiune, societatea nu a adoptat niciodată aspectul neconvențional al Chrysler Airflow. Modelul a fost considerat un eșec, deși designul simplificat al Chrysler Airflow a fost cu mult înaintea timpului său.
Anii 1950 și 60 au văzut cele mai mari progrese în aerodinamica auto care au venit din lumea curselor. Inginerii au început să experimenteze cu diferite forme de caroserie, știind că forma simplificată va accelera mașinile. Astfel s-a născut forma unei mașini de curse, care a supraviețuit până în zilele noastre. Spoilerele față și spate, nasurile în formă de lopată și kiturile aero au servit aceluiași scop, direcționând fluxul de aer prin acoperiș și oferind forța necesară roților din față și din spate.
Succesul experimentelor a fost facilitat de tunelul de vant. În următoarea parte a articolului nostru, vă vom spune de ce este necesar și de ce este important în proiectarea unui design auto.
Măsurarea rezistenței într-un tunel de vânt
Pentru a măsura eficiența aerodinamică a unei mașini, inginerii au împrumutat un instrument din industria aviației - un tunel de vânt.
Un tunel de vânt este un tunel cu ventilatoare puternice care creează flux de aer peste un obiect din interior. O mașină, un avion sau altceva a cărui rezistență a aerului este măsurată de ingineri. Dintr-o cameră din spatele tunelului, oamenii de știință observă modul în care aerul interacționează cu un obiect și cum curge aerul pe diferite suprafețe.
O mașină sau un avion în interiorul unui tunel de vânt nu se mișcă, dar ventilatoarele suflă aer la viteze diferite pentru a simula condițiile din lumea reală. Uneori, mașinile reale nici măcar nu sunt introduse în țeavă - designerii se bazează adesea pe modele precise create din lut sau din alte materii prime. Vântul suflă mașina în tunelul de vânt, iar computerele calculează coeficientul de rezistență.
Tunelurile de vânt au fost folosite de la sfârșitul anilor 1800, când au încercat să creeze un avion și au măsurat efectul fluxului de aer în conducte. Chiar și frații Wright aveau o astfel de țeavă. După al Doilea Război Mondial, inginerii de mașini de curse, în căutarea unui avantaj față de concurenți, au început să folosească tunelurile de vânt pentru a evalua eficiența elementelor aerodinamice ale modelelor lor. Mai târziu, această tehnologie și-a făcut loc în lumea mașinilor și camioanelor.
În ultimii 10 ani, tunelurile mari de vânt de mai multe milioane de dolari au fost folosite din ce în ce mai puțin. Simularea pe computer înlocuiește treptat această metodă de testare a aerodinamicii unei mașini (mai multe detalii). Tunelurile de vânt sunt pornite doar pentru a vă asigura că nu există calcule greșite în simulările computerizate.
Există mai multe concepte în aerodinamică decât doar rezistența aerului - există și factori de ridicare și forță aerodinamică. Ridicarea (sau ridicarea) este o forță care lucrează împotriva greutății unui obiect, ridicând și ținând obiectul în aer. Opusul unui lift este forța care împinge un obiect la sol.
Oricine crede că coeficientul de rezistență al mașinilor de curse de Formula 1 la 320 km/h este scăzut este o greșeală. O mașină tipică de curse de Formula 1 are un coeficient de rezistență de aproximativ 0,70.
Motivul pentru coeficientul de rezistență a aerului supraestimat al mașinilor de curse de Formula 1 este că aceste mașini sunt concepute pentru a crea cât mai multă forță aerodinamică posibil. Odată cu viteza cu care se mișcă mașinile, cu greutatea lor extrem de ușoară, încep să experimenteze liftul la viteze mari – fizica le face să se ridice în aer ca un avion. Mașinile nu sunt construite pentru a zbura (deși articolul - mașina care se transformă zburătoare afirmă contrariul), iar dacă vehiculul începe să se ridice în aer, atunci ne putem aștepta la un singur lucru - un accident devastator. Prin urmare, forța de apăsare trebuie să fie maximă pentru a menține mașina pe sol la viteze mari, ceea ce înseamnă că coeficientul de rezistență trebuie să fie mare.
Mașinile de Formula 1 obțin o forță aerodinamică ridicată folosind partea din față și din spate a vehiculului. Aceste aripi direcționează curenții de aer astfel încât mașina să fie presată pe sol - aceeași forță de presiune. Acum vă puteți crește viteza în siguranță și nu o pierdeți la viraj. În același timp, forța de apăsare trebuie echilibrată cu grijă cu liftul pentru ca mașina să câștige viteza dorită în linie dreaptă.
Multe mașini de serie au adaosuri aerodinamice pentru a crea forță aerodinamică. presa a criticat pentru apariţie. Design controversat. Acest lucru se datorează faptului că întreaga caroserie GT-R este proiectată pentru a direcționa aerul peste vehicul și înapoi prin spoilerul oval din spate, creând mai multă forță aerodinamică. Nimeni nu s-a gândit la frumusețea mașinii.
În afara pistei de Formula 1, aripioarele se găsesc adesea pe vehiculele de serie, cum ar fi sedanurile Toyota și Honda. Uneori, aceste elemente de design adaugă un pic de stabilitate la viteze mari. De exemplu, primul Audi TT nu avea inițial spoiler, dar Audi a fost nevoit să adauge unul când s-a constatat că forma rotunjită și greutatea redusă a lui TT creau o portanță prea mare, făcând mașina instabilă la viteze de peste 150 km/h.
Dar dacă mașina nu este un Audi TT, nu o mașină sport, nu o mașină sport, ci un sedan obișnuit de familie sau un hatchback, nu există nimic pentru a instala un spoiler. Spoilerul nu va îmbunătăți manevrabilitatea pe o astfel de mașină, deoarece „familia” are deja o forță aerodinamică mare din cauza Cx-ului ridicat și nu puteți strânge viteze peste 180 pe ea. Un spoiler pe o mașină obișnuită poate provoca supravirare sau, dimpotrivă, reticența de a intra în viraje. Totuși, dacă și tu crezi că uriașul spoiler Honda Civic este pe loc, nu lăsa pe nimeni să te convingă de asta.