Programmatūras pakotne skaitļošanas aero- un hidrodinamikai Plūsmas vīzija paredzēts dažādu tehnisku vai dabas objektu virtuālai aerodinamiskai izpūšanai. Kā objekti var kalpot transporta produkti, enerģētikas objekti, militāri rūpnieciskie izstrādājumi un citi. Plūsmas vīzijaļauj simulēt plūsmu apkārt dažādos pretimnākošās plūsmas ātrumos un dažādās tās traucējumu pakāpēs (turbulences pakāpes).
Modelēšanas process tiek veikts stingri trīsdimensiju problēmas telpiskā formulējumā un notiek pēc principa "kā ir", kas nozīmē iespēju bez jebkādiem vienkāršojumiem izpētīt pilnvērtīgu lietotāja objekta ģeometrisko modeli. Izveidotā sistēma importētās trīsdimensiju ģeometrijas apstrādei ļauj nesāpīgi strādāt ar jebkuras sarežģītības modeļiem, kur lietotājs faktiski izvēlas sava objekta detalizācijas pakāpi - vai viņš vēlas izpūst caur vienkāršotu izlīdzinātu ārējo kontūru modeli. vai pilnvērtīgs modelis ar visu klātbūtni strukturālie elementi, līdz pat skrūvju galviņām uz riteņu diskiem un ražotāja logotipam figūriņas veidā uz automašīnas deguna.
Ātruma sadalījums sacīkšu automašīnas virsbūves tuvumā.
Tiek ņemtas vērā visas detaļas - riteņu spieķi, stūres spieķu asimetrijas ietekme uz plūsmas modeli.
Plūsmas vīzija izveidots Krievijas komanda izstrādātājiem (TESIS, Krievija) vairāk nekā pirms 10 gadiem, un tas ir balstīts uz vietējās fundamentālās un matemātikas skolas attīstību. Sistēma tika izveidota, cerot, ka ar to strādās ļoti dažādas kvalifikācijas lietotāji – studenti, skolotāji, dizaineri un zinātnieki. Jūs varat vienlīdz efektīvi atrisināt gan vienkāršas, gan sarežģītas problēmas.
Produkts tiek izmantots dažādās nozarēs, zinātnē un izglītībā – aviācijā, kosmonautikā, enerģētikā, kuģu būvē, autobūvē, ekoloģijā, mašīnbūvē, apstrādes un ķīmiskajā rūpniecībā, medicīnā, kodolrūpniecībā un aizsardzības sektorā, un tam ir lielākā instalācijas bāze Krievijā.
2001. gadā ar ministrijas Galvenās padomes lēmumu Krievijas Federācija, FlowVision tika ieteikts iekļaut Krievijas universitāšu šķidruma un gāzes mehānikas mācību programmā. Šobrīd FlowVision tiek izmantota kā vadošo Krievijas universitāšu – Maskavas Fizikas un tehnoloģiju institūta, MPEI, Sanktpēterburgas Valsts tehniskās universitātes, Vladimira universitātes, UNN un citu – izglītības procesa neatņemama sastāvdaļa.
2005. gadā FlowVision tika pārbaudīts un saņēma atbilstības sertifikātu no Krievijas Federācijas valsts standarta.
Galvenās iezīmes
Pamatā Plūsmas vīzija slēpjas masas nezūdamības likuma princips - aizpildītajā slēgtajā aprēķinātajā tilpumā nonākošās vielas daudzums ir vienāds ar vielas daudzumu, kas no tā samazinās (skat. 1. att.).
Rīsi. 1 Masas nezūdamības likuma princips
Šādas problēmas risinājums rodas, atrodot lieluma vidējo vērtību noteiktā tilpumā, pamatojoties uz datiem pie robežām (Ostrogradska-Gausa teorēma).
Rīsi. 2 Apjoma integrācija, pamatojoties uz robežvērtībām
Lai iegūtu precīzāku risinājumu, sākotnēji aprēķinātais tilpums tiek sadalīts mazākos apjomos.
Rīsi. 3 Aprēķinu režģa sabiezējums
Tiek saukta procedūra sākotnējā apjoma sadalīšanai mazākos apjomos DATORREŽĢA IZBŪVE , un iegūto apjomu masīvs ir APRĒĶINU REŽĢIS . Katrs apjoms, kas iegūts skaitļošanas režģa konstruēšanas procesā, tiek saukts APRĒĶINĀTĀ ŠŪNA , kurā katrā tiek ievērots arī ienākošās un izejošās masas līdzsvars. Tiek izsaukts slēgtais tilpums, kurā ir izveidots aprēķinu režģis APRĒĶINĀŠANAS APJOMS .
Arhitektūra
Ideoloģija Plūsmas vīzija pamatojoties uz sadalītu arhitektūru, kur programmas bloks, kas veic aritmētiskos aprēķinus, var atrasties jebkurā tīkla datorā - augstas veiktspējas klasterī vai klēpjdatorā. Programmatūras pakotnes arhitektūra ir modulāra, kas ļauj tajā ieviest nesāpīgus uzlabojumus un jaunas funkcionalitātes. Galvenie moduļi ir PrePostProcessor un solver bloks, kā arī vairāki palīgbloki, kas veic dažādas darbības pārraudzībai un regulēšanai.
Spiediena sadalījums pa sporta automašīnas virsbūvi
Priekšapstrādātāja funkcionālais mērķis ietver skaitļošanas domēna ģeometrijas importēšanu no ģeometriskās modelēšanas sistēmām, vides modeļa iestatīšanu, sākotnējo un robežnosacījumu iestatīšanu, skaitļošanas režģa rediģēšanu vai importēšanu un konverģences kritēriju iestatīšanu, pēc kura vadība tiek nodota Risinātājs, kas uzsāk skaitļošanas režģa konstruēšanas procesu un veic aprēķinu atbilstoši dotajiem parametriem. Aprēķinu procesā lietotājam ir iespēja veikt aprēķinu vizuālo un kvantitatīvo uzraudzību un novērtēt risinājuma izstrādes procesu, izmantojot Postprocessor rīkus. Kad ir sasniegta nepieciešamā konverģences kritērija vērtība, skaitīšanas process var tikt apturēts, pēc kura rezultāts kļūst pilnībā pieejams lietotājam, kurš, izmantojot Postprocessor rīkus, var apstrādāt datus – vizualizēt rezultātus un kvantificēt ar sekojošu saglabāšanu ārējos datu formātus.
Aprēķinu režģis
IN Plūsmas vīzija tiek izmantots taisnstūrveida skaitļošanas režģis, kas automātiski pielāgojas skaitļošanas domēna un risinājuma robežām. Līklīniju robežu tuvināšana ar augsta pakāpe precizitāte tiek nodrošināta, izmantojot apakšrežģa ģeometrijas izšķirtspējas metodi. Šī pieeja ļauj strādāt ar ģeometriskiem modeļiem, kas sastāv no jebkuras sarežģītības pakāpes virsmām.
Sākotnējais skaitļošanas domēns
Ortogonāls režģis, kas pārklāts uz apgabala
Sākotnējā režģa apgriešana pie reģiona robežām
Galīgais skaitļošanas režģis
Automātiska skaitļošanas režģa uzbūve, ņemot vērā virsmas izliekumu
Ja ir nepieciešams precizēt risinājumu skaitļošanas apjoma robežās vai pareizajā vietā, ir iespējams dinamiski pielāgot skaitļošanas režģi. Adaptācija ir šūnu sadrumstalotība zemāks līmenis mazākās šūnās. Pielāgošana var būt pēc robežnosacījuma, pēc tilpuma un pēc šķīduma. Režģa adaptācija tiek veikta uz norādītās robežas, in norādītā vieta skaitļošanas jomā vai pēc risinājuma, ņemot vērā mainīgā un gradienta izmaiņas. Pielāgošana tiek veikta gan acs precizēšanas virzienā, gan iekšā otrā puse- mazu šūnu sapludināšana lielākās līdz sākuma līmeņa režģim.
Režģa pielāgošanas tehnoloģija
Kustīgi ķermeņi
Kustīgā ķermeņa tehnoloģija ļauj ievietot patvaļīgas ģeometriskas formas ķermeni skaitļošanas jomā un dot tam translācijas un/vai rotācijas kustību. Kustības likums var būt nemainīgs vai mainīgs laikā un telpā. Ķermeņa kustību nosaka trīs galvenajos veidos:
Viennozīmīgi, iestatot ķermeņa ātrumu;
- iestatot spēku, kas iedarbojas uz ķermeni, un novirzot to no sākuma punkta
Caur tās vides ietekmi, kurā atrodas ķermenis.
Visas trīs metodes var kombinēt viena ar otru.
Raķetes nomešana nestabilā plūsmā gravitācijas ietekmē
Mach pieredzes reproducēšana: bumbiņas kustība ar ātrumu 800 m / s
Paralēlā skaitļošana
Viens no galvenās iezīmes programmatūras pakotne Plūsmas vīzija paralēlās skaitļošanas tehnoloģijas, kad vienas problēmas risināšanai tiek izmantoti vairāki procesori vai procesora kodoli, kas ļauj paātrināt aprēķinu proporcionāli to skaitam.
Uzdevuma aprēķina paātrinājums atkarībā no iesaistīto kodolu skaita
Palaišanas procedūra paralēlajā režīmā ir pilnībā automatizēta. Lietotājam tikai jānorāda kodolu vai procesoru skaits, uz kuriem tiks izpildīts uzdevums. Visas turpmākās darbības, kas saistītas ar skaitļošanas domēna sadalīšanu daļās un datu apmaiņu starp tām, algoritms veiks neatkarīgi, izvēloties labākos parametrus.
Gandrīz virsmas šūnu sadalīšana 16 procesoros divu automašīnu problēmām
Komanda Plūsmas vīzija uztur ciešas saites ar vietējās un ārvalstu HPC (High Performance Computing) kopienas pārstāvjiem un piedalās kopīgos projektos, kuru mērķis ir sasniegt jaunas iespējas paralēlās skaitļošanas veiktspējas uzlabošanas jomā.
2007. gadā FlowVision kopā ar Maskavas Valsts universitātes Pētniecības un attīstības centru kļuva par dalībnieci federālajā programmā, lai izveidotu nacionālo teraflopu paralēlo norēķinu sistēmu. Programmas ietvaros izstrādes komanda pielāgo FlowVision, lai veiktu liela mēroga skaitļošanu modernās tehnoloģijas. Maskavas Valsts universitātes Pētniecības un attīstības centrā uzstādītais SKIF-Chebyshev klasteris tiek izmantots kā testa aparatūras platforma.
SKIF-Chebyshev klasteris uzstādīts Maskavas Valsts universitātes Pētniecības un attīstības centrā
Ciešā sadarbībā ar Maskavas Valsts universitātes Pētniecības un attīstības centra speciālistiem (Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondentlocekļa, fiziskās matemātikas doktora Vl.V.Voevodina vadībā) tika izveidots programmatūras un aparatūras komplekss SKIF- Plūsmas vīzija lai uzlabotu paralēlās skaitļošanas efektivitāti. 2008. gada jūnijā tika veikti pirmie praktiskie aprēķini 256 norēķinu mezglos paralēlā režīmā.
2009. gadā FlowVision komanda kopā ar Maskavas Valsts universitātes Pētniecības un attīstības centru, Sigma Technology un valsti zinātniskais centrs TsAGI kļuva par federālās mērķprogrammas dalībniekiem, lai izveidotu algoritmus paralēlās optimizācijas problēmu risināšanai aero- un hidrodinamikas problēmās.
teksts, ilustrācijas: uzņēmums TESIS
Kāpēc automašīnai nepieciešama aerodinamika, visi zina. Jo racionālāks ir tā virsbūve, jo mazāka pretestība kustībām un degvielas patēriņš. Šāds auto ne tikai ietaupīs naudu, bet arī ietaupīs vidi Izmetiet mazāk atkritumu. Atbilde ir vienkārša, bet tālu no pilnīgas. Aerodinamikas speciālisti, apstrādājot jaunā modeļa virsbūvi, arī:
- aprēķināt celšanas spēka sadalījumu pa asīm, kas ir ļoti svarīgi, ņemot vērā mūsdienu automašīnu ievērojamo ātrumu,
- nodrošināt gaisa piekļuvi dzinēja un bremžu mehānismu dzesēšanai,
- pārdomājiet iekšējās ventilācijas sistēmas gaisa ieplūdes un izplūdes vietas,
- cenšas samazināt trokšņa līmeni salonā,
- optimizēt ķermeņa daļu formu, lai samazinātu stikla, spoguļu un apgaismes iekārtu piesārņojumu.
Turklāt viena uzdevuma risinājums bieži vien ir pretrunā ar cita uzdevuma izpildi. Piemēram, pretestības koeficienta samazināšana uzlabo racionalizāciju, bet tajā pašā laikā pasliktina automašīnas izturību pret sānvēja brāzmām. Tāpēc ekspertiem ir jāmeklē saprātīgs kompromiss.
pretestības samazināšana
Kas nosaka vilkšanas spēku? Diviem parametriem ir izšķiroša ietekme uz to - aerodinamiskās pretestības koeficients Cx un automašīnas šķērsgriezuma laukums (viduss). Vidusdaļu var samazināt, padarot virsbūvi zemāku un šaurāku, taču diez vai šādam auto būs daudz pircēju. Tāpēc galvenais auto aerodinamikas uzlabošanas virziens ir optimizēt plūsmu ap virsbūvi, citiem vārdiem sakot, samazināt Cx. Aerodinamiskās pretestības koeficients Cx ir bezizmēra lielums, ko nosaka eksperimentāli. Mūsdienu automašīnām tas ir diapazonā no 0,26 līdz 0,38. Ārvalstu avotos pretestības koeficients dažreiz tiek saukts par Cd (vilces koeficientu). Piliena veida korpusam ir ideāla racionalizācija, kuras Cx ir vienāds ar 0,04. Pārvietojoties, tas vienmērīgi izgriežas cauri gaisa straumēm, kuras pēc tam nemanāmi, bez pārtraukumiem noslēdzas savā “aste”.
Gaisa masas uzvedas atšķirīgi, kad automašīna pārvietojas. Šeit gaisa pretestība sastāv no trim sastāvdaļām:
- iekšējā pretestība gaisa caurplūdes laikā caur motora nodalījumu un salonu,
- gaisa plūsmu berzes pretestība uz ķermeņa ārējām virsmām un
- veido pretestību.
Trešajai sastāvdaļai ir vislielākā ietekme uz automašīnas aerodinamiku. Kustoties, automašīna saspiež sev priekšā esošās gaisa masas, izveidojot laukumu augsts asinsspiediens. Gaisa plūsmas plūst ap ķermeni, un tur, kur tā beidzas, gaisa plūsma tiek atdalīta, rodas turbulences un apgabals samazināts spiediens. Tātad apgabals augstspiediena priekšā neļauj automašīnai virzīties uz priekšu, un zemā spiediena zona aizmugurē "iesūc" to atpakaļ. Turbulences stiprumu un zema spiediena zonas lielumu nosaka ķermeņa aizmugures forma.
Labāko racionalizācijas veiktspēju demonstrē automašīnas ar pakāpienu aizmuguri – sedani un kupejas. Izskaidrojums ir vienkāršs – no jumta izplūdusī gaisa plūsma uzreiz atsitas pret bagāžnieka vāku, kur normalizējas un tad beidzot nolaužas no malas. Sānu straumes krīt arī uz bagāžnieku, kas novērš kaitīgu virpuļu rašanos aiz automašīnas. Tāpēc, jo augstāks un garāks ir bagāžnieka vāks, jo labāki ir aerodinamiskie rādītāji. Ieslēgts lielie sedani un kupejai dažkārt pat izdodas panākt nevainojamu plūsmu ap virsbūvi. Neliela aizmugures sašaurināšanās arī palīdz samazināt Cx. Stumbra mala ir padarīta asa vai neliela izvirzījuma veidā - tas nodrošina gaisa plūsmas atdalīšanu bez turbulences. Rezultātā izlādes laukums aiz transportlīdzekļa ir mazs.
Automašīnas apakšdaļai ir arī ietekme uz tās aerodinamiku. Piekares un izplūdes sistēmas izvirzītās daļas palielina pretestību. Lai to samazinātu, cenšas pēc iespējas nogludināt dibenu vai ar vairogiem nosegt visu, kas zem bufera “izlīst”. Dažreiz tiek uzstādīts neliels priekšējais spoileris. Spoileris samazina gaisa plūsmu zem transportlīdzekļa. Bet šeit ir svarīgi zināt pasākumu. Liels spoileris ievērojami palielinās pretestību, bet automašīna labāk "pieguls" pie ceļa. Bet vairāk par to nākamajā sadaļā.
Piespiedējspēks
Automašīnai pārvietojoties, gaisa plūsma zem tās dibena iet taisnā līnijā, un plūsmas augšējā daļa iet ap korpusu, tas ir, tā pārvietojas garāku ceļu. Tāpēc augšējās plūsmas ātrums ir lielāks nekā apakšējā. Un saskaņā ar fizikas likumiem, jo lielāks gaisa ātrums, jo zemāks spiediens. Līdz ar to zem apakšas tiek izveidota paaugstināta spiediena zona, bet augšpusē - zemāka. Tas rada celšanas spēku. Un, lai gan tā vērtība ir maza, problēma ir tā, ka tā ir nevienmērīgi sadalīta pa asīm. Ja priekšējo asi noslogo straume, kas spiež uz pārsegu un Vējstikls, tad aizmuguri papildus izkrauj aiz automobiļa izveidotā izlādes zona. Tāpēc, palielinoties ātrumam, stabilitāte samazinās un automašīna kļūst pakļauta sānslīdei.
Nav nepieciešams izgudrot īpašus pasākumus šīs parādības apkarošanai, jo tas, kas tiek darīts, lai uzlabotu racionalizāciju, vienlaikus palielina piespiedējspēku. Piemēram, aizmugures optimizēšana samazina vakuuma zonu aiz automašīnas un tādējādi samazina pacēlumu. Apakšdaļas izlīdzināšana ne tikai samazina gaisa pretestību, bet arī palielina plūsmas ātrumu un tādējādi samazina spiedienu zem transportlīdzekļa. Un tas, savukārt, noved pie pacēluma samazināšanās. Līdzīgi divus uzdevumus veic un aizmugurējais spoileris. Tas ne tikai samazina virpuļu veidošanos, uzlabojot Cx, bet arī vienlaikus piespiež automašīnu pie ceļa, pateicoties no tā atvairītajai gaisa plūsmai. Dažreiz aizmugurējais spoileris ir paredzēts tikai, lai palielinātu piespiedējspēku. Šajā gadījumā tam ir lieli izmēri un slīpums vai tas ir ievelkams, ieejot tikai pie lieli ātrumi.
Sportam un sacīkšu modeļi aprakstītie pasākumi, protams, būs neefektīvi. Lai tos noturētu uz ceļa, ir jāizveido liels piespiedējspēks. Šim nolūkam tiek izmantots liels priekšējais spoileris, sānu svārki un aizmugurējie spārni. Bet instalēts ražošanas automašīnas, šie elementi spēlēs tikai dekoratīvu lomu, uzjautrinot saimnieka lepnumu. Tie nedos nekādu praktisku labumu, bet tieši otrādi – palielinās kustību pretestību. Daudzi autobraucēji, starp citu, jauc spoileri ar spārnu, lai gan tos ir diezgan viegli atšķirt. Spoileris vienmēr ir piespiests pie korpusa, veidojot ar to vienotu veselumu. Spārns ir uzstādīts noteiktā attālumā no korpusa.
Praktiskā aerodinamika
Dažu vienkāršu noteikumu ievērošana ļaus ietaupīt no gaisa, samazinot degvielas patēriņu. Taču šie padomi noderēs tikai tiem, kuri trasē brauc bieži un daudz.
Braucot, ievērojama daļa dzinēja jaudas tiek tērēta gaisa pretestības pārvarēšanai. Jo lielāks ātrums, jo lielāka pretestība (un līdz ar to arī degvielas patēriņš). Tātad, palēninot ātrumu pat par 10 km/h, ietaupīsiet līdz 1 litram uz 100 km. Šajā gadījumā laika zaudējums būs nenozīmīgs. Tomēr šī patiesība ir zināma lielākajai daļai autovadītāju. Bet citi "aerodinamiskie" smalkumi nav zināmi visiem.
Degvielas patēriņš ir atkarīgs no pretestības koeficienta un transportlīdzekļa šķērsgriezuma laukuma. Ja jūs domājat, ka šie parametri ir iestatīti rūpnīcā, un automašīnas īpašnieks tos nevar mainīt, tad jūs maldāties! Mainīt tos nemaz nav grūti, un jūs varat sasniegt gan pozitīvu, gan negatīvu efektu.
Kas palielina patēriņu? Nepamatoti "noēd" degvielas slodzi uz jumta. Un pat racionalizēta kaste aizņems vismaz litru uz simtu. Ir neracionāli dedzināt degvielu, kad logi un jumta lūkas ir atvērti braukšanas laikā. Ja pārvadājat garu kravu ar pusloku bagāžnieku, jūs saņemsiet arī pārbraukšanu. Dažādi dekoratīvie elementi piemēram, apšuvums uz motora pārsega ("mušu sitējs"), "kenguryatnik", spārns un citi pašmāju tūninga elementi, lai gan tie sagādās estētisku baudījumu, bet liks jums izklaidēties. Paskaties zem dibena – par visu, kas nolīst un izskatās zem sliekšņa līnijas, būs jāpiemaksā. Pat kaut kas tik mazs kā prombūtne plastmasas vāciņi ieslēgts tērauda diski, palielina patēriņu. Katrs uzskaitītais faktors vai detaļa atsevišķi palielina patēriņu par nelielu daudzumu - no 50 līdz 500 g uz 100 km. Bet, ja visu rezumē, tad atkal “ieskrieties” apmēram litrs uz simtu. Šie aprēķini attiecas uz mazām automašīnām ar ātrumu 90 km/h. Lielu automašīnu īpašnieki un liela ātruma cienītāji veic korekcijas, lai palielinātu patēriņu.
Ja visi iepriekš minētie nosacījumi ir izpildīti, mēs varam izvairīties no nevajadzīgiem tēriņiem. Vai ir iespējams vēl vairāk samazināt zaudējumus? Var! Bet tam būs nepieciešama neliela ārēja noregulēšana (mēs, protams, runājam par profesionāli izgatavotiem elementiem). Priekšpuse aerodinamiskais komplekts neļauj gaisa plūsmai “iekļūt” zem auto apakšas, slieksnis nosedz riteņu izvirzīto daļu, spoileris neļauj veidoties turbulencēm aiz auto “pakaļgala”. Lai gan spoileris, kā likums, jau ir iekļauts mūsdienu automašīnas virsbūves struktūrā.
Tātad ietaupījumi no zila gaisa ir diezgan reāli.
Neviena mašīna nebrauks cauri mūris, bet ikdienā iziet cauri sienām no gaisa, kam arī ir blīvums.
Neviens gaisu vai vēju neuztver kā sienu. Ieslēgts zemi ātrumi, mierīgā laikā ir grūti redzēt, kā gaisa plūsma mijiedarbojas ar transportlīdzekli. Bet lielā ātrumā, stiprā vējā gaisa pretestība (spēks uz objektu, kas pārvietojas pa gaisu, saukts arī par pretestību) lielā mērā ietekmē to, kā automašīna paātrinās, cik daudz tā iztur, kā tā izmanto degvielu.
Šeit tiek izmantota aerodinamikas zinātne, kas pēta spēkus, kas rodas objektu kustības rezultātā gaisā. Mūsdienu automašīnas ir veidotas, ņemot vērā aerodinamiku. Labi aerodinamisks auto griež cauri gaisa sienai kā nazis caur sviestu.
Pienākas zema pretestība gaisa plūsma, šāda automašīna paātrina labāk un patērē degvielu labāk, jo dzinējam nav jātērē papildu jauda, lai "izstumtu" automašīnu cauri gaisa sienai.
Lai uzlabotu automašīnas aerodinamiku, virsbūves forma ir noapaļota, lai gaisa kanāls plūst ap automašīnu ar vismazāko pretestību. Sporta automašīnās virsbūves forma ir veidota tā, lai gaisa plūsma pārsvarā tiktu virzīta pa apakšējo daļu, kāpēc jūs redzēsiet tālāk. Viņi arī uzlika spārnu vai spoileri uz automašīnas bagāžnieka. Spārnu preses atpakaļ automašīna, kas novērš pacelšanu aizmugurējie riteņi, pateicoties spēcīgajai gaisa plūsmai, kad tas pārvietojas lielā ātrumā, kas padara automašīnu stabilāku. Ne visi aizmugurējie spārni ir vienādi un ne visi tiek izmantoti paredzētajam mērķim, daži kalpo tikai kā automobiļu dekora elements, kas nepilda tiešu aerodinamikas funkciju.
Aerodinamikas zinātne
Pirms runāt par automobiļu aerodinamiku, apskatīsim fizikas pamatus.
Objektam pārvietojoties pa atmosfēru, tas izspiež apkārtējo gaisu. Objekts ir arī pakļauts gravitācijai un pretestībai. Pretestība rodas, kad ciets priekšmets pārvietojas šķidrā vidē – ūdenī vai gaisā. Pretestība palielinās līdz ar objekta ātrumu – jo ātrāk tas pārvietojas telpā, jo lielāku pretestību tas izjūt.
Mēs mēram objekta kustību ar Ņūtona likumos aprakstītajiem faktoriem – masu, ātrumu, svaru, ārējo spēku un paātrinājumu.
Pretestība tieši ietekmē paātrinājumu. Objekta paātrinājums (a) = tā svars (W) mīnus pretestība (D), dalīts ar tā masu (m). Atcerieties, ka svars ir ķermeņa masas un brīvā kritiena paātrinājuma reizinājums. Piemēram, uz Mēness gravitācijas trūkuma dēļ mainīsies cilvēka svars, bet masa paliks nemainīga. Vienkārši liec:
Objektam paātrinājoties, ātrums un pretestība palielinās līdz gala punktam, kurā pretestība kļūst vienāda ar svaru - objekts vairs nepaātrināsies. Iedomāsimies, ka mūsu objekts vienādojumā ir automašīna. Automašīnai pārvietojoties arvien ātrāk, arvien vairāk gaisa pretojas tās kustībai, ierobežojot automašīnu līdz maksimālajam paātrinājumam pie noteikta ātruma.
Tuvojamies svarīgākajam skaitlim – aerodinamiskās pretestības koeficientam. Tas ir viens no galvenajiem faktoriem, kas nosaka, cik viegli objekts pārvietojas pa gaisu. Vilces koeficientu (Cd) aprēķina, izmantojot šādu formulu:
Cd = D / (A * r * V/2)
Kur D ir pretestība, A ir laukums, r ir blīvums, V ir ātrums.
Vilces koeficients automašīnā
Mēs noskaidrojām, ka pretestības koeficients (Cd) ir vērtība, kas mēra objektam, piemēram, automašīnai, pielikto gaisa pretestības spēku. Tagad iedomājieties, ka gaisa spēks spiežas pret automašīnu, kad tā brauc pa ceļu. Pie ātruma 110 km/h uz to iedarbojas četras reizes lielāks spēks nekā ar ātrumu 55 km/h.
Automašīnas aerodinamiskās spējas mēra ar pretestības koeficientu. Jo mazāka ir Cd vērtība, jo labāka ir automašīnas aerodinamika un vieglāk tā tiks cauri gaisa sieniņai, kas to spiež no dažādām pusēm.
Apskatīsim rādītājus Cd. Vai atceraties 1970., 80. gadu stūrainās kastes Volvo? Vecā Volvo 960 sedana pretestības koeficients ir 0,36. Jauns Volvo virsbūve gluda un gluda, pateicoties tam koeficients sasniedz 0,28. Gludākas un racionālākas formas parāda labāku aerodinamiku nekā leņķiskās un kvadrātveida formas.
Iemesli, kāpēc aerodinamikai patīk gludas formas
Atcerēsimies aerodinamiskāko lietu dabā – asaru. Plīsums ir apaļš un gluds no visām pusēm, un augšpusē konusveida. Kad asara nokrīt, gaiss ap to plūst viegli un vienmērīgi. Arī ar automašīnām uz gludas, noapaļotas virsmas gaiss plūst brīvi, samazinot gaisa pretestību objekta kustībai.
Mūsdienās lielākajai daļai modeļu vidējais pretestības koeficients ir 0,30. SUV pretestības koeficients ir no 0,30 līdz 0,40 vai vairāk. Iemesls lielajam koeficientam izmēros. Land Cruiser un Gelendvagens uzņem vairāk pasažieru, viņiem ir vairāk kravas telpa, lielas restes, lai atdzesētu dzinēju, tāpēc kvadrātveida dizains. Pikapi, kas konstruēti ar mērķtiecīgi kvadrātveida Cd, kas lielāks par 0,40.
Virsbūves dizains ir strīdīgs, taču automašīnai ir atklājoša aerodinamiskā forma. Vilces koeficients Toyota Prius 0,24, tātad auto degvielas patēriņš ir zems ne tikai hibrīda dēļ elektrostacija. Atcerieties, ka katrs mīnus 0,01 koeficientā samazina degvielas patēriņu par 0,1 litru uz 100 kilometriem.
Modeļi ar sliktu aerodinamisko pretestību:
Modeļi ar labu aerodinamisko pretestību:
Metodes aerodinamikas uzlabošanai ir zināmas jau sen, taču pagāja ilgs laiks, līdz autoražotāji sāka tās izmantot, veidojot jaunus transportlīdzekļus.
Pirmo automašīnu modeļiem, kas parādījās, nav nekāda sakara ar aerodinamikas jēdzienu. Apskatiet Ford Model T — automašīna vairāk izskatās pēc zirga pajūga bez zirga — kas ir dizaina konkursa uzvarētājs. Taisnību sakot, lielākā daļa modeļu bija pionieri un nebija vajadzīgs aerodinamisks dizains, jo tie brauca lēni, tādā ātrumā nebija ko pretoties. Tomēr 1900. gadu sākuma sacīkšu automašīnas sāka nedaudz sašaurināt, lai uzvarētu sacensībās uz aerodinamikas rēķina.
1921. gadā vācu izgudrotājs Edmunds Rumplers radīja Rumpler-Tropfenauto, kas vācu valodā nozīmē "asaru auto". Modelēts pēc aerodinamiskākās formas dabā, asaras formas, šī modeļa pretestības koeficients bija 0,27. Rumpler-Tropfenauto dizains nekad netika pieņemts. Rumpleram izdevās izveidot tikai 100 Rumpler-Tropfenauto vienības.
Amerikā lēciens aerodinamiskajā dizainā tika veikts 1930. gadā, kad Chrysler modelis gaisa plūsma. Iedvesmojoties no putnu lidojuma, inženieri Airflow izveidoja, ņemot vērā aerodinamiku. Lai uzlabotu vadāmību, automašīnas svars tika vienmērīgi sadalīts starp priekšējo un aizmugurējo asi – 50/50. Sabiedrība, nogurusi no Lielās depresijas, nepieņēma Chrysler Airflow netradicionālo izskatu. Modelis tika uzskatīts par neveiksmīgu, lai gan Chrysler Airflow racionalizētais dizains bija tālu priekšā savam laikam.
1950. un 60. gados bija lielākais sasniegums automobiļu aerodinamikā, ko sniedza sacīkšu pasaule. Inženieri sāka eksperimentēt ar dažādām virsbūves formām, zinot, ka racionalizēta forma paātrinās automašīnas. Tā radās sacīkšu mašīnas forma, kas saglabājusies līdz mūsdienām. Priekšējie un aizmugurējie spoileri, lāpstas priekšgali un aerokomplekti kalpoja vienam un tam pašam mērķim, virzot gaisa plūsmu virs jumta un radot nepieciešamo piespiedējspēku uz priekšējiem un aizmugurējiem riteņiem.
Vēja tunelis veicināja eksperimentu panākumus. Nākamajā mūsu raksta daļā mēs jums pastāstīsim, kāpēc tas ir nepieciešams un kāpēc tas ir svarīgi automašīnas dizainā.
Vilces pretestības mērīšana vēja tunelī
Lai izmērītu automašīnas aerodinamisko efektivitāti, inženieri no aviācijas nozares aizņēmās instrumentu - vēja tuneli.
Vēja tunelis ir tunelis ar jaudīgiem ventilatoriem, kas rada gaisa plūsmu virs objekta iekšpusē. Automašīna, lidmašīna vai kas cits, kura gaisa pretestību mēra inženieri. No telpas aiz tuneļa zinātnieki novēro, kā gaiss mijiedarbojas ar objektu un kā gaisa plūsmas uzvedas uz dažādām virsmām.
Automašīna vai lidmašīna vēja tunelī nekustas, bet, lai simulētu reālus apstākļus, ventilatori piegādā gaisa plūsmu ar atšķirīgs ātrums. Dažkārt īstas mašīnas pat nav nobraukts pa cauruli - dizaineri bieži paļaujas precīzi modeļi radīts no māla vai citām izejvielām. Vēja tunelī mašīnai pūš vējš, un datori aprēķina pretestības koeficientu.
Vēja tuneļi tika izmantoti kopš 1800. gadu beigām, kad viņi mēģināja izveidot lidmašīnu un mērīja gaisa plūsmas ietekmi vēja tuneļos. Pat brāļiem Raitiem bija tāda trompete. Pēc Otrā pasaules kara inženieri sacīkšu automašīnas, meklējot priekšrocības pār konkurentiem, sāka izmantot vēja tuneļus, lai novērtētu izstrādājamo modeļu aerodinamisko elementu efektivitāti. Vēlāk šī tehnoloģija ienāca vieglo un kravas automašīnu pasaulē.
Pēdējo 10 gadu laikā lielie vēja tuneļi, kas maksā vairākus miljonus ASV dolāru, tiek izmantoti arvien retāk. Datormodelēšana pamazām aizstāj šo automašīnas aerodinamikas pārbaudes veidu (vairāk). Vēja tuneļi tiek palaisti tikai tāpēc, lai pārliecinātos, ka datorsimulācijās nav kļūdu.
Aerodinamikā ir vairāk jēdzienu nekā tikai gaisa pretestība - ir arī celšanas un piespiedu spēka faktori. Pacelšana (vai pacelšana) ir spēks, kas darbojas pret objekta svaru, paceļot un noturot objektu gaisā. Piespiedējspēks, kas ir pretējs liftam, ir spēks, kas nospiež objektu zemē.
Ikviens, kurš uzskata, ka Formula 1 sacīkšu auto pretestības koeficients 320 km/h ir zems, maldās. Tipiskam Formula 1 sacīkšu auto pretestības koeficients ir aptuveni 0,70.
Augstā gaisa pretestības koeficienta iemesls sacīkšu automašīnas Formula 1 ir tāda, ka šīs automašīnas ir izstrādātas tā, lai radītu pēc iespējas lielāku piespiedējspēku. Ar ātrumu, kādā ugunsbumbas pārvietojas, ar savu ārkārtīgi vieglo svaru tās sāk izjust pacelšanos lieli ātrumi- fizika liek tiem pacelties gaisā kā lidmašīnai. Automašīnas nav paredzētas lidošanai (lai gan rakstā - lidojoša transformatora mašīna apgalvo pretējo), un, ja transportlīdzeklis sāks pacelties gaisā, tad var gaidīt tikai vienu - postošu avāriju. Tāpēc, piespiedējspēks jābūt maksimālam, lai lielā ātrumā noturētu automašīnu uz zemes, kas nozīmē, ka pretestības koeficientam jābūt lielam.
Formula 1 automašīnas panāk augstu piespiedējspēku ar transportlīdzekļa priekšējo un aizmugurējo daļu palīdzību. Šie spārni virza gaisa plūsmu tā, lai piespiež auto pie zemes – tāds pats piespiedējspēks. Tagad jūs varat droši palielināt ātrumu un nezaudēt to pagriezienos. Tajā pašā laikā piespiedējspēks ir rūpīgi jāsabalansē ar pacēlāju, lai automašīna iegūtu vēlamo taisnvirziena ātrumu.
Daudzām sērijveida automašīnām ir aerodinamiskie papildinājumi, lai radītu piespiedējspēku. prese kritizēja par izskatu. Pretrunīgs dizains. Un viss tāpēc, ka viss GT-R virsbūve paredzēts, lai virzītu gaisa plūsmu pāri automašīnai un atpakaļ caur ovālo aizmugurējo spoileri, radot lielāku piespiedējspēku. Neviens nedomāja par automašīnas skaistumu.
Ārpus Formula 1 trases aizmugurējie spārni bieži ir atrodami standarta automašīnām, piemēram, sedaniem. Toyota uzņēmumi un Honda. Dažreiz šie dizaina elementi lielā ātrumā palielina stabilitāti. Piemēram, uz pirmais Audi TT sākotnēji nebija spoilera, bet Audi Man nācās to pievienot, kad izrādījās, ka TT noapaļotā forma un nelielais svars radīja pārāk lielu pacēlumu, kas padarīja automašīnu nestabilu, braucot ar ātrumu virs 150 km/h.
Bet, ja auto nav Audi TT, nevis sporta auto, nevis sporta auto, bet parasts ģimenes sedans vai hečbeks, spoileri nav jāliek. Spoileris šādas automašīnas vadāmību neuzlabos, jo “ģimenes automašīnai” jau ir liels piespiedējspēks augstā Cx dēļ, un uz tā nevar izspiest ātrumu virs 180. Spoileris ieslēgts parastā automašīna var izraisīt pārmērīgu pagriezienu vai, gluži pretēji, nevēlēšanos iebraukt līkumos. Tomēr, ja arī jums šķiet, ka milzīgais Honda Civic spoileris ir vietā, neļaujiet nevienam jūs pārliecināt par pretējo.
Pašreizējie noteikumi ļauj komandām testēt vēja tunelī automašīnu modeļus, kas nepārsniedz 60% no mēroga. Intervijā F1Racing bijušais Renault komandas tehniskais direktors Pets Saimonss stāstīja par šī darba specifiku…
Pats Saimonds: “Šodien visas komandas strādā ar 50% vai 60% mēroga modeļiem, taču tas ne vienmēr tā bija. Pirmie aerodinamiskie testi 80. gados tika veikti ar maketiem 25% no reālās vērtības - Sauthemptonas Universitātes un Londonas Imperiālās koledžas vēja tuneļu jauda vairāk neļāva - tikai tur varēja uzstādīt modeļi uz kustīgas pamatnes. Tad parādījās vēja tuneļi, kuros bija iespējams strādāt ar modeļiem ar 33% un 50%, un tagad, ņemot vērā nepieciešamību ierobežot izmaksas, komandas vienojās testēt modeļus ne vairāk kā 60% ar gaisa plūsmas ātrumu vairāk nekā 50 metri sekundē.
Izvēloties modeļa mērogu, komandas vadās pēc pieejamā vēja tuneļa iespējām. Lai iegūtu precīzus rezultātus, modeļa izmēri nedrīkst pārsniegt 5% no caurules darba laukuma. Mazāka mēroga modeļu ražošana ir lētāka, bet nekā mazāks modelis, jo grūtāk ir saglabāt nepieciešamo precizitāti. Tāpat kā daudzos citos Formula 1 automašīnu attīstības jautājumos, arī šeit ir jāmeklē labākais kompromiss.
Agrāk modeļus veidoja no Malaizijā augošā Diera koka koksnes, kurai ir mazs blīvums, tagad tiek izmantota lāzera stereolitogrāfijas iekārta - infrasarkanais lāzera stars polimerizē kompozītmateriālu, kā rezultātā tiek iegūta daļa ar noteiktām īpašībām. . Šī metode ļauj pārbaudīt jaunas inženierijas idejas efektivitāti vēja tunelī dažu stundu laikā.
Jo precīzāk ir izgatavots modelis, jo ticamāka ir tā pūšanas laikā iegūtā informācija. Katrs sīkums šeit ir svarīgs, pat cauri izplūdes caurules gāzu plūsmai jāpāriet ar tādu pašu ātrumu kā īstā mašīnā. Komandas cenšas panākt pēc iespējas augstāku precizitāti esošajam aprīkojumam simulācijā.
Daudzus gadus riepas ir aizstātas ar palielinātu neilona vai oglekļa šķiedras kopijām, taču ir panākts ievērojams progress, kad Michelin ir izveidojis precīzas samazinātas savu riepu kopijas. sacīkšu riepas. Automašīnas modelis ir aprīkots ar daudziem sensoriem gaisa spiediena mērīšanai un sistēmu, kas ļauj mainīt līdzsvaru.
Modeļi, ieskaitot uz tiem uzstādīto mērīšanas aprīkojumu, ir nedaudz zemāki par izmaksām īstas mašīnas Piemēram, tie ir dārgāki nekā īstas mašīnas GP2. Tas patiesībā ir ļoti sarežģīts risinājums. Pamata rāmis ar sensoriem maksā aptuveni 800 000 USD, un to var izmantot vairākus gadus, taču parasti komandām ir divi komplekti, lai turpinātu darbu.
Katra pārskatīšana ķermeņa elementi vai apturēšana rada nepieciešamību ražot jauna versijaķermeņa komplekts, kas maksā vēl ceturtdaļmiljonu. Tajā pašā laikā paša vēja tuneļa ekspluatācija maksā aptuveni tūkstoti dolāru stundā un prasa 90 darbinieku klātbūtni. Nopietnas komandas šiem pētījumiem tērē aptuveni 18 miljonus dolāru sezonā.
Izmaksas atmaksājas. Piespiedu spēka palielināšana par 1% ļauj atgūt vienu sekundes desmitdaļu reālā trasē. Ar stabilu grafiku inženieri spēlē apmēram tik daudz mēnesī, tāpēc modelēšanas nodaļā vien katrs desmitais komandai izmaksā pusotru miljonu dolāru.
Kopš pirmais cilvēks šķēpa galā fiksēja uzasinātu akmeni, cilvēki vienmēr ir mēģinājuši atrast labākā forma priekšmeti, kas pārvietojas gaisā. Taču automašīna izrādījās ļoti sarežģīta aerodinamiska mīkla.
Ceļa vilces aprēķinu pamati sniedz mums četrus pamatspēkus, kas iedarbojas uz transportlīdzekli, kad tas ir kustībā: gaisa pretestība, rites pretestība, kāpšanas pretestība un inerces spēki. Tiek atzīmēts, ka tikai pirmie divi ir galvenie. Rites pretestības spēks auto ritenis galvenokārt ir atkarīgs no riepas un ceļa deformācijas kontakta zonā. Bet jau ar ātrumu 50–60 km/h gaisa pretestības spēks pārsniedz jebkuru citu, un ātrumā virs 70–100 km/h tas pārspēj visus kopā. Lai pierādītu šo apgalvojumu, nepieciešams dot šādu aptuvenu formulu: Px=Cx*F*v2, kur: Px – gaisa pretestības spēks; v – transportlīdzekļa ātrums (m/s); F ir automašīnas projekcijas laukums uz plakni, kas ir perpendikulāra automašīnas gareniskajai asij, vai automašīnas lielākā šķērsgriezuma laukums, t.i., frontālais laukums (m2); Cx ir gaisa pretestības koeficients (racionalizācijas koeficients). Piezīme. Ātrums formulā ir kvadrātā, un tas nozīmē, ka, piemēram, to dubultojot, gaisa pretestības spēks tiek četrkāršots.
Tajā pašā laikā enerģijas izmaksas, kas nepieciešamas, lai to pārvarētu, pieaug astoņas reizes! Nascar sacīkstēs, kur ātrums pārsniedz 300 km/h, ir eksperimentāli konstatēts, ka maksimālais ātrums tikai 8 km/h ir jāpalielina dzinēja jauda par 62 kW (83 ZS) vai jāsamazina Cx par 15%. Ir vēl viens veids - samazināt automašīnas priekšējo laukumu. Daudzi ātrgaitas superauto ir ievērojami zemāki parastas automašīnas. Tas ir tikai zīme par darbu, lai samazinātu frontālo zonu. Tomēr šo procedūru var veikt līdz noteiktām robežām, pretējā gadījumā šādu automašīnu nebūs iespējams izmantot. Šī un citu iemeslu dēļ racionalizācija ir viens no galvenajiem jautājumiem, kas rodas, izstrādājot automašīnu. Protams, pretestības spēku ietekmē ne tikai automašīnas ātrums un tā ģeometriskie parametri. Piemēram, jo lielāks gaisa plūsmas blīvums, jo lielāka pretestība. Savukārt gaisa blīvums ir tieši atkarīgs no tā temperatūras un augstuma virs jūras līmeņa. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās gaisa blīvums (un līdz ar to arī viskozitāte), savukārt augstu kalnos gaiss ir plānāks un tā blīvums ir mazāks utt. Tādu nianšu ir daudz.
Bet atpakaļ pie automašīnas formas. Kuram vienumam ir vislabākā plūsma? Atbildi uz šo jautājumu zina gandrīz ikviens skolēns (kurš negulēja fizikas stundās). Ūdens lāse, kas krīt uz leju, iegūst formu, kas ir vispieņemamākā no aerodinamikas viedokļa. Tas ir, noapaļota priekšējā virsma un gludi sašaurināta garā aizmugure (labākā attiecība ir 6 reizes lielāka par platuma garumu). Vilces koeficients ir eksperimentāla vērtība. Skaitliski viņš vienāds ar spēku gaisa pretestība ņūtonos, kas rodas, tai pārvietojoties ar ātrumu 1 m/s uz 1 m2 frontālās laukuma. Par atskaites vienību ir pieņemts uzskatīt plakanas plāksnes Cx = 1. Tātad ūdens pilienam Cx = 0,04. Tagad iedomājieties šādu automašīnu. Muļķības, vai ne? Šāds izdomājums uz riteņiem ne tikai izskatīsies kaut cik kariķēts, bet arī izmantot šo auto paredzētajam mērķim nebūs īpaši ērti. Tāpēc dizaineri ir spiesti rast kompromisu starp automašīnas aerodinamiku un tā lietošanas ērtībām. Pastāvīgi mēģinājumi samazināt gaisa pretestības koeficientu ir noveduši pie tā, ka dažām mūsdienu automašīnām ir Cx = 0,28-0,25. Nu ātri rekordu automašīnas lielīties Cx = 0,2-0,15.
Pretošanās spēki
Tagad mums nedaudz jāparunā par gaisa īpašībām. Kā jūs zināt, jebkura gāze sastāv no molekulām. Viņi atrodas pastāvīgā kustībā un mijiedarbojas viens ar otru. Pastāv tā sauktie van der Vāla spēki - molekulu savstarpējas pievilkšanās spēki, kas neļauj tām pārvietoties vienai pret otru. Daži no viņiem sāk ciešāk pieķerties citiem. Un, palielinoties molekulu haotiskajai kustībai, palielinās viena gaisa slāņa ietekmes efektivitāte uz otru un palielinās viskozitāte. Un tas notiek gaisa temperatūras paaugstināšanās dēļ, un to var izraisīt gan tieša sasilšana no saules, gan netieši no gaisa berzes uz jebkuras virsmas vai vienkārši tās slāņiem savā starpā. Šeit spēlē ātrums. Lai saprastu, kā tas ietekmē automašīnu, vienkārši mēģiniet pamāt ar roku ar atvērtu plaukstu. Ja dari to lēnām, nekas nenotiek, bet, ja pamāj ar roku stiprāk, plauksta jau skaidri uztver kādu pretestību. Bet tas ir tikai viens komponents.
Kad gaiss pārvietojas pa kādu fiksētu virsmu (piemēram, automašīnas virsbūvi), tie paši van der Vālsa spēki liek tai pielipt tuvākajam molekulu slānim. Un šis "iestrēdzis" slānis bremzē nākamo. Un tā slānis pa slānim, un jo ātrāk gaisa molekulas pārvietojas, jo tālāk tās atrodas no stacionāras virsmas. Galu galā to ātrums tiek izlīdzināts ar galvenās gaisa plūsmas ātrumu. Slāni, kurā daļiņas pārvietojas lēni, sauc par robežslāni, un tas parādās uz jebkuras virsmas. Jo augstāka ir transportlīdzekļa pārklājuma materiāla virsmas enerģētiskā vērtība, jo spēcīgāka tā virsma molekulārā līmenī mijiedarbojas ar apkārtējo gaisu, un jo vairāk enerģijas ir jāiztērē, lai iznīcinātu šos spēkus. Tagad, pamatojoties uz iepriekš minētajiem teorētiskajiem aprēķiniem, mēs varam teikt, ka gaisa pretestība nav tikai vēja sitiens pa vējstiklu. Šim procesam ir vairāk sastāvdaļu.
Formas pretestība
Tā ir nozīmīgākā daļa – līdz 60% no visiem aerodinamiskajiem zudumiem. To bieži sauc par spiediena pretestību vai pretestību. Braucot, automašīna saspiež uz tā esošo gaisa plūsmu un pārvar pūliņus izspiest gaisa molekulas. Rezultāts ir augsta spiediena zona. Tad gaiss plūst ap automašīnas virsmu. Šajā procesā gaisa strūklas atraujas, veidojoties turbulencei. Galīgā gaisa plūsmas atdalīšana transportlīdzekļa aizmugurē rada zema spiediena zonu. Vilkšana priekšā un sūkšanas efekts automašīnas aizmugurē rada ļoti spēcīgu reakciju. Šis fakts liek dizaineriem un dizaineriem meklēt veidus, kā dot ķermenim. Sakārtojiet pa plauktiņiem.
Tagad jums ir jāņem vērā automašīnas forma, kā saka, "no bufera līdz buferim". Kurām no detaļām un elementiem ir lielāka ietekme uz mašīnas kopējo aerodinamiku. Ķermeņa priekšpuse. Eksperimenti vēja tunelī ir atklājuši, ka vislabākajai aerodinamikai ķermeņa priekšējai daļai jābūt zemai, platai un bez tās. asi stūri. Šajā gadījumā nav gaisa plūsmas atdalīšanas, kas ļoti labvēlīgi ietekmē automašīnas racionalizāciju. Radiatora režģis bieži vien ir ne tikai funkcionāls, bet arī dekoratīvs elements. Galu galā radiatoram un dzinējam jābūt efektīvai gaisa plūsmai, tāpēc šis elements ir ļoti svarīgs. Daži autoražotāji pēta ergonomiku un gaisa plūsmas sadali dzinēja nodalījums tikpat nopietna kā automašīnas kopējā aerodinamika. Slīpums vējstikls- ļoti spilgts piemērs racionalizācijas, ergonomikas un veiktspējas kompromisam. Tā nepietiekamais slīpums rada pārmērīgu pretestību, un tā pārmērīgais slīpums palielina putekļainību un paša stikla masu, krēslas laikā krasi samazinās redzamība, ir nepieciešams palielināt stikla tīrītāja izmēru utt. Jāveic pāreja no stikla uz sānu malu. gludi.
Bet jums nevajadzētu aizrauties ar pārmērīgu stikla izliekumu - tas var palielināt kropļojumus un pasliktināt redzamību. Vējstikla statņa ietekme uz aerodinamisko pretestību ir ļoti atkarīga no vējstikla stāvokļa un formas, kā arī no priekšpuses formas. Bet, strādājot pie bagāžnieka formas, nedrīkst aizmirst par priekšējo sānu logu aizsardzību no lietus ūdens un no vējstikla nopūstiem netīrumiem, saglabājot pieņemamu ārējo aerodinamisko trokšņu līmeni utt. Jumts. Jumta izliekuma palielināšana var izraisīt pretestības koeficienta samazināšanos. Bet ievērojams izliekuma pieaugums var būt pretrunā ar automašīnas kopējo dizainu. Turklāt, ja izliekuma palielināšanos pavada vienlaicīga pretestības laukuma palielināšanās, gaisa pretestības spēks palielinās. Un, no otras puses, ja jūs mēģināt saglabāt sākotnējo augstumu, tad vējstikls un aizmugurējie logi būs jāievieto jumtos, jo redzamība nedrīkst pasliktināties. Tas novedīs pie briļļu izmaksu pieauguma, savukārt gaisa pretestības spēka samazināšanās šajā gadījumā nav tik būtiska.
sānu virsmas. Transportlīdzekļa aerodinamikas ziņā sānu virsmas maz ietekmē irrotācijas plūsmas veidošanos. Bet jūs nevarat tos noapaļot pārāk daudz. Pretējā gadījumā būs grūti iekļūt šādā automašīnā. Stiklam, ja iespējams, jāveido vienots veselums ar sānu virsmu un jāatrodas vienā līnijā ar automašīnas ārējo kontūru. Jebkuri pakāpieni un pārsedzes rada papildu šķēršļus gaisa plūsmai, parādās nevēlamas turbulences. Jūs varat pamanīt, ka notekcaurules, kas iepriekš bija gandrīz jebkurai automašīnai, vairs netiek izmantotas. Cits Konstruktīvi lēmumi, kam nav tik lielas ietekmes uz automašīnas aerodinamiku.
Automašīnas aizmugurei, iespējams, ir vislielākā ietekme uz racionalizācijas koeficientu. Tas ir izskaidrots vienkārši. Aizmugurē gaisa plūsma pārtrauc un veido virpuļus. Ir gandrīz neiespējami padarīt automašīnas aizmuguri tik racionālu kā dirižabli (garums ir 6 reizes lielāks par platumu). Tāpēc viņi rūpīgāk strādā pie tā formas. Viens no galvenajiem parametriem ir automašīnas aizmugures slīpuma leņķis. Piemērs jau kļuvis par mācību grāmatu Krievu auto"Moskvich-2141", kur tieši neveiksmīgais aizmugures risinājums būtiski pasliktināja automašīnas kopējo aerodinamiku. Bet citā veidā, aizmugurējais stikls"Moskvich" vienmēr ir palicis tīrs. Atkal kompromiss. Tāpēc tik daudz papildu stiprinājumu tiek izgatavoti tieši automašīnas aizmugurē: aizmugurējie spārni, spoileri utt. Līdztekus aizmugures slīpuma leņķim lielā mērā ietekmē automašīnas aizmugures sānu malas dizains un forma. pretestības koeficients. Piemēram, ja paskatās uz gandrīz jebkuru modernu automašīnu no augšas, uzreiz var redzēt, ka priekšējais korpuss ir platāks nekā aizmugure. Tā arī ir aerodinamika. Mašīnas apakšdaļa.
Kā sākotnēji varētu šķist, šī ķermeņa daļa nevar ietekmēt aerodinamiku. Bet tad ir tāds aspekts kā piespiedējspēks. No tā ir atkarīga automašīnas stabilitāte un tas, cik pareizi tiek organizēta gaisa plūsma zem automašīnas apakšas, kā rezultātā ir atkarīgs tās "pielipšanas" spēks pie ceļa. Tas ir, ja gaiss zem automašīnas neaizkavējas, bet ātri plūst, tad pazeminātais spiediens, kas tur rodas, piespiedīs automašīnu uz brauktuves. Tas ir īpaši svarīgi parastajām automašīnām. Fakts ir tāds, ka sacīkšu automašīnām, kas sacenšas uz augstas kvalitātes, līdzeniem segumiem, jūs varat iestatīt tik zemu klīrensu, ka sāk parādīties "zemes spilvena" efekts, kurā palielinās piespiedējspēks un samazinās pretestība. Parastām automašīnām zems klīrenss ir nepieņemams. Tāpēc dizaineri pēdējā laikā cenšas maksimāli nogludināt mašīnas dibenu, ar vairogiem nosegt tādus nelīdzenus elementus kā izplūdes caurules, piekares sviras u.c.. Starp citu, riteņu arkas ir ļoti liela ietekme uz automašīnas aerodinamiku. Nepareizi veidotas nišas var radīt papildu pacēlumu.
Un atkal vējš
Lieki piebilst, ka nepieciešamā dzinēja jauda ir atkarīga no automašīnas efektivizācijas un līdz ar to arī degvielas patēriņa (t.i., maka). Tomēr aerodinamika ietekmē ne tikai ātrumu un ekonomiju. Nav pēdējā vieta veic uzdevumus nodrošināt labu virziena stabilitāti, transportlīdzekļa vadāmību un trokšņa samazināšanu tā kustības laikā. Ar troksni viss ir skaidrs: jo labāka ir automašīnas racionalizācija, virsmu kvalitāte, jo mazāks ir atstarpju izmērs un izvirzīto elementu skaits utt., jo mazāks troksnis. Dizaineriem ir jādomā par tādu aspektu kā pagrieziena moments. Šis efekts ir labi zināms lielākajai daļai autovadītāju. Ikvienam, kurš kādreiz ir braucis garām “kravai” lielā ātrumā vai vienkārši braucis stiprā sānu vējā, vajadzēja izjust sasvēršanos vai pat vieglu auto pagriezienu. Nav jēgas izskaidrot šo efektu, bet tieši tā ir aerodinamikas problēma.
Tāpēc koeficients Cx nav unikāls. Galu galā gaiss var ietekmēt automašīnu ne tikai "uz pieres", bet arī dažādos leņķos un dažādos virzienos. Un tas viss ietekmē vadāmību un drošību. Šie ir tikai daži no galvenajiem aspektiem, kas ietekmē kopējais spēks gaisa pretestība. Nav iespējams aprēķināt visus parametrus. Esošās formulas nesniedz pilnīgu priekšstatu. Tāpēc dizaineri pēta automašīnas aerodinamiku un koriģē tā formu ar tik dārga instrumenta kā vēja tunelis palīdzību. Rietumu firmas nežēlo naudu savai celtniecībai. Šādu pētniecības centru izmaksas var sasniegt miljoniem dolāru. Piemēram: koncerns Daimler-Chrysler ieguldīja 37,5 miljonus dolāru specializēta kompleksa izveidē, lai uzlabotu savu automašīnu aerodinamiku. Šobrīd vēja tunelis ir nozīmīgākais instruments, lai pētītu gaisa pretestības spēkus, kas ietekmē automašīnu.
