Si funksionon: Modele për një tunel me erë. Si funksionon aerodinamika e automobilave? Matja e tërheqjes në një tunel me erë

Të gjithë e dinë se çfarë është aerodinamika për një makinë. Sa më i efektshëm trupi i tij, aq më pak rezistencë ndaj lëvizjes dhe konsumit të karburantit. Një makinë e tillë jo vetëm që do t'ju kursejë para, por do të hedhë më pak mbeturina në mjedis. Përgjigja është e thjeshtë, por larg të qenit e plotë. Specialistët e aerodinamikës, duke përfunduar trupin e modelit të ri, gjithashtu:

• llogarit shpërndarjen përgjatë akseve të ashensorit, gjë që është shumë e rëndësishme duke pasur parasysh shpejtësitë e konsiderueshme të makinave moderne,
• siguroni akses ajri për ftohjen e motorit dhe frenave,
• mendoni për vendet e marrjes dhe daljes së ajrit për sistemin e ventilimit të ndarjes së pasagjerëve,
• përpiquni të zvogëloni nivelin e zhurmës në kabinë,
• optimizoni formën e pjesëve të trupit për të reduktuar ndotjen e xhamit, pasqyrave dhe pajisjeve të ndriçimit.

Për më tepër, zgjidhja e një detyre shpesh bie ndesh me zbatimin e një tjetre. Për shembull, zvogëlimi i koeficientit të zvarritjes përmirëson thjeshtimin, por në të njëjtën kohë dëmton rezistencën e automjetit ndaj goditjeve të erës së kundërt. Prandaj, ekspertët duhet të kërkojnë një kompromis të arsyeshëm.

Zvarritje e reduktuar

Nga çfarë varet forca e tërheqjes? Dy parametra kanë një ndikim vendimtar në të - koeficienti i tërheqjes aerodinamike Cx dhe zona e seksionit kryq të automjetit (mesani). Ju mund të zvogëloni pjesën e mesme duke e bërë trupin më të ulët dhe më të ngushtë, por vështirë se ka shumë blerës për një makinë të tillë. Prandaj, drejtimi kryesor i përmirësimit të aerodinamikës së një makine është optimizimi i rrjedhës rreth trupit, me fjalë të tjera, zvogëlimi i Cx. Koeficienti i tërheqjes Cx është një sasi pa dimension që përcaktohet eksperimentalisht. Për makinat moderne, ajo shtrihet në intervalin 0.26-0.38. Në burimet e huaja, koeficienti i tërheqjes nganjëherë shënohet Cd (koeficienti i tërheqjes). Një trup në formë pike, Cx prej të cilit është i barabartë me 0.04, ka një riorganizim ideal. Kur lëviz, shkurton pa probleme rrymat e ajrit, të cilat më pas të papenguara, pa thyerje, mbyllen në "bishtin" e tij.

Masat e ajrit sillen ndryshe kur makina është në lëvizje. Këtu, rezistenca e ajrit përbëhet nga tre komponentë:

• rezistenca e brendshme kur ajri kalon nëpër ndarjen e motorit dhe brendësinë,
• rezistencën e fërkimit të rrymave të ajrit në sipërfaqet e jashtme të trupit dhe
• formojnë rezistencë.

Komponenti i tretë ka ndikimin më të madh në aerodinamikën e makinës. Duke lëvizur, makina ngjesh masat ajrore përpara saj, duke krijuar një zonë presioni të shtuar. Rrymat e ajrit rrjedhin rreth trupit dhe aty ku ai përfundon, rrjedha e ajrit ndahet, krijohen turbulenca dhe një zonë me presion të reduktuar. Kështu, zona me presion të lartë në pjesën e përparme e pengon automjetin të ecë përpara, dhe zona me presion të ulët në pjesën e pasme e "thith" atë prapa. Forca e vorbullave dhe madhësia e zonës së presionit të reduktuar përcaktohen nga forma e pjesës së pasme të trupit.

Performanca më e mirë aerodinamike demonstrohet nga makina me një seksion të pasmë të shkallëzuar - sedan dhe kupë. Shpjegimi është i thjeshtë - fluksi i ajrit që ka rënë nga çatia bie menjëherë mbi kapakun e bagazhit, ku normalizohet dhe më në fund shkëputet skaji i tij. Rrjedhat anësore bien gjithashtu në bagazh, gjë që parandalon formimin e vorbullave të dëmshme pas makinës. Prandaj, sa më i lartë dhe më i gjatë të jetë kapaku i bagazhit, aq më i mirë është performanca aerodinamike. Në sedan dhe kupa të mëdhenj, ndonjëherë është madje e mundur të arrihet një rrjedhje e vazhdueshme rreth trupit. Një zvogëlim i lehtë i pjesës së pasme gjithashtu ndihmon në uljen e Cx. Skaji i trungut është bërë i mprehtë ose në formën e një zgjatje të vogël - kjo siguron ndarjen e rrjedhës së ajrit pa turbulenca. Si rezultat, zona e vakumit pas automjetit është e vogël.

Pjesa e poshtme e një makine gjithashtu ndikon në aerodinamikën e saj. Pjesët e zgjatura të pezullimit dhe të sistemit të shkarkimit rrisin tërheqjen. Për ta zvogëluar atë, ata përpiqen të lëmojnë pjesën e poshtme sa më shumë që të jetë e mundur ose të mbulojnë me mburoja gjithçka që "ngjitet" poshtë parakolpit. Ndonjëherë vendoset një spoiler i vogël përpara. Spoileri zvogëlon rrjedhën e ajrit nën automjet. Por këtu është e rëndësishme të dini se kur duhet të ndaloni. Një spoiler i madh do të rrisë ndjeshëm rezistencën, por makina do të jetë më mirë të "ngulet" në rrugë. Por më shumë për këtë në pjesën tjetër.

Downforce

Kur makina është në lëvizje, rrjedha e ajrit nën fundin e saj shkon në një vijë të drejtë, dhe pjesa e sipërme e rrjedhës përkulet rreth trupit, domethënë kalon një rrugë më të gjatë. Prandaj, shpejtësia e rrjedhës së sipërme është më e lartë se ajo e poshtme. Dhe sipas ligjeve të fizikës, sa më e lartë të jetë shpejtësia e ajrit, aq më i ulët është presioni. Rrjedhimisht, një zonë me presion të shtuar krijohet nën fund, dhe një zonë e reduktuar sipër. Kjo krijon një ashensor. Dhe megjithëse vlera e tij është e vogël, problemi është se shpërndahet në mënyrë të pabarabartë përgjatë akseve. Nëse boshti i përparmë ngarkohet nga rryma që shtyp në kapuç dhe xhami, atëherë boshti i pasmë lehtësohet gjithashtu nga zona e vakumit të formuar pas makinës. Prandaj, me rritjen e shpejtësisë, stabiliteti zvogëlohet dhe makina bëhet e prirur për rrëshqitje.

Dizajnerët e makinave konvencionale të prodhimit nuk duhet të shpikin ndonjë masë të veçantë për të luftuar këtë fenomen, pasi ajo që po bëhet për të përmirësuar riorganizimin në të njëjtën kohë rrit forcën e kundërt. Për shembull, optimizimi i pjesës së pasme redukton zonën e vakumit pas automjetit dhe për këtë arsye redukton ngritjen. Nivelimi i pjesës së poshtme jo vetëm që zvogëlon rezistencën ndaj lëvizjes së ajrit, por gjithashtu rrit shpejtësinë e rrjedhës dhe për këtë arsye redukton presionin nën automjet. Kjo, nga ana tjetër, çon në një ulje të ngritjes. Spoileri i pasëm gjithashtu shërben për dy qëllime. Ai jo vetëm që redukton formimin e vorbullës, duke përmirësuar Cx, por njëkohësisht e shtyn makinën në rrugë për shkak të rrjedhës së ajrit që e largon atë. Ndonjëherë spoileri i pasmë është projektuar vetëm për të rritur forcën poshtë. Në këtë rast, ai është i madh dhe i anuar ose i tërhequr, duke hyrë në punë vetëm me shpejtësi të lartë.

Për modelet sportive dhe garash, masat e përshkruara, natyrisht, do të jenë joefektive. Për t'i mbajtur ata në rrugë, ju duhet të krijoni shumë forcë negative. Për këtë, përdoret një spoiler i madh përpara, funde anësore dhe panele krahësh. Por të instaluar në makinat e prodhimit, këta elementë do të luajnë vetëm një rol dekorativ, duke kënaqur krenarinë e pronarit. Ata nuk do të japin ndonjë përfitim praktik, por, përkundrazi, do të rrisin rezistencën ndaj lëvizjes. Shumë shoferë, nga rruga, ngatërrojnë një spoiler me një krah, megjithëse është mjaft e lehtë të dallosh midis tyre. Spoileri është gjithmonë i shtypur në trup, duke krijuar një tërësi të vetme me të. Krahu është instaluar në një distancë nga trupi.

Aerodinamika praktike

Ndjekja e disa rregullave të thjeshta do t'ju lejojë të kurseni nga ajri i hollë duke reduktuar konsumin e karburantit. Megjithatë, këto këshilla do të jenë të dobishme vetëm për ata që shpesh dhe shumë vozisin në autostradë.

Gjatë vozitjes, një pjesë e konsiderueshme e fuqisë së motorit shpenzohet për tejkalimin e rezistencës së ajrit. Sa më e lartë të jetë shpejtësia, aq më e lartë është tërheqja (dhe rrjedhimisht konsumi i karburantit). Prandaj, nëse ulni shpejtësinë edhe me 10 km/orë, do të kurseni deri në 1 litër për 100 km. Në këtë rast, humbja e kohës do të jetë e parëndësishme. Megjithatë, kjo e vërtetë është e njohur për shumicën e shoferëve. Por hollësitë e tjera "aerodinamike" nuk janë të njohura për të gjithë.

Konsumi i karburantit varet nga koeficienti i tërheqjes dhe zona e prerjes tërthore të automjetit. Nëse mendoni se këto parametra janë vendosur në fabrikë dhe pronari i makinës nuk mund t'i ndryshojë ato, atëherë gaboheni! Ndryshimi i tyre nuk është aspak i vështirë dhe mund të arrini efekte pozitive dhe negative.

Çfarë e rrit shpenzimin? Ngarkesa në çati "ha" karburantin e tepërt. Dhe madje edhe një kuti e thjeshtë do të marrë të paktën një litër për njëqind. Dritaret dhe çelja e hapur gjatë lëvizjes djegin karburant në mënyrë të paarsyeshme. Nëse mbani një ngarkesë të gjatë me një bagazh pak të hapur, do të keni gjithashtu një tejkalim. Elementë të ndryshëm dekorativë, si p.sh. një pallat në kapuç ("miza e mizave"), "kenguryatnik", një krah dhe elementë të tjerë të akordimit në shtëpi, megjithëse do të sjellin kënaqësi estetike, do t'ju bëjnë të shpenzoni para shtesë. Shikoni poshtë - do të duhet të paguani ekstra për çdo gjë që ulet dhe duket nën vijën e pragut. Edhe një gjë e tillë e vogël si mungesa e kapakëve plastikë në rripat e çelikut rrit konsumin. Secili nga faktorët ose pjesët e listuara individualisht nuk e rrit shumë konsumin - nga 50 në 500 g për 100 km. Por nëse mbledhim gjithçka, përsëri do të "kalojë" rreth një litër për njëqind. Këto llogaritje janë të vlefshme për makinat e vogla me një shpejtësi prej 90 km / orë. Pronarët e makinave të mëdha dhe dashamirët e shpejtësive më të larta lejojnë rritjen e konsumit.

Nëse plotësohen të gjitha kushtet e mësipërme, ne mund të shmangim shpenzimet e panevojshme. A është e mundur të zvogëlohen më tej humbjet? Mund! Por kjo do të kërkojë një akordim të vogël të jashtëm (ne po flasim, natyrisht, për elementë të ekzekutuar profesionalisht). Kompleti i trupit aerodinamik të përparmë nuk lejon që rryma e ajrit të "shpërthejë" nën pjesën e poshtme të makinës, mbulesat e pragut mbulojnë pjesën e spikatur të rrotave, spoileri parandalon formimin e turbulencës pas "stërmës" së makinës. Megjithëse spoileri zakonisht është i përfshirë tashmë në strukturën e trupit të një makine moderne.

Pra, marrja e kursimeve nga ajri i hollë është mjaft reale.

Prezantimi.

Materiali.

Koeficienti i tërheqjes aerodinamike (në tekstin e mëtejmë CAS) përcaktohet në mënyrë eksperimentale gjatë provave në një tunel me erë ose testeve gjatë bregut. Përkufizimi i CAS vjen me Formula 1

Formula 1

UAN i formave të ndryshme luhatet në një gamë të gjerë. Figura 1 tregon këta koeficientë për një numër formash. Në secilin rast, supozohet se ajri që kalon në trup nuk ka një komponent anësor (d.m.th., ai lëviz drejt përgjatë boshtit gjatësor të automjetit). Vini re se një pllakë e thjeshtë e sheshtë ka një koeficient tërheqjeje prej 1,95. Ky koeficient do të thotë që forca e tërheqjes është 1.95 herë më e madhe se presioni dinamik që vepron në zonën e pllakës. Rezistenca jashtëzakonisht e lartë e krijuar nga pllaka është për shkak të faktit se ajri që rrjedh rreth pllakës krijon një zonë ndarjeje shumë më të madhe se vetë pllaka.

Foto 1.

Në jetë, përveç komponentit të erës që rezulton nga shpejtësia e mjetit, merret parasysh edhe shpejtësia e erës në automjet. Dhe për të përcaktuar shpejtësinë e rrjedhës, pohimi i mëposhtëm është i vërtetë: V = Vauto + Vwind.
Nëse era e gjetur është e drejtë, shpejtësia zbritet.
Koeficienti i tërheqjes është i nevojshëm për të përcaktuar zvarritjen, por në këtë artikull do të merret parasysh vetëm koeficienti në vetvete.

Të dhënat fillestare.

Figura 2.

Hapat për vendosjen e kushteve fillestare dhe kufitare në simulimin e rrjedhës.

Procesi i shtimit të modulit FS dhe parimi i përgjithshëm i formimit të një detyre për llogaritjen përshkruhen në këtë, por unë do të përshkruaj tiparet karakteristike për analizën e jashtme përmes analizës së brendshme.

1. Hapi i parë është shtimi i modelit në hapësirën e punës.

Figura 2.

2. Më pas, ne simulojmë një dhomë aerodinamike drejtkëndore. Karakteristika kryesore në modelim është mungesa e skajeve, përndryshe nuk do të mund të vendosim kushtet kufitare. Modeli i makinës duhet të jetë në qendër. Gjerësia e tubit duhet të korrespondojë me 1.5 * gjerësinë e modelit në të dy drejtimet, gjatësia e tubit është 1.5 * gjatësia e modelit, nga pjesa e pasme e modelit dhe 2 * gjatësia e makinës nga parakolpi , lartësia e tubit është 1.5 * lartësia e makinës nga avioni në të cilin qëndron makina.

Figura 3.

3. Hyjmë në modulin FS. Ne vendosëm kushtet kufitare në faqen e parë të rrjedhës hyrëse.

Figura 4.

Zgjidhni llojin: rrjedhje / shpejtësi -> shpejtësia e hyrjes. Ne vendosëm shpejtësinë tonë. Zgjidhni skajin paralel me pjesën e përparme të makinës. Kliko kutinë e zgjedhjes.

Figura 5.

Ne vendosim kushtin kufitar në dalje. Ne zgjedhim llojin: presion, lëmë gjithçka si parazgjedhje. Ne shtypim agimin.

Pra, janë vendosur kushtet kufitare, kalojmë në detyrën për llogaritjen.

4. Klikoni në magjistarin e projektit dhe ndiqni udhëzimet në fotot më poshtë.

Figura 6.

Figura 7.

Figura 8.

Figura 9.

Figura 10.

Figura 11.

Në fund, ne lëmë gjithçka të pandryshuar. Klikoni përfundo.

5. Në këtë hap do të merremi me menaxhimin dhe krijimin e rrjetës lokale. Klikoni në pemën e elementit FS në artikullin: grid, kliko me të djathtën dhe zgjidhni: shtoni një rrjet lokal.

Figura 12.

Figura 13.

Këtu mund të specifikoni parametrat dhe zonën e rrjetës lokale; për modelet komplekse, vendosen edhe këndi i lakimit dhe madhësia minimale e elementit. Madhësia minimale është e specifikuar në kolonën "mbyllja e vrimave të ngushta". Ky funksion redukton ndjeshëm kohën e llogaritjes dhe rrit saktësinë e të dhënave të marra. Në varësi të saktësisë që dëshironi të merrni rezultatet, caktohet parametri i nënndarjes së rrjetës. Cilësimet standarde janë të mira për analiza të brendshme. Më tej, do të shfaqet paraqitja e rrjetës në sipërfaqe.

6. Para fillimit të llogaritjes, duhet të vendosni qëllimet e llogaritjes. Objektivat vendosen në pemën e synuar FS. Në fillim, ne vendosëm qëllime globale, zgjedhim pikat e forta për secilin komponent.

Figura 14.

Figura 15.

Formula 2.

Krijoni një "shprehje të synuar" të dytë, shkruani formulën 1 atje.

Figura 16.

UAN është llogaritur për xhamin e përparmë. Në këtë model, xhami i përparmë është një skaj i prirur, buza është e prirur 155 gradë, kështu që forca X shumëzohet me sin (155 * (pi / 180)). Duhet mbajtur mend se llogaritja kryhet sipas sistemit si dhe, në përputhje me rrethanat, sipërfaqja e fytyrës së pjerrët duhet të matet në metra katrorë.

7. Tani mund të filloni llogaritjen, filloni llogaritjen.

Figura 17.

Kur filloni llogaritjen, programi ofron një zgjedhje se çfarë të llogarisim, ne mund të zgjedhim numrin e bërthamave të përfshira në llogaritje dhe stacionet e punës.

Figura 18.

Meqenëse detyra nuk është e vështirë, llogaritja zgjat më pak se një minutë, kështu që do të shtypim pauzë pasi ta fillojmë.

Figura 19.

Tani klikoni në butonin "fut grafikun", zgjidhni objektivat tona të shprehjes.

Figura 20.

Grafiku do të tregojë vlerat për shprehjet tona për çdo përsëritje.

Ju mund të përdorni "parashikimin" për të vëzhguar procesin në vazhdim gjatë llogaritjes. Kur aktivizoni pamjen paraprake, koha e llogaritjes tonë rritet, por ka pak kuptim, kështu që nuk rekomandoj aktivizimin e këtij opsioni, por do t'ju tregoj se si duket.

Figura 21.

Figura 22.

Fakti që komploti është i përmbysur nuk është një punë e madhe, kjo varet nga orientimi i modelit.

Llogaritja përfundon kur të gjitha qëllimet bien dakord.

Figura 23.

Rezultatet duhet të ngarkohen automatikisht, nëse kjo nuk ndodhi, ringarkoni manualisht: mjetet-> FS-> rezultatet-> ngarkoni nga skedari

8. Pas llogaritjes, mund të shihni rrjetën në model.

Që kur njeriu i parë fiksoi një gur të mprehur në fundin e një shtize, njerëzit janë përpjekur gjithmonë të gjejnë formën më të mirë për objektet që lëvizin në ajër. Por makina doli të ishte një enigmë shumë komplekse aerodinamike.

Bazat e llogaritjeve të tërheqjes për lëvizjen e makinave në rrugë na ofrojnë katër forca kryesore që veprojnë në makinë gjatë drejtimit: rezistenca e ajrit, rezistenca e rrotullimit, rezistenca e ngritjes dhe forcat inerciale. Vihet re se vetëm dy të parat janë kryesoret. Forca e rezistencës së rrotullimit të një rrote makine varet kryesisht nga deformimi i gomës dhe i rrugës në zonën e kontaktit. Por tashmë me një shpejtësi prej 50-60 km / orë, forca e rezistencës së ajrit tejkalon çdo tjetër, dhe me shpejtësi mbi 70-100 km / orë i tejkalon të gjitha të kombinuara. Për të vërtetuar këtë pohim, është e nevojshme të jepet formula e përafërt e mëposhtme: Px = Cx * F * v2, ku: Px - forca e rezistencës së ajrit; v - shpejtësia e automjetit (m / s); F është zona e projeksionit të makinës në një plan pingul me boshtin gjatësor të makinës, ose zona e seksionit kryq më të madh të makinës, d.m.th., sipërfaqja ballore (m2); Cx - koeficienti i rezistencës së ajrit (koeficienti i riorganizimit). Shënim. Shpejtësia në formulë është në katror, ​​që do të thotë se kur rritet, për shembull, dy herë, forca e rezistencës së ajrit katërfishohet.

Në të njëjtën kohë, konsumi i energjisë që kërkohet për ta kapërcyer atë rritet tetë herë! Në garat Nascar, ku shpejtësitë tejkalojnë shenjën 300 km / orë, është vërtetuar eksperimentalisht se për të rritur shpejtësinë maksimale me vetëm 8 km / orë, është e nevojshme të rritet fuqia e motorit me 62 kW (83 hp) ose të zvogëlohet Cx me 15% ... Ekziston një mënyrë tjetër - për të zvogëluar zonën ballore të makinës. Shumë supermakina me shpejtësi të lartë janë dukshëm më të ulëta se makinat konvencionale. Kjo është vetëm një shenjë e punës për të zvogëluar zonën ballore. Megjithatë, kjo procedurë mund të kryhet deri në kufij të caktuar, përndryshe do të jetë e pamundur të përdoret një makinë e tillë. Për këtë dhe arsye të tjera, riorganizimi është një nga çështjet kryesore kur dizajnoni një makinë. Sigurisht, forca e tërheqjes ndikohet jo vetëm nga shpejtësia e makinës dhe parametrat e saj gjeometrikë. Për shembull, sa më e lartë të jetë dendësia e ajrit, aq më e madhe është rezistenca. Nga ana tjetër, dendësia e ajrit varet drejtpërdrejt nga temperatura dhe lartësia e tij mbi nivelin e detit. Me rritjen e temperaturës, dendësia e ajrit (dhe si rrjedhim viskoziteti i tij) rritet, por lart në male ajri është më i rrallë, dhe dendësia e tij është më e ulët, e kështu me radhë. Ka shumë nuanca të tilla.

Por përsëri në formën e makinës. Cila temë ka riorganizimin më të mirë? Përgjigja për këtë pyetje është e njohur për pothuajse çdo student (që nuk ka fjetur në mësimet e fizikës). Një pikë uji që bie merr formën më aerodinamike. Kjo do të thotë, një sipërfaqe ballore e rrumbullakosur dhe një shpinë e gjatë që zvogëlohet pa probleme (raporti më i mirë është 6 herë gjatësia e gjerësisë). Koeficienti i tërheqjes është një vlerë eksperimentale. Numerikisht, është e barabartë me forcën e rezistencës së ajrit në njuton, e krijuar kur lëviz me një shpejtësi prej 1 m / s për 1 m2 të zonës ballore. Për një njësi referimi, është zakon të merret parasysh Cx e një pllake të sheshtë = 1. Pra, një pikë uji ka Cx = 0.04. Tani imagjinoni një makinë të kësaj forme. E pakuptimta, apo jo? Jo vetëm që një gjë e tillë në rrota do të duket disi e karikaturuar, por nuk do të jetë shumë e përshtatshme ta përdorni këtë makinë për qëllimin e saj. Prandaj, projektuesit janë të detyruar të gjejnë një kompromis midis aerodinamikës së makinës dhe komoditetit të përdorimit të saj. Përpjekjet e vazhdueshme për të ulur koeficientin e rezistencës së ajrit kanë çuar në faktin se disa makina moderne kanë Cx = 0.28-0.25. Epo, makinat me rekord me shpejtësi të lartë mburren Cx = 0.2-0.15.

Forcat e rezistencës

Tani është e nevojshme të flasim pak për vetitë e ajrit. Siç e dini, çdo gaz përbëhet nga molekula. Ata janë në lëvizje dhe ndërveprim të vazhdueshëm me njëri-tjetrin. Shfaqen të ashtuquajturat forcat van der Waals - forcat e tërheqjes së ndërsjellë të molekulave që i pengojnë ato të lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën. Disa prej tyre fillojnë të ngjiten më fort me pjesën tjetër. Dhe me një rritje të lëvizjes kaotike të molekulave, efektiviteti i veprimit të një shtrese ajri në një tjetër rritet, dhe viskoziteti rritet. Dhe kjo ndodh për shkak të rritjes së temperaturës së ajrit, dhe kjo mund të shkaktohet si nga ngrohja direkte nga dielli, ashtu edhe në mënyrë indirekte nga fërkimi i ajrit kundër çdo sipërfaqeje ose thjesht shtresave të saj midis njëra-tjetrës. Këtu ndikon shpejtësia e lëvizjes. Për të kuptuar se si kjo ndikon në makinë, thjesht përpiquni të tundni dorën me një pëllëmbë të hapur. Nëse e bëni ngadalë, asgjë nuk ndodh, por nëse tundni dorën më fort, pëllëmba tashmë percepton qartë disa rezistencë. Por ky është vetëm një komponent.

Kur ajri lëviz mbi një sipërfaqe të palëvizshme (për shembull, trupin e një makine), të njëjtat forca van der Waals kontribuojnë në faktin që shtresa më e afërt e molekulave fillon të ngjitet në të. Dhe kjo shtresë "e mbërthyer" ngadalëson shtresën tjetër. Dhe kështu, shtresa pas shtrese, dhe sa më shpejt të lëvizin molekulat e ajrit, aq më larg janë ato nga sipërfaqja e palëvizshme. Në fund, shpejtësia e tyre barazohet me shpejtësinë e rrjedhës kryesore të ajrit. Shtresa në të cilën grimcat lëvizin ngadalë quhet shtresa kufitare dhe shfaqet në çdo sipërfaqe. Sa më e lartë të jetë vlera e energjisë sipërfaqësore të materialit të veshjes së makinës, aq më e fortë ndërvepron sipërfaqja e saj në nivel molekular me mjedisin ajror përreth dhe aq më shumë energji duhet të shpenzohet për shkatërrimin e këtyre forcave. Tani, bazuar në llogaritjet e mësipërme teorike, mund të themi se rezistenca e ajrit nuk është vetëm goditja e erës në xhamin e përparmë. Ky proces ka më shumë komponentë.

Forma e rezistencës

Kjo është pjesa më e rëndësishme - deri në 60% të të gjitha humbjeve aerodinamike. Kjo shpesh quhet rezistencë ndaj presionit ose tërheqje. Gjatë vozitjes, makina ngjesh rrymën e ajrit në hyrje dhe kapërcen përpjekjen për të larguar molekulat e ajrit. Rezultati është një zonë e presionit të rritur. Më tej, ajri rrjedh rreth sipërfaqes së makinës. Gjatë procesit, ka një prishje të avionëve të ajrit me formimin e vorbullave. Ndalimi përfundimtar i fluksit të ajrit në pjesën e pasme të automjetit krijon një zonë me presion të reduktuar. Rezistenca në pjesën e përparme dhe efekti i thithjes në pjesën e pasme të automjetit krijojnë kundërshtim shumë të fortë. Ky fakt i detyron projektuesit dhe konstruktorët të kërkojnë mënyra për të dhënë karrocerinë. Rregulloni në rafte.

Tani është e nevojshme të merret parasysh forma e makinës, siç thonë ata, "nga parakolpi në parakolp". Cilat pjesë dhe elementë kanë një ndikim më të madh në aerodinamikën e përgjithshme të makinës? Pjesa e përparme e trupit. Eksperimentet në një tunel me erë kanë treguar se për një aerodinamikë më të mirë, pjesa e përparme e trupit duhet të jetë e ulët, e gjerë dhe të mos ketë qoshe të mprehta. Në këtë rast, nuk ka ndarje të rrjedhës së ajrit, e cila ka një efekt shumë të dobishëm në thjeshtimin e makinës. Grila e radiatorit shpesh nuk është vetëm funksionale, por edhe dekorative. Në fund të fundit, radiatori dhe motori duhet të kenë rrjedhje efektive të ajrit, kështu që ky element është shumë i rëndësishëm. Disa prodhues makinash studiojnë ergonominë dhe shpërndarjen e ajrit në ndarjen e motorit po aq seriozisht sa aerodinamika e përgjithshme e një makine. Pjerrësia e xhamit të përparmë është një shembull shumë i qartë i shkëmbimit midis aerodinamikës, ergonomisë dhe performancës. Pjerrësia e pamjaftueshme krijon rezistencë të panevojshme, dhe e tepruara rrit pluhurin dhe peshën e vetë xhamit, dukshmëria bie ndjeshëm në muzg, kërkohet të rritet madhësia e fshirësit, etj. Kalimi nga xhami në mur anësor duhet të kryhet pa probleme.

Por nuk duhet të tërhiqeni nga lakimi i tepërt i xhamit - kjo mund të rrisë shtrembërimin dhe të dëmtojë dukshmërinë. Efekti i shtyllës së xhamit të përparmë në tërheqjen varet shumë nga pozicioni dhe forma e xhamit të përparmë, si dhe nga forma e pjesës së përparme. Por kur punoni në formën e shtyllës, nuk duhet të harrohet mbrojtja e dritareve anësore të përparme nga uji i shiut dhe papastërtia e fryrë nga xhami, mbajtja e një niveli të pranueshëm të zhurmës së jashtme aerodinamike, etj. Kulmi. Një rritje në fryrjen e çatisë mund të çojë në një ulje të koeficientit të tërheqjes. Por një rritje e konsiderueshme e fryrjes mund të bie ndesh me modelin e përgjithshëm të automjetit. Përveç kësaj, nëse rritja e konveksitetit shoqërohet me një rritje të njëkohshme të zonës së rezistencës ballore, atëherë forca e rezistencës së ajrit rritet. Nga ana tjetër, nëse përpiqeni të ruani lartësinë origjinale, atëherë xhami i përparmë dhe xhamat e pasmë do të duhet të futen në çati, pasi dukshmëria nuk duhet të përkeqësohet. Kjo do të çojë në një rritje të kostos së syzeve, ndërsa ulja e forcës së rezistencës së ajrit në këtë rast nuk është aq e rëndësishme.

Sipërfaqet anësore. Nga pikëpamja aerodinamike e mjetit, sipërfaqet anësore kanë pak ndikim në krijimin e një rryme pa vorbull. Por nuk mund t'i rrumbullakosni shumë. Përndryshe, do të jetë e vështirë të futesh në një makinë të tillë. Syzet duhet, nëse është e mundur, të jenë integrale me sipërfaqen anësore dhe të jenë në përputhje me konturin e jashtëm të automjetit. Çdo hap dhe kërcyes krijon pengesa shtesë për kalimin e ajrit dhe shfaqen turbulenca të padëshiruara. Do të vini re se ulluqet, të cilat më parë ishin të pranishme në pothuajse çdo automjet, nuk përdoren më. Janë shfaqur zgjidhje të tjera të projektimit që nuk kanë një ndikim kaq të madh në aerodinamikën e makinës.

Pjesa e pasme e makinës ka ndoshta ndikimin më të madh në raportin e thjeshtëzimit. Shpjegimi është i thjeshtë. Në pjesën e pasme, rrjedha e ajrit shkëputet dhe krijon vorbulla. Pjesa e pasme e një makine është pothuajse e pamundur të bëhet aq e thjeshtë sa një airship (6 herë gjerësia). Prandaj, ata punojnë në formën e tij më me kujdes. Një nga parametrat kryesorë është këndi i prirjes së pjesës së pasme të makinës. Shembulli i makinës ruse "Moskvich-2141" tashmë është bërë një libër shkollor, ku ishte vendimi fatkeq i pjesës së pasme që përkeqësoi ndjeshëm aerodinamikën e përgjithshme të makinës. Por, nga ana tjetër, xhami i pasmë i "muscovitit" mbeti gjithmonë i pastër. Kompromis përsëri. Kjo është arsyeja pse kaq shumë lidhje shtesë janë bërë posaçërisht për pjesën e pasme të makinës: spoilerët, spoilerët, etj. Së bashku me këndin e pjerrësisë së pjesës së pasme, koeficienti i tërheqjes aerodinamike ndikohet fuqishëm nga dizajni dhe forma e skajit anësor të pjesa e pasme e makinës. Për shembull, nëse shikoni pothuajse çdo makinë moderne nga lart, mund të shihni menjëherë se trupi është më i gjerë përpara sesa prapa. Kjo është gjithashtu aerodinamikë. Pjesa e poshtme e makinës.

Siç mund të duket në fillim, kjo pjesë e trupit nuk ka asnjë efekt në aerodinamikën. Por këtu ekziston një aspekt i tillë si forca e ulët. Qëndrueshmëria e makinës varet nga ajo dhe sa saktë organizohet fluksi i ajrit nën pjesën e poshtme të makinës, si rezultat varet forca e "ngjitjes" së saj në rrugë. Kjo do të thotë, nëse ajri nën makinë nuk zgjatet, por rrjedh shpejt, atëherë presioni i reduktuar që lind atje do ta shtyp makinën kundër rrugës. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për automjetet konvencionale. Fakti është se në makinat e garave që konkurrojnë në sipërfaqe të njëtrajtshme me cilësi të lartë, mund të vendosni një hapësirë ​​kaq të ulët sa të fillojë të shfaqet efekti i një "jastëku tokësor", në të cilin forca e uljes rritet dhe zvarritja zvogëlohet. Për automjetet normale, hapësira e ulët nga toka është e papranueshme. Prandaj, projektuesit kohët e fundit janë përpjekur të zbutin pjesën e poshtme të makinës sa më shumë që të jetë e mundur, të mbulojnë me mburoja elemente të pabarabarta si tubat e shkarkimit, krahët e pezullimit etj.. Nga rruga, harqet e rrotave kanë një efekt shumë të madh në aerodinamikën e një makinë. Nishet e dizajnuara në mënyrë jo të duhur mund të krijojnë ngritje shtesë.

Dhe përsëri era

Eshtë e panevojshme të thuhet se fuqia e kërkuar e motorit varet nga riorganizimi i makinës, dhe rrjedhimisht nga konsumi i karburantit (d.m.th. nga kuleta). Megjithatë, aerodinamika shkon përtej shpejtësisë dhe efikasitetit. Jo vendi i fundit është i zënë nga detyrat e sigurimit të stabilitetit të mirë të drejtimit, kontrollueshmërisë së automjetit dhe uljes së zhurmës gjatë lëvizjes së tij. Me zhurmën, gjithçka është e qartë: sa më mirë të jetë thjeshtimi i makinës, cilësia e sipërfaqeve, sa më e vogël të jetë madhësia e boshllëqeve dhe numri i elementeve të zgjatur, etj., aq më pak zhurmë. Dizajnerët duhet të mendojnë për një aspekt të tillë si momenti i shpalosjes. Ky efekt është i njohur për shumicën e shoferëve. Kushdo që të paktën një herë ka kaluar një "kamion" me shpejtësi të madhe, ose thjesht ka kaluar në një erë të fortë kundërt, duhet të ketë ndjerë pamjen e një rrotullimi apo edhe një kthesë të lehtë të makinës. Nuk ka kuptim të shpjegohet ky efekt, por ky është pikërisht problemi i aerodinamikës.

Kjo është arsyeja pse koeficienti Cx nuk është i vetmi. Në fund të fundit, ajri mund të ndikojë në makinë jo vetëm "me kokë", por edhe nga kënde të ndryshme dhe në drejtime të ndryshme. Dhe e gjithë kjo ka një ndikim në trajtimin dhe sigurinë. Këto janë vetëm disa nga aspektet kryesore që ndikojnë në forcën e përgjithshme të rezistencës së ajrit. Është e pamundur të llogariten të gjithë parametrat. Formulat ekzistuese nuk japin një pasqyrë të plotë. Prandaj, projektuesit studiojnë aerodinamikën e makinës dhe rregullojnë formën e saj duke përdorur një mjet kaq të shtrenjtë si një tunel me erë. Firmat perëndimore nuk kursejnë para për ndërtimin e tyre. Kostoja e qendrave të tilla kërkimore mund të shkojë në miliona dollarë. Për shembull: shqetësimi Daimler-Chrysler ka investuar 37.5 milion dollarë në krijimin e një kompleksi të specializuar për të përmirësuar aerodinamikën e makinave të saj. Aktualisht, tuneli i erës është mjeti më domethënës për studimin e forcave të rezistencës së ajrit që prekin një makinë.

Program kompjuterik për aerodinamikën dhe hidrodinamikën FlowVision projektuar për fryrje virtuale aerodinamike të objekteve të ndryshme teknike ose natyrore. Objektet mund të jenë produkte transporti, objekte energjetike, produkte ushtarako-industriale dhe të tjera. FlowVision ju lejon të simuloni rrjedhën me shpejtësi të ndryshme të rrjedhës hyrëse dhe në shkallë të ndryshme të shqetësimit të saj (shkalla e turbulencës).

Procesi i modelimit kryhet rreptësisht në një formulim hapësinor tredimensional të problemit dhe vazhdon sipas parimit "siç është", i cili nënkupton mundësinë e studimit të një modeli të plotë gjeometrik të objektit të përdoruesit pa asnjë thjeshtësim. Sistemi i krijuar për përpunimin e gjeometrisë tre-dimensionale të importuar ju lejon të punoni pa dhimbje me modele të çdo kompleksiteti, ku përdoruesi, në fakt, zgjedh vetë nivelin e detajeve të objektit të tij - nëse dëshiron të fryjë përmes një modeli të zbutur të thjeshtuar të jashtëm konturet ose një model i plotë me të gjithë elementët strukturorë, deri te kokat e bulonave në buzët e rrotave dhe logon e prodhuesit në formën e një figurine në hundën e makinës.

Shpërndarja e shpejtësisë në afërsi të trupit të makinës garuese.

Janë marrë parasysh të gjitha detajet - foletë e rrotave, ndikimi i asimetrisë së foleve të timonit në modelin e rrjedhës.

FlowVision u krijua nga ekipi rus i zhvillimit (kompania TESIS, Rusi) më shumë se 10 vjet më parë dhe bazohet në zhvillimet e shkollës themelore dhe matematikore vendase. Sistemi u krijua me shpresën që përdoruesit e kualifikimeve të ndryshme - studentë, mësues, stilistë dhe shkencëtarë - do të punojnë me të. Ju mund të zgjidhni detyrat e thjeshta dhe komplekse në mënyrë të barabartë në mënyrë efektive.

Produkti përdoret në industri të ndryshme, shkencë dhe arsim - aviacion, astronautikë, energji, ndërtim anijesh, automobila, ekologji, inxhinieri mekanike, përpunim dhe industri kimike, mjekësi, industri bërthamore dhe sektorin e mbrojtjes dhe ka bazën më të madhe të instalimit në Rusi.

Në vitin 2001, me vendim të Këshillit Kryesor të Ministrisë së Federatës Ruse, FlowVision u rekomandua për t'u përfshirë në programin e mësimdhënies së mekanikës së lëngjeve dhe gazit në universitetet ruse. Aktualisht, FlowVision përdoret si pjesë e procesit arsimor të universiteteve kryesore në Rusi - MIPT, MPEI, Universiteti Teknik Shtetëror i Shën Petersburgut, Universiteti Vladimir, UNN dhe të tjerët.

Në vitin 2005, FlowVision kaloi teste dhe mori një certifikatë konformiteti nga Standardi Shtetëror i Federatës Ruse.

Karakteristikat kryesore

Në zemër të FlowVision Parimi i ligjit të ruajtjes së masës qëndron - sasia e materies që hyn në vëllimin e llogaritur të mbyllur të mbushur është e barabartë me sasinë e materies që zvogëlohet prej saj (shih Fig. 1).

Oriz. 1 Parimi i ligjit të ruajtjes së masës

Zgjidhja për një problem të tillë ndodh duke gjetur vlerën mesatare të një sasie në një vëllim të caktuar bazuar në të dhënat në kufijtë (teorema Ostrogradsky-Gauss).

Oriz. 2 Integrimi mbi vëllim bazuar në vlerat kufi

Për të marrë një zgjidhje më të saktë, vëllimi fillestar i llogaritur ndahet në vëllime më të vogla.

Oriz. 3 Trashja e rrjetit llogaritës

Procedura për ndarjen e vëllimit origjinal në vëllime më të vogla quhet NDËRTIMI I RRJETËS LLOGARITJES , dhe grupi i vëllimeve që rezultojnë është RRJETI LLOGARITJES ... Çdo vëllim i marrë në procesin e ndërtimit të rrjetit llogaritës quhet CELI LLOGARIT , në secilën prej të cilave vërehet edhe baraspesha e masave hyrëse dhe dalëse. Vëllimi i mbyllur në të cilin është ndërtuar rrjeti llogaritës quhet FUSHA E LLOGARITJES .

Arkitekturë

Ideologjia FlowVisionështë ndërtuar mbi bazën e një arkitekture të shpërndarë, ku një njësi programore që kryen llogaritjet aritmetike mund të vendoset në çdo kompjuter në rrjet - në një grup ose laptop me performancë të lartë. Arkitektura e paketës së softuerit është modulare, e cila ju lejon të futni pa dhimbje përmirësime dhe funksionalitete të reja në të. Modulet kryesore janë PrePostProcessor dhe një bllok zgjidhës, si dhe disa blloqe ndihmëse që kryejnë operacione të ndryshme për monitorim dhe akordim.

Shpërndarja e presionit mbi trupin e një makine sportive

Qëllimi funksional i Paraprocesorit përfshin importimin e gjeometrisë së domenit llogaritës nga sistemet e modelimit gjeometrik, vendosjen e modelit të mjedisit, vendosjen e kushteve fillestare dhe kufitare, modifikimin ose importimin e rrjetës llogaritëse dhe vendosjen e kritereve të konvergjencës, pas së cilës kontrolli transferohet në Zgjidhës. , i cili fillon procesin e ndërtimit të rrjetës llogaritëse dhe kryen llogaritjet sipas parametrave të specifikuar. Në procesin e llogaritjes, përdoruesi ka mundësinë të kryejë monitorim vizual dhe sasior të llogaritjes me mjetet e postprocesorit dhe të vlerësojë procesin e zhvillimit të zgjidhjes. Kur arrihet vlera e kërkuar e kriterit të konvergjencës, procesi i numërimit mund të ndërpritet, pas së cilës rezultati bëhet plotësisht i disponueshëm për përdoruesin, i cili, duke përdorur mjetet e Postprocesorit, mund të përpunojë të dhënat - të vizualizojë rezultatet dhe të përcaktojë sasinë e rezultateve me pasues. ruajtja në formate të të dhënave të jashtme.

Rrjeti llogaritës

V FlowVision përdoret një rrjet kompjuterik drejtkëndor, i cili automatikisht përshtatet me kufijtë e domenit llogaritës dhe zgjidhjes. Përafrimi i kufijve kurvilinear me një shkallë të lartë saktësie sigurohet duke përdorur metodën e zgjidhjes së gjeometrisë së nënrrjetit. Kjo qasje ju lejon të punoni me modele gjeometrike që përbëhen nga sipërfaqe të çdo kompleksiteti.

Domeni fillestar llogaritës

Rrjetë ortogonale e mbivendosur në zonë

Prerja e rrjetës fillestare në kufijtë e rajonit

Rrjeti përfundimtar llogaritës

Gjenerimi automatik i një rrjete llogaritëse duke marrë parasysh lakimin e sipërfaqes

Nëse është e nevojshme të sqarohet zgjidhja në kufirin ose në vendin e duhur të vëllimit të llogaritur, është e mundur të përshtatet dinamikisht rrjeti llogaritës. Përshtatja është ndarja e qelizave të nivelit më të ulët në qeliza më të vogla. Përshtatja mund të jetë sipas kushteve kufitare, sipas vëllimit dhe me vendim. Rrjeta përshtatet në kufirin e specifikuar, në vendndodhjen e specifikuar të domenit llogaritës, ose me zgjidhje, duke marrë parasysh ndryshimin në ndryshoren dhe gradientin. Përshtatja kryhet si në drejtim të përsosjes së rrjetës ashtu edhe në drejtim të kundërt - bashkimi i qelizave të vogla në ato më të mëdha, deri në rrjetën e nivelit të hyrjes.

Teknologjia e përshtatjes së rrjetës llogaritëse

Trupa të lëvizshëm

Teknologjia e trupit në lëvizje ju lejon të vendosni një trup me formë arbitrare gjeometrike brenda fushës llogaritëse dhe t'i jepni atij lëvizje përkthimore dhe / ose rrotulluese. Ligji i lëvizjes mund të jetë konstant ose i ndryshueshëm në kohë dhe hapësirë. Lëvizja e trupit përcaktohet në tre mënyra kryesore:

Në mënyrë eksplicite përmes vendosjes së shpejtësisë së trupit;
- duke vendosur forcën që vepron mbi trup dhe duke e zhvendosur atë nga pika e fillimit

Nëpërmjet ndikimit nga mjedisi në të cilin ndodhet trupi.

Të tre metodat mund të kombinohen me njëra-tjetrën.

Hedhja e një rakete në një rrjedhë të paqëndrueshme nën veprimin e gravitetit

Riprodhimi i eksperimentit Mach: lëvizja e topit me një shpejtësi prej 800 m / s

Llogaritja paralele

Një nga karakteristikat kryesore të paketës softuerike FlowVision teknologjitë e llogaritjes paralele, kur përdoren disa procesorë ose bërthama procesori për të zgjidhur një problem, gjë që bën të mundur përshpejtimin e llogaritjes në përpjesëtim me numrin e tyre.

Përshpejtimi i llogaritjes së problemit, në varësi të numrit të bërthamave të përfshira

Procedura e ekzekutimit paralel është plotësisht e automatizuar. Përdoruesi duhet vetëm të specifikojë numrin e bërthamave ose procesorëve në të cilët do të ekzekutohet detyra. Algoritmi do të kryejë të gjitha veprimet e mëtejshme për të ndarë domenin llogaritës në pjesë dhe për të shkëmbyer të dhëna ndërmjet tyre, duke zgjedhur parametrat më të mirë.

Zbërthimi i qelizave afër sipërfaqes në 16 procesorë për problemet me dy makina

Komanda FlowVision mban lidhje të ngushta me përfaqësuesit e komuniteteve HPC (High Performance Computing) vendas dhe të huaj dhe merr pjesë në projekte të përbashkëta që synojnë arritjen e mundësive të reja në fushën e përmirësimit të performancës në informatikë paralele.

Në vitin 2007, FlowVision, së bashku me Qendrën Kompjuterike Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës, u bënë pjesëmarrëse në programin federal për të krijuar një sistem kombëtar të zgjidhjeve paralele teraflop. Si pjesë e programit, ekipi i zhvillimit përshtat FlowVision për të kryer llogaritje në shkallë të gjerë në teknologjinë më të fundit. Grupi SKIF-Chebyshev i instaluar në Qendrën Kompjuterike Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës përdoret si një platformë harduerike testuese.

Grupi SKIF-Chebyshev i instaluar në Qendrën e Informatikës Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës

Në vitin 2009, ekipi FlowVision, së bashku me Qendrën Kompjuterike Kërkimore të Universitetit Shtetëror të Moskës, kompaninë Sigma Technology dhe qendrën shkencore shtetërore TsAGI, u bënë pjesëmarrës në programin federal të synuar për krijimin e algoritmeve për zgjidhjen e problemeve të optimizimit paralel në problemet e aerodinamikës dhe hidrodinamikës. .

teksti, ilustrimet: kompania TESIS

Asnjë makinë nuk do të kalojë nëpër një mur me tulla, por çdo ditë kalon nëpër mure nga një ajër që gjithashtu ka një densitet.

Askush nuk e percepton ajrin ose erën si mur. Me shpejtësi të ulët, në mot të qetë, është e vështirë të shihet se si rrjedha e ajrit ndërvepron me automjetin. Por me shpejtësi të madhe, në erëra të forta, rezistenca e ajrit (forca e ushtruar mbi një objekt që lëviz nëpër ajër - e përcaktuar gjithashtu si zvarritje) ndikon fuqishëm në mënyrën se si makina përshpejton, sa e kontrollueshme është dhe se si përdor karburantin.

Këtu hyn në lojë shkenca e aerodinamikës, e cila studion forcat e krijuara nga lëvizja e objekteve në ajër. Makinat moderne janë të dizajnuara duke pasur parasysh aerodinamikën. Një makinë me aerodinamikë të mirë kalon nëpër një mur ajri si një thikë përmes gjalpit.

Për shkak të rezistencës së ulët ndaj rrjedhës së ajrit, një makinë e tillë përshpejton më mirë dhe konsumon më mirë karburantin, pasi motori nuk duhet të harxhojë forca shtesë për të "shtyrë" makinën përmes murit ajror.

Për të përmirësuar aerodinamikën e makinës, forma e trupit është e rrumbullakosur në mënyrë që kanali i ajrit të rrjedhë rreth makinës me rezistencën më të vogël. Në makinat sportive, forma e trupit është krijuar për të drejtuar rrjedhën e ajrit kryesisht përgjatë pjesës së poshtme, atëherë do ta kuptoni pse. Ata gjithashtu vendosin një krah ose spoiler në bagazhin e makinës. Krahu shtyp pjesën e pasme të makinës për të parandaluar ngritjen e rrotave të pasme, për shkak të rrjedhës së fortë të ajrit kur makina lëviz me shpejtësi të madhe, gjë që e bën makinën më të qëndrueshme. Jo të gjithë krahët e pasmë janë të njëjtë dhe jo të gjithë përdoren për qëllimin e tyre të synuar, disa shërbejnë vetëm si një element i dekorit të automobilave që nuk kryen një funksion të drejtpërdrejtë të aerodinamikës.

Shkenca e aerodinamikës

Para se të flasim për aerodinamikën e automobilave, le të kalojmë mbi bazat e fizikës.

Ndërsa një objekt lëviz nëpër atmosferë, ai zhvendos ajrin përreth. Objekti gjithashtu i nënshtrohet gravitetit dhe rezistencës. Rezistenca krijohet kur një objekt i ngurtë lëviz në një mjedis të lëngshëm - ujë ose ajër. Rezistenca rritet me shpejtësinë e një objekti - sa më shpejt të lëvizë nëpër hapësirë, aq më shumë rezistencë përjeton.

Ne matim lëvizjen e një objekti me faktorë të përshkruar në ligjet e Njutonit - masa, shpejtësia, pesha, forca e jashtme dhe nxitimi.

Rezistenca ndikon drejtpërdrejt në përshpejtimin. Nxitimi (a) i një objekti = pesha e tij (W) minus rezistencën (D) pjesëtuar me masën e tij (m). Kujtoni se pesha është produkt i masës trupore dhe përshpejtimit gravitacional. Për shembull, në Hënë, pesha e një personi do të ndryshojë për shkak të mungesës së gravitetit, por masa do të mbetet e njëjtë. E thënë thjesht:

Ndërsa objekti përshpejtohet, shpejtësia dhe rezistenca rriten deri në pikën përfundimtare në të cilën rezistenca bëhet e barabartë me peshën - objekti nuk do të përshpejtohet më. Le të imagjinojmë se objekti ynë në ekuacion është një makinë. Ndërsa makina lëviz më shpejt dhe më shpejt, gjithnjë e më shumë ajër i reziston lëvizjes së saj, duke e kufizuar makinën në përshpejtimin maksimal me një shpejtësi të caktuar.

Arrijmë te numri më i rëndësishëm - koeficienti i tërheqjes aerodinamike. Ky është një nga faktorët kryesorë që përcakton se sa lehtë një objekt lëviz nëpër ajër. Koeficienti i tërheqjes (Cd) llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme:

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

Ku D është rezistenca, A është zona, r është dendësia, V është shpejtësia.

Koeficienti i tërheqjes aerodinamike në një makinë

Kuptuam se koeficienti i tërheqjes (Cd) është një sasi që mat forcën e rezistencës së ajrit të aplikuar në një objekt, siç është një makinë. Tani imagjinoni që forca e ajrit të shtyp makinën ndërsa ajo udhëton në rrugë. Me një shpejtësi prej 110 km / orë, ndikohet nga një forcë katër herë më e madhe se në një shpejtësi prej 55 km / orë.

Aftësitë aerodinamike të një makine maten me koeficientin e tërheqjes. Sa më e ulët të jetë vlera e Cd, aq më e mirë është aerodinamika e makinës dhe aq më lehtë do të kalojë përmes murit të ajrit, i cili e shtyp atë nga drejtime të ndryshme.

Konsideroni treguesit Cd. E mbani mend Volvo-në këndore, të formës së prerë nga vitet 1970 dhe 80? Sedani i vjetër Volvo 960 ka një koeficient të tërheqjes prej 0.36. Trupat e Volvo-s së re janë të lëmuar dhe të lëmuar, falë të cilave koeficienti arrin 0.28. Format më të lëmuara dhe më të thjeshta tregojnë aerodinamikë më të mirë se ato këndore dhe katrore.

Arsyet pse aerodinamika i pëlqen format e hijshme

Le të kujtojmë gjënë më aerodinamike në natyrë - një lot. Grisja është e rrumbullakët dhe e lëmuar nga të gjitha anët, dhe zvogëlohet në majë. Kur një lot bie, ajri rrjedh rreth tij lehtësisht dhe pa probleme. Gjithashtu me makina - ajri rrjedh lirshëm mbi një sipërfaqe të lëmuar, të rrumbullakosur, duke zvogëluar rezistencën e ajrit ndaj lëvizjes së objekteve.

Sot, shumica e modeleve kanë një koeficient mesatar të tërheqjes prej 0.30. SUV-të kanë një koeficient tërheqjeje prej 0,30 deri në 0,40 ose më shumë. Arsyeja e raportit të lartë është në dimensionet. Land Cruisers dhe Gelendvagens akomodojnë më shumë pasagjerë, kanë më shumë hapësirë ​​ngarkese, grila më të mëdha për të ftohur motorin, prandaj dizajni i ngjashëm me katrorin. Pickup-et, dizajni i të cilëve është qëllimisht katror, ​​kanë një Cd më të madhe se 0,40.

Dizajni i trupit është i diskutueshëm, por forma aerodinamike e makinës është tregues. Koeficienti i tërheqjes së Toyota Prius është 0.24, kështu që konsumi i karburantit të makinës është i ulët, jo vetëm për shkak të termocentralit hibrid. Mos harroni, çdo minus 0.01 në koeficient zvogëlon konsumin e karburantit me 0.1 litra për 100 kilometra.

Modele të dobëta të tërheqjes:

Modele me tërheqje të mirë aerodinamike:

Teknikat për përmirësimin e aerodinamikës kanë ekzistuar për një kohë të gjatë, por u desh shumë kohë që prodhuesit e automjeteve të fillonin t'i përdornin ato kur krijonin automjete të reja.

Modelet e makinave të para që u shfaqën nuk kanë asnjë lidhje me konceptin e aerodinamikës. Hidhini një sy Modelit T të Fordit - makina duket më shumë si një karrocë me kuaj pa kalë - fituese në konkursin e dizajnit të sheshit. Të themi të vërtetën, shumica e modeleve ishin pionierë dhe nuk kishin nevojë për një dizajn aerodinamik, pasi ecnin ngadalë, me atë shpejtësi nuk kishte asgjë për t'i rezistuar. Megjithatë, makinat e garave të fillimit të viteve 1900 filluan të tkurren pak nga pak për të fituar konkurrencën përmes aerodinamikës.

Në vitin 1921, shpikësi gjerman Edmund Rumpler krijoi Rumpler-Tropfenauto, që në gjermanisht do të thotë "makinë - një lot". I frymëzuar nga forma më aerodinamike e natyrës, forma e pikës së lotit, ky model kishte një koeficient tërheqjeje prej 0.27. Dizajni i Rumpler-Tropfenauto nuk u njoh kurrë. Rumpler arriti të krijojë vetëm 100 njësi Rumpler-Tropfenauto.

Në Amerikë, kërcimi në dizajnin aerodinamik erdhi në vitet 1930 me Chrysler Airflow. Të frymëzuar nga fluturimi i zogjve, inxhinierët projektuan Airflow duke pasur parasysh aerodinamikën. Për të përmirësuar trajtimin, pesha e makinës u shpërnda në mënyrë të barabartë midis boshteve të përparme dhe të pasme - 50/50. E lodhur nga Depresioni i Madh, shoqëria nuk miratoi kurrë pamjen jokonvencionale të Chrysler Airflow. Modeli u konsiderua si një dështim, megjithëse dizajni i thjeshtë i Chrysler Airflow ishte shumë përpara kohës së tij.

Vitet 1950 dhe 60 panë përparimet më të mëdha në aerodinamikën e automobilave që erdhën nga bota e garave. Inxhinierët filluan të eksperimentojnë me stile të ndryshme të trupit, duke e ditur se forma e thjeshtë do të shpejtonte makinat. Kështu lindi forma e një makine garash, e cila ka mbijetuar deri më sot. Spoilerët e përparme dhe të pasme, hundët e lopatës dhe kompletet e aeroplanit shërbyen për të njëjtin qëllim, duke drejtuar rrjedhën e ajrit përmes çatisë dhe duke krijuar forcën e nevojshme poshtë në rrotat e përparme dhe të pasme.

Suksesi i eksperimenteve u lehtësua nga tuneli i erës. Në pjesën tjetër të artikullit tonë, ne do t'ju tregojmë pse është e nevojshme dhe pse është e rëndësishme në hartimin e një modeli makine.

Matja e tërheqjes në një tunel me erë

Për të matur efikasitetin aerodinamik të një makine, inxhinierët huazuan një mjet nga industria e aviacionit - një tunel me erë.

Një tunel me erë është një tunel me tifozë të fuqishëm që krijojnë rrymë ajri mbi një objekt brenda. Një makinë, një aeroplan ose diçka tjetër, rezistenca e ajrit të së cilës matet nga inxhinierët. Nga një dhomë prapa tunelit, shkencëtarët vëzhgojnë se si ajri ndërvepron me një objekt dhe si sillen rrymat e ajrit në sipërfaqe të ndryshme.

Një makinë ose aeroplan brenda një tuneli me erë nuk lëviz, por tifozët fryjnë ajrin me shpejtësi të ndryshme për të simuluar kushtet e botës reale. Ndonjëherë makinat e vërteta as nuk futen në tub - projektuesit shpesh mbështeten në modele të sakta të krijuara nga balta ose lëndë të tjera të para. Era e fryn makinën në një tunel me erë dhe kompjuterët llogarisin koeficientin e tërheqjes.

Tunelet e erës janë përdorur që nga fundi i viteve 1800, kur ata u përpoqën të krijonin një aeroplan dhe matën efektin e rrjedhës së ajrit në tuba. Edhe vëllezërit Wright kishin një tub të tillë. Pas Luftës së Dytë Botërore, inxhinierët e makinave të garave, në kërkim të një avantazhi ndaj konkurrentëve, filluan të përdorin tunele me erë për të vlerësuar efektivitetin e elementëve aerodinamikë në dizajnet e tyre. Më vonë, kjo teknologji u fut në botën e makinave të pasagjerëve dhe kamionëve.

Gjatë 10 viteve të fundit, tunele të mëdha me erë shumë milionë dollarësh janë përdorur gjithnjë e më pak. Simulimi kompjuterik po zëvendëson gradualisht këtë metodë të testimit të aerodinamikës së një makine (më shumë detaje). Tunelet e erës janë nisur vetëm për t'u siguruar që nuk ka llogaritje të gabuara në simulimet kompjuterike.

Ka më shumë koncepte në aerodinamikë sesa thjesht rezistenca e ajrit - ka edhe faktorë të ngritjes dhe të shtytjes. Ngritja (ose ngritja) është një forcë që vepron kundër peshës së një objekti, duke e ngritur dhe mbajtur objektin në ajër. Downforce E kundërta e një ashensori është forca që shtyn një objekt në tokë.

Kushdo që mendon se koeficienti i tërheqjes së makinave të garave të Formula 1, që zhvillojnë 320 km / orë, është i ulët, gabohet. Një makinë tipike garash e Formula 1 ka një koeficient të tërheqjes prej rreth 0.70.

Arsyeja për koeficientin e mbivlerësuar të tërheqjes së ajrit të makinave të garave të Formula 1 është se këto makina janë të dizajnuara për të krijuar sa më shumë forcë poshtë të jetë e mundur. Me shpejtësinë me të cilën udhëtojnë makinat, me peshën e tyre jashtëzakonisht të vogël, ata fillojnë të përjetojnë ashensorin me shpejtësi të madhe - fizika i bën ata të ngrihen në ajër si një aeroplan. Makinat nuk janë ndërtuar për të fluturuar (edhe pse artikulli - makina transformuese fluturuese thotë të kundërtën), dhe nëse automjeti fillon të ngrihet në ajër, atëherë mund të pritet vetëm një gjë - një aksident shkatërrues. Prandaj, forca poshtë duhet të jetë maksimale për të mbajtur makinën në tokë me shpejtësi të madhe, që do të thotë se koeficienti i tërheqjes duhet të jetë i lartë.

Makinat e Formula 1 arrijnë forcë të lartë shtytëse duke përdorur pjesën e përparme dhe të pasme të automjetit. Këta parafango drejtojnë rrymat e ajrit në mënyrë që makina të shtypet në tokë - e njëjta forcë poshtë. Tani mund të rrisni me siguri shpejtësinë tuaj dhe të mos e humbni atë kur ktheni kthesat. Në të njëjtën kohë, forca poshtë duhet të balancohet me kujdes me ngritësin në mënyrë që makina të arrijë shpejtësinë e dëshiruar në vijë të drejtë.

Shumë vetura të prodhimit kanë shtesa aerodinamike për të krijuar forcë të kundërt. shtypi kritikoi për pamjen e jashtme. Dizajni i diskutueshëm. Kjo për shkak se i gjithë trupi GT-R është projektuar për të drejtuar ajrin mbi automjet dhe mbrapa përmes spoilerit të pasmë ovale, duke krijuar më shumë forcë poshtë. Askush nuk mendoi për bukurinë e makinës.

Jashtë pistës së Formula 1, krahët shpesh gjenden në automjetet e prodhimit si sedanët Toyota dhe Honda. Ndonjëherë këta elementë të dizajnit shtojnë pak stabilitet me shpejtësi të lartë. Për shembull, Audi TT i parë nuk kishte fillimisht një spoiler, por Audi duhej të shtonte një kur u konstatua se forma e rrumbullakosur dhe pesha e lehtë e TT krijonin shumë ngritje, duke e bërë makinën të paqëndrueshme në shpejtësi mbi 150 km/h.

Por nëse makina nuk është një Audi TT, jo një makinë sportive, jo një makinë sportive, por një sedan ose hatchback i zakonshëm familjar, nuk ka asgjë për të instaluar një spoiler. Spoileri nuk do të përmirësojë trajtimin në një makinë të tillë, pasi "familja" ka tashmë një forcë të lartë poshtë për shkak të Cx të lartë, dhe nuk mund të shtrydhni shpejtësi mbi 180 në të. Një spoiler në një makinë të zakonshme mund të shkaktojë mbidrejtim, ose anasjelltas, hezitim për të hyrë në qoshe. Megjithatë, nëse edhe ju mendoni se spoileri gjigant Honda Civic është në vend, mos lejoni askënd t'ju bindë për këtë.