Чем перетянуть потолок автомобиля: Как перетянуть крышу автомобиля самостоятельно

Содержание

самостоятельный ремонт в домашних условиях

Перетяжка потолка автомобиля своими руками

Эта статья поможет вам узнать больше о том, как можно самому перетянуть потолок автомобиля в домашних условиях.

В этом примере был использован потолок автомобиля Opel Vectra. Приступим непосредственно к процессу ремонта. Сначала нужно стереть остатки поролона, который остался после снятия потолка. Для работы подойдет обычный скальпель, которым нужно пройтись по поверхности потолка, в тех местах, где остались остатки материала, которым потолок был раньше перетянут.

Подготовительные работы

Сразу нужно сказать, что подготовительные работы могут занят больше время, чем сама основная работа. Остатки материала можно удалить шкуркой.

После того, как наш потолок будет вычищен и обезжирен, наносим на него клей аккуратными и легкими мазками. Сначала нужно нанести клей на сам потолок, а потом на материал, которым мы будет его перетягивать. Как видно с картинки, полностью потолок клеем мы не покрывали, попробуем приклеить только часть материала, чтобы посмотреть, какой будет результат.

Конечно, изначально придется приблизительно замерить материал, которым потолок будет перетягиваться.

Перетяжка потолка

Могут оставаться небольшие куски, которые потом можно будет обрезать. Но главное, максимально точно выполнить замеры, чтобы лишние части нам не мешали в работе. Необходимо все аккуратно разгладить, чтобы не оставлялось воздуха под нашим материалом для перетяжки. Клеить мы будем не все сразу, а нанося 88 клей полосами.

В нашем случае кожзам, который использовался для перетяжки, немного задираем на самом краю, чтобы наносить следующую линию клея. Немного больше клея можно нанести по краям, в местах изгиба, для лучшего сцепления материала. Такую же за шириной линию клея наносим на кожзаме. Слой клея должен быть без пропусков, одной полосой, чтобы хорошо приклеился материал.

Как и с предыдущей частью, разглаживаем наш кожзаменитель, не оставляя воздуха под ним, прижимаем, чтобы все хорошенько сцепилось. Так постепенно проходим, нанося линии клея и соединяя материал с потолком.

Последовательность действия одинаковая на каждом участке, главное – чтобы получилась ровная поверхность после перетяжки. Также обязательно нужно избавится от воздуха под материалом, чтобы он не вздувался и не создавал не эстетический вид.

После того, когда потолок будем перетянут материалом, нужно взять фен и пройтись им по потолку. Это поможет разравнять вздувшиеся участки и улучшит реакцию склеивания. Этот процесс нужно выполнять до тех пор, пока клей хорошо не соединиться, в нашем случае, с кожзамом, поэтому работа может занять какое-то время.

Мы оставили одну полосу в задней части, переходим к ее перетяжке. Наносим клей сначала на потолок, потом на материал и соединяем. Может показаться, что это монотонная работа, но если не выполнить ее качественно, то есть, не нанести одним слоем клей, чтобы не оставить пустых мест, кожзам просто не приклеиться и очень скоро отстанет от потолка.

Не забываем, что на краях можно добавить немного больше клея. Даем клею время немного подсохнуть и можно соединять. После этого остается перетянуть в передней части наш потолок. Чтобы закончить с предыдущей (задней) частью, необходимо еще раз пройтись по поверхности теплым воздухом из фена.

После окончания перетягивания потолка можно посмотреть результат.

Перетяжка потолка автомобиля — цена в Москве, стоимость ремонта потолка автомобиля на YouDo

Квалифицированные специалисты и частные мастера, публикующие объявления на сайте Юду, выполнят профессиональную замену крыши салона, цена перетяжки потолка автомобиля в Москве не завышена. Профессионалы Юду в удобное для вас время сделают полную или частичную обтяжку тканью или кожей. Они отдают предпочтение современным технологиям перетяжки, а во время тюнинга машины используют качественные и надежные материалы.

Специалисты, зарегистрированные на Юду, осуществят обшивку авто в указанные вами сроки. Они предлагают полный спектр услуг, а также смогут организовать эвакуацию машины из любого района Москвы.

Стоимость ремонта от профессионалов Юду

Опытные мастера, предлагающие услуги на Юду, недорого сделают перетяжку потолков в машинах. Они индивидуально подберут материалы для замены и выполнят тщательную чистку, если покрытие было повреждено сигаретой.

Специалистами дешево выполняется снятие старой обивки и комплексная перетяжка потолка автомобиля, цена на работу зависит от таких факторов:

стоимость материала для замены
вариант перетяжки (например, кожей, алькантарой, тканью)
срочность обшивки авто
сложность оклейки потолка
необходимость локальной чистки потолка (например, след от воспламенения или жирные пятна)
необходимость предоставления дополнительных услуг (замена ручек, декоративных панелей, снятие старой и установка новой фурнитуры)

Стоимость снятия обивки и обтяжки потолка машины новым материалом указана в прайс-листе на сайте и в профилях некоторых исполнителей Юду. При заполнении заявки на Юду вы сможете установить приемлемые расценки на перетяжку потолков в Москве. Указанная цена должна соответствовать средней стоимости профессиональной реставрации авто.

Опытными мастерами производится быстрая и качественная перетяжка потолка автомобиля тканью, цена на услуги рассчитывается индивидуально. Точную стоимость оклейки крыши салона автомобиля специалист сообщит после оценки объема работ.

Преимущества ремонта от профессионалов Юду

Перетяжка потолка автомобиля требуется, если владелец прожег покрытие или обивка износилась. Правильно и качественно выполнить реставрацию потолков в любых автомобилях сможет только квалифицированный специалист с большим опытом работы.

На Юду предлагают услуги мастера, которые имеют профильное образование и не первый год работают в данной сфере. Они знают, как правильно выполнить чистку покрытия и финишную оклейку потолков таким образом, чтобы материал прослужил долгое время.

Преимущества отделки крыши салона автомобилей от профессионалов Юду:

перетяжка потолка не займет много времени, а все работы мастера выполнят в соответствии с фабричными рекомендациями
ремонт крыши салона специалисты осуществят поэтапно, они аккуратно снимут старый материал, тщательно очистят и обезжирят покрытие, после чего профессионально отделают потолочную поверхность
перетяжка потолка осуществляется с применением качественных и долговечных материалов, для реставрации профессионалы Юду предложат недорогие и прочные ткани и кожу
опытные мастера гарантируют, что во время отделки не повредят декоративные панели, фурнитуру и ручки

Виды работ и итоговая цена перетяжки потолка автомобиля обсуждаются при личном общении.

Перетяжка потолка алькантарой своими руками

Потолок в машине — самое незагрязняющееся место, а вот на общий стиль оно влияет очень сильно. Если правильно подобрать материал, можно надолго забыть об обустройстве верхнего пространства авто. Если для этого вы выбрали алькантару, спешим поздравить: у вас в руках один из самых роскошных и качественных материалов (если вы выбрали его у официального дистрибьютора). Главное — правильно его использовать, поэтому сейчас мы расскажем о перетяжке потолка алькантарой своими руками.

Материалы, инструменты

Первым делом необходимо выбрать клей. Самый популярный вариант — клей «Момент» — использовать нельзя! Во-первых, применять его на большой площади неудобно из-за консистенции. Во-вторых, летом авто сильно нагревается, «Момент» с этим не справляется и не удерживается на каркасе.

Мы советуем покупать клей, который разработан специально для салонов автомобилей. При выборе состава важно ориентироваться на максимальный температурный режим, запах. Перед применением клея важно внимательно прочитать инструкцию. В зависимости от его марки может понадобиться наносить состав дважды через несколько минут, нагревать феном и т. п.

Кроме клея, нужно проверить наличие следующего:

Алькантара. Выбрать подходящий вариант можно здесь.
Отвертки.
Обезжириватель, мелкозернистый абразив, твердая губка для подготовки поверхности.
Валики, чтобы выравнивать материал.
Возможно, фен (если в инструкции клея указана необходимость его использования).

Подготовка поверхности

Обшивка потолка алькантарой возможна только после следующих действий:

Демонтаж потолка. Его нужно убрать из машинного салона. В хэтчбэке это выполнить легко, потому что есть дополнительная дверь. В седане, скорее всего, вам нужно будет снять пассажирское сидение спереди. Конечно, нужно снять все элементы (ручки, козырьки и т. п.).
Убрать весь старый материал с поверхности потолка, остатки клея и поролон, если он был. Снимать прежнее покрытие и чистить основание удобно жесткой губкой. Для удаления старого клей используется обезжириватель.
Отшлифовать абразивной шкуркой.

Теперь можно начинать обшивать потолок.

Перетяжка

Чтобы результат полностью удовлетворил вас, важно перетягивать потолок по всем правилам. Лучший вариант — доверить работу специалистам, которые в этом деле «собаку съели». Если такой возможности нет, то следуйте инструкции и всё получится.

Правила

Перед обшивкой сделайте точную выкройку потолка на бумаге. Учитывайте все загибы, оставив на них несколько см.
Нельзя допускать, чтобы алькантара на клею склеилась сторонами между собой. Если такое случилось, исправить положение не получится, кусок придется выбросить.
Перед обтяжкой потолка обработайте его поверхность праймером.

Инструкция

Процесс приклеивания материала лучше осуществлять с помощником. И не забудьте использовать перчатки.

Инструкция по перетяжке потолка автомобиля алькантарой своими руками:

Тонкую полосочку клея длиной 10 см нанести на потолочный центр.
Приложить центральную часть куска алькантары к этому месту и тщательно разгладить валиком.
Такие же полосочки клея делать через каждые 10–15 см, после чего хорошо натягивать и разглаживать алькантару. Именно это удобнее делать с помощником: один натягивает материал, а другой тщательно разглаживает его. Именно на этом этапе важно защитить руки перчатками, чтобы на ткани не осталось следов.

После приклеивания всего материала снова хорошо прокатайте его валиком. Можно просушить поверхность феном с помощью не горячей струи.

Хорошо проработайте изгибы и углубления, они должны быть приклеены очень качественно.

Тканевые края нужно завернуть и приклеить к тыльной потолочной стороне. Лишний материал обрежьте.

Ещё нужно аккуратно сделать дырочки под болты и другие элементы. Постарайтесь сделать это так, чтобы края ткани тоже можно было завернуть и приклеить сзади.

Только после высыхания клея (время смотрите в инструкции к клею) можно монтировать потолок в автомобиль.

Как ухаживать за потолком из алькантары

В уходе за потолком из алькантары нет никаких сложностей, тем более что это место пачкается не быстро и не много. Но, чтобы материал всегда радовал внешним видом, важно регулярно и правильно его обрабатывать:

Если появилось пятно, не трите его слишком активно. Паровые способы очистки тоже не рекомендуются.
В качестве ежедневной уборки можно ограничиться протиранием пыли с помощью сухой ткани или мягкой щетки. Можно использовать обычный пылесос.
Раз в неделю после протирания пыли можно: взять светлую хлопчатобумажную ткань, немного смочить её в воде и промокнуть потолок. Не используйте салфетки, которые могут выделить краску на материал.
Раз в год полезно чистить ткань с помощью средств, которые специально предназначены для алькантары. Также можно намоченной и тщательно отжатой губкой или мягкой тряпкой пройтись по потолку и оставить высыхать на ночь. После почистить поверхность щеткой с мягкой щетиной.

Теперь вы знаете, как сделать потолок в авто из алькантары. Мы уверены, что вы будете долго наслаждаться результатом. Главное — купить оригинальный материал и правильно использовать его.

Основы аэродинамики автомобилей, инструкции и советы по дизайну ~ БЕСПЛАТНО!

Принципы аэродинамики (продолжение)

Фронтальная зона

Коэффициент лобового сопротивления сам по себе полезен только для определения того, насколько автомобиль «скользкий». Чтобы понять полный аэродинамический эффект формы кузова транспортного средства, нам необходимо принять во внимание площадь его лобовой части. Фронтальная область определяет размер дыры, которую транспортное средство проделывает в воздухе, когда проезжает через нее.

На диаграмме FA1 ниже, седан делает гораздо меньшую дыру в воздухе, чем тягач с полуприцепом.

Схема FA1. Фронтальные площадки легкового и крупногабаритного грузовика. Минимизация площади лобовой поверхности в конструкции автомобиля важна и проще, чем уменьшение Cd, что почти всегда труднее.

Итак, комбинируя КД с Фронтальной областью, мы получаем фактическую величину сопротивления, создаваемого транспортным средством.

Подъемная / прижимная сила

Прижимная сила — это та же сила, что и подъемная сила, испытываемая крыльями самолета, только она действует так, чтобы давить вниз, а не поднимать вверх. Каждый объект, движущийся по воздуху, создает ситуацию либо подъемной, либо прижимной силы.Большинство гоночных автомобилей и некоторые дорожные автомобили используют аэродинамические устройства, такие как перевернутые крылья, которые заставляют автомобиль спускаться по дороге, увеличивая сцепление с дорогой. Однако средний уличный автомобиль имеет тенденцию создавать подъемник. Это связано с тем, что форма кузова автомобиля создает область низкого давления над собой.

Согласно принципу Бернулли, для данного объема воздуха, чем выше скорость движения молекул воздуха, тем ниже становится давление. Аналогично, для данного объема воздуха, чем ниже скорость молекул воздуха, тем выше становится давление.Это относится к воздуху, движущемуся по неподвижному телу, или к движущемуся транспортному средству, движущемуся по относительно неподвижному воздуху.

В разделе «Фронтальное давление» выше мы сказали, что давление воздуха было высоким, когда воздух врезался в переднюю решетку автомобиля. Происходит то, что воздух замедляется по мере приближения к передней части автомобиля, и в результате больше молекул упаковывается в меньшее пространство. Как только воздух застаивается в точке перед автомобилем, он ищет области с более низким давлением, такие как стороны, верх и низ автомобиля.

Диаграмма LD1 ниже демонстрирует этот эффект с помощью стрелок, указывающих скорость и плотность воздуха.

Схема LD1. Перетаскивание, подъем и прижимная сила от избыточного потока тела. Форма тела создает подъемную и прижимную силу воздушного потока. Перетаскивание накапливается, поскольку воздух течет от передней части к задней части автомобиля.

Когда воздух проходит через капот автомобиля, он теряет давление, но когда он достигает лобового стекла, он снова сталкивается с препятствием и на короткое время достигает более высокого давления.Область более низкого давления над капотом автомобиля создает небольшую подъемную силу, которая действует на область капота (что-то вроде попытки отсосать капот с автомобиля). Область повышенного давления перед лобовым стеклом создает прижимную силу. Это похоже на нажатие на лобовое стекло.

Проблема с большинством дорожных автомобилей связана с большой площадью поверхности на крыше автомобиля. Когда воздух с более высоким давлением перед ветровым стеклом перемещается по лобовому стеклу, он ускоряется, в результате чего давление падает.Это более низкое давление буквально поднимается над крышей автомобиля, когда над ней проходит воздух.

Что еще хуже, когда воздух попадает в заднее стекло, выемка, создаваемая окном, опускающимся в багажник, создает вакуум (или пространство низкого давления), которое воздух не может заполнить должным образом. Говорят, что поток отделяется, и возникающее в результате более низкое давление создает подъемную силу, которая затем действует на поверхность туловища. До использования аэродинамических устройств для уменьшения этих эффектов водители гоночных автомобилей чувствовали, что автомобиль становится «легким» сзади при движении на высоких скоростях.

Не следует забывать, что нижняя часть автомобиля также отвечает за создание подъемной или прижимной силы. Если передняя часть автомобиля ниже задней части, то передняя часть ограничивает поток воздуха под автомобилем, а увеличивающийся зазор между днищем и дорогой создает зону низкого давления. Если над автомобилем имеется нейтральное или более высокое давление воздуха, то мы получаем прижимную силу из-за разницы в давлении над и под автомобилем. См. Схему LD2 ниже:

Схема LD2.Прижимная сила от днища с граблями. Увеличивающийся зазор между днищем автомобиля и дорогой снижает давление воздуха под ним.

Итак, как вы можете видеть, воздушный поток над автомобилем заполнен областями высокого и низкого давления, сумма которых указывает на то, что кузов автомобиля естественным образом создает подъемную силу или прижимную силу.

Практические советы по аэродинамике (2/4)

Используйте спойлеры

Спойлеры широко используются на автомобилях типа седан, таких как серийные автомобили NASCAR. Эти аэродинамические вспомогательные средства создают прижимную силу, создавая «дамбу» на задней кромке ствола, повышая давление воздуха над стволом.Там, где есть выемка, оставленная задним стеклом, спойлер может помочь восстановить давление в пустоте за окном.

Используйте крылья

Крылья — это перевернутая версия того, что вы найдете в самолетах. Они работают очень эффективно и в менее агрессивных формах создают большую прижимную силу, чем сопротивление, поэтому их любят во многих гоночных кругах и строители дорогих автомобилей. Крылья лучше всего размещать в местах, где к ним хорошо проникает воздух. Размещение крыла за препятствием снижает прижимную силу, которую может создать крыло.

Использовать передние воздушные дамбы

Воздушные заслонки в передней части автомобиля ограничивают поток воздуха, достигающего днища автомобиля. Это создает зону пониженного давления под автомобилем, эффективно обеспечивая прижимную силу. Во многих случаях воздушная заслонка также снижает Cd транспортного средства.

Aerodynamic Lift — обзор

10.5.1 Подъемная сила

Как и многие другие аэродинамические явления, аэродинамические силы пантографа изменяются в квадрате относительной скорости ветра, действующей на пантограф, как показано для аэродинамической подъемной силы на рис. .10.11. Давно известно, что для большинства конструкций пантографов большая часть подъемной силы создается головкой пантографа (Peacock, 1967). Пимпуткар (1971) предполагает, основываясь на предыдущих исследованиях, проведенных во Франции, России и Великобритании, что 80% аэродинамической подъемной силы создается головой, и только 20% исходит от рамы.

Рисунок 10.11. Вариант аэродинамического поднятия однорычажного пантографа Schunk с относительной скоростью ветра.

Данные Carnevale et al. (2017). Авторское право Elsevier.

Идеальный пантограф будет иметь аэродинамический подъем, который будет нейтральным при увеличении скорости поезда, а также в каждом направлении движения, если пантограф асимметричный, как и пантограф с одной рукой. Исторически сложилось так, что было проведено большое количество исследований и измерений аэродинамической подъемной силы и влияния различных конструкций компонентов пантографа на подъемную силу. Одним из усложняющих факторов является то, что кажущиеся незначительными изменения конструкции могут существенно повлиять на подъемную силу. Например, на рис. 10.12 показана работа, проведенная во Франции в 1950-х годах и описанная в Pimputkar (1971), о влиянии конструктивных изменений держателей углеродных полос (показаны в поперечном сечении справа) на подъемную силу пантографа.

Рисунок 10.12. Относительное увеличение подъема пантографа для различных конструкций держателей углерода.

Данные из Пимпуткара (1971).

Другими аспектами, которые вызывают беспокойство при рассмотрении подъема пантографа, являются эффекты переменного угла рыскания, поскольку, очевидно, естественный ветер может действовать под любым углом к направлению пути, а также угол крена ветра, действующий на пантографы, что может происходить как в результате движения вагонов с пантографами поездов по наклонным путям и угловатости потока из-за крутых высоких насыпей.Последний вопрос, который влияет на подъемную силу, — это высота пантографа (поскольку составные части пантографа будут находиться под разными углами к начавшемуся относительному ветру), но это не было широко изучено в каких-либо деталях. Тем не менее, см. Coxon (1981) для подробностей некоторых натурных испытаний и Harrison (1988) для описания испытаний в аэродинамической трубе, исследующих этот аспект.

На рис. 10.13 показаны измерения в аэродинамической трубе изменения коэффициента аэродинамической подъемной силы (на основе площади 10 м ²) для результирующей воздушной скорости 30 м / с для однорычажного пантографа AMBR Faiveley, как сообщает Rigby. и Gawthorpe (1979).Измерения проводились для всего диапазона углов рыскания, при этом угол 0 градусов представляет поток вдоль продольной оси поезда с ведущим кулаком пантографа, а 180 градусов представляют поток вдоль продольной оси поезда с ведомым кулаком пантографа. Также были протестированы два угла крена: 0 градусов соответствует горизонтальному результирующему ветру, действующему на пантограф, и 25 градусов — экстремальному сочетанию наклонной дорожки и крутой насыпи. Можно отметить, что поведение подъемной силы совершенно различается в направлениях движения вперед и назад кулака, и что угол крена имеет сильное влияние, увеличивая значения подъемной силы.

Рисунок 10.13. Вариации коэффициента подъемной силы для одного пантографа AMBR при углах крена 0 и 25 градусов.

Данные Ригби и Гоуторпа (1979).

На рис. 10.14 показано изменение аэродинамической подъемной силы для пантографа AMBR как в переднем, так и в заднем направлениях кулака в зависимости от скорости поезда без бокового ветра. Хотя подъемы относительно небольшие, все же существует разница в подъеме в зависимости от направления пантографа, и можно видеть, что поведение сильно отличается от поведения пантографа Шунка, показанного на рис.10.11.

Рисунок 10.14. Изменение аэродинамической подъемной силы для пантографа AMBR.

Эти асимметрии в поведении аэродинамической подъемной силы, зависящие от направления движения пантографа и увеличивающиеся с увеличением скорости поезда и бокового ветра, привели к поиску того, какие компоненты пантографов влияют на подъемную силу и как, как показано на рис. 10.12, в частности, поиск, чтобы исправить асимметрию направленного подъема.

Во время разработки высокоскоростного пантографа British Rail / Brecknell-Willis в 1970-х и 1980-х годах была проделана большая работа по преодолению асимметричных аэродинамических характеристик подъемной силы.Коксон (1981) описывает хронологию развития этого пантографа и проведенных испытаний. Особый интерес вызывало использование аэродинамических крыльев, прикрепленных к апексной раме, чтобы попытаться сбалансировать значения аэродинамической подъемной силы в каждом направлении движения. Эти крылья до сих пор используются на пантографах Brecknell-Willis, как можно увидеть на рис. 10.15, где показан пантограф, установленный на класс 390. Для повышения их эффективности они оснащены концевыми пластинами, которые можно увидеть на рис. 10.15. А.

Рисунок 10.15. Виды пантографа класса 390 с аэродинамическими крыльями на вершине рамы.

(A) Вид спереди; (B) установлен на класс 390.

Используется с разрешения Brecknell-Willis.

Другие подходы, используемые для улучшения подъемных характеристик пантографа British Rail / Brecknell-Willis с использованием испытаний в аэродинамической трубе, описаны в Harrison (1988). Геометрические изменения включали обтекание различных частей рамы пантографа, изменение головки пантографа путем изменения расстояния между угольными полосами, изменение количества установленных угольных полос и заполнение пространства между полосами.Ожидалось, что эти изменения изменят аэродинамические характеристики пантографа, хотя было понятно, что некоторые из них не могут быть применены к служебному пантографу. Действительно, некоторые изменения ухудшили показатели подъема, но, тем не менее, указали на важные тенденции. Также была предпринята попытка улучшить характеристики пантографа, работающего на максимальной высоте троса, путем установки вспомогательного крыла, прикрепленного к верхнему рычагу пантографа. В целом, ни одна из модификаций не дала значительных улучшений подъемной силы во всем диапазоне возможных условий эксплуатации, хотя использование обтекателей и вспомогательного крыла показало некоторые перспективы.На рис. 10.16 показан пример влияния модификаций компонентов на аэродинамический подъем. (Горизонтальные линии показывают подъем в переднем и заднем положениях сустава для немодифицированного пантографа.)

Рис. 10.16. Влияние модификации элементов пантографа на аэродинамическую подъемную силу.

Данные Харрисона (1988).

Использование аэродинамических крыльев для регулировки характеристик асимметричной подъемной силы пантографа, однако, приводит к трудностям в обеспечении оптимального выбора угла аэродинамического профиля.Харрисон и Ригби (1990) описывают натурные испытания, проведенные на локомотивах классов 89, 90 и 91 (см. Рис. 10.9), с использованием метода привязной головки для измерения аэродинамической подъемной силы. Все локомотивы могли приводить в движение поезда с ведущим или ведомым кулаком пантографа. Класс 89 работал только в режиме буксировки, в то время как два других локомотива работали в режимах тяги и движения. Кроме того, у Class 91 обтекаемый и резкий конец. Для этого была проведена сложная серия испытаний, включающих настройку крыльев на 5, 10 и 15 градусов и испытания во всех возможных режимах работы.Можно видеть, что воздушный поток, приближающийся к пантографам во всех различных режимах, может быть изменен длиной цепи и вырезом пантографа выше по потоку. Результаты показали, что компромиссные оптимальные углы крыла были около 10, 8 и 10 градусов для локомотивов классов 89, 90 и 91 соответственно. При определенных комбинациях условий эксплуатации для этих вариантов могут быть превышены пределы подъема, и ни одна характеристика подъема не была нейтральной для поезда.

Другой подход к исправлению асимметрии подъемной силы одноручных пантографов был использован компанией Central Japan Railway Company при разработке поезда серии N700 Shinkansen, см. Nakamura et al.(2011). Серьезной проблемой для высокоскоростных японских поездов является аэроакустический шум, одним из значительных источников которого были пантографы. Предлагаемая шумоподавляющая конструкция пантографа N700, основанная на пантографе серии 700, включала обтекатель над нижним рычагом пантографа. Отдельный вклад головки пантографа, а также нижнего и верхнего рычагов пантографа был определен путем тестирования в аэродинамической трубе оригинального пантографа серии 700 и пантографа N700. Это показало, что подъемные силы на плечах пантографа серии 700 в целом компенсируют друг друга, оставляя только подъемную силу на головке.(Подъемные силы в корпусах ведущего и ведомого кулаков не были ни незначительными, ни равными, но предположительно находились в допустимых пределах.) Однако обтекатель нижнего рычага на пантографе N700 привел к значительному увеличению асимметрии подъемной силы в двух направлениях движения. Использование крыла на голове было исключено, так как это увеличило бы аэроакустический шум пантографа. Предлагаемое решение заключалось в увеличении угла наклона головки, что создавало силу сопротивления на голове с дополнительной составляющей подъемной силы.

В целом, эти исследования подъемной силы проводились в аэродинамических трубах или полномасштабных испытаниях, но в последнее время все чаще используются исследования CFD. Carnevale et al. (2016) и Carnevale et al. (2017) использовали CFD для исследования общего подъема пантографа и вкладов в подъем различных компонентов пантографа. Используя измерения подъема в аэродинамической трубе с помощью полномасштабного однорычажного пантографа Schunk, того же пантографа с ветрозащитным экраном вверх по потоку и пантографа с инструментальной головкой, они подтвердили свою модель CFD в направлениях переднего и заднего суставов.Используемый метод представлял собой RANS-моделирование с моделью k-ω SST для турбулентности, и область была разделена на 20 миллионов ячеек. Согласие между измерениями в аэродинамической трубе и прогнозами CFD в целом было превосходным. Полная модель CFD с использованием 40 миллионов ячеек была использована для сравнения с натурными трековыми измерениями подъема инструментального пантографа с головкой. Сравнение результатов измерений и прогнозов показало, что CFD работает хорошо. Наблюдались некоторые заметные различия между результатами в аэродинамической трубе и результатами испытаний рельсовых путей в поведении подъема в направлении поворота кулака, которое было приписано развитию пограничного слоя поезда и эффектам выемок на крыше выше по потоку.

Zhang et al. (2017) также использовали CFD для моделирования подъема на пантографах CX-PG модели поезда с восемью вагонами длиной 200 м в полном масштабе. Область состояла из 33 миллионов ячеек, и они также использовали моделирование RANS с моделью турбулентности k-ω SST. Моделирование проводилось для направления движения кулака вперед и назад с пантографом в передней и задней части второго и седьмого вагонов поезда. Неудивительно, что подъем пантографа значительно выше, когда пантограф находится ближе всего к передней части поезда.

При указании требуемых подъемных характеристик пантографов может показаться целесообразным рассмотреть возможность использования максимальной скорости поезда в сочетании с некоторым допуском для конкретной скорости встречного ветра. Однако, когда поезда входят в туннели, может возникнуть значительный обратный поток воздуха из туннеля к входному порталу из-за вытеснения воздуха поездом. Таким образом, вход поезда в туннель с высоким коэффициентом блокировки может быть наиболее подходящим сценарием для определения максимальной относительной скорости воздуха вдоль поезда.Хотя высокие подъемы могут быть вызваны боковым ветром, они, как правило, не учитываются в спецификациях пантографа. В будущем такие сценарии следует рассматривать в рамках оценки рисков, чтобы гарантировать, что высокие подъемы не произойдут с неприемлемой вероятностью.

Не утаскивайте меня: 10 автомобилей с превосходной аэродинамикой

Mercedes-Benz заявляет, что его будущий роскошный электромобиль EQS с коэффициентом лобового сопротивления 0,20 является самым аэродинамически эффективным серийным автомобилем в мире.Как вы скоро узнаете, это утверждение может быть сделано только в том случае, если оно сопровождается рядом предостережений, но оно имеет большие шансы превзойти продажи небольших автомобилей, чтобы удержать полный титул.

EQS (на фото ниже) будет флагманским электромобилем Mercedes, фактически электрическим эквивалентом S-класса, и даже будет производиться на том же заводе. Но он построен на специальной платформе, и без необходимости комплектовать трансмиссию внутреннего сгорания, компания нашла свободу максимизировать аэродинамику автомобиля — отсюда и заголовок.

Сколько стоит застраховать машину? Узнайте, выполнив четыре простых шага.

Получить расценки

История аэродинамических серийных автомобилей, тем не менее, увлекательна, и ниже мы исследовали десять моделей, создающих волну (или должна ли это быть минимальную волну?) В аэродинамическом прогрессе, и перечислили их коэффициент сопротивления (Cd).

1947 Saab 92-КД 0,30

Фото: Saab

Если вам когда-либо понадобились доказательства того, что ранние модели Saab строились по тому же принципу, что и самолеты компании, вам не нужно искать дальше самого первого серийного автомобиля компании, Saab 92 1949 года.

Имея коэффициент лобового сопротивления 0,30, его способность эффективно пробивать дыры в воздухе остается лучше, чем у некоторых современных серийных автомобилей. Его форма сочетает в себе элегантные идеалы обтекаемости 1940-х годов с практичными пропорциями, которые позволили его преемнику, 96, просуществовать вплоть до 1980 года.

Несмотря на то, что инженеры Saab не знакомы с технологиями, которые используют современные компании для повышения аэродинамической эффективности своих автомобилей, они явно извлекли из учебного пособия по воздухоплаванию пару уловок. Боковые поверхности 92 были штампованы из цельного куска листового металла, фары были на одном уровне с кузовом, а линия крыши имела характерные черты более поздних обвесов. Для 1940-х годов это было действительно замечательно.

1962 Альфа Ромео Джулия — КД 0,34

Фото: Stellantis

. Теоретически, самая аэродинамически эффективная форма автомобиля — это слеза.Гладкая форма сводит к минимуму сопротивление, а профиль, если он правильно настроен, удерживает воздушный поток, прикрепленный к поверхности, а не вырывается наружу и вызывает турбулентность.

Это немного непрактично, так как вам нужно было бы сделать каждую машину на несколько футов длиннее, чтобы закончить форму капли. Однако в 1930-х годах инженер по имени Вунибальд Камм, опираясь на работы нескольких других инженеров, продемонстрировал, что резкое отрезание хвоста может быть столь же эффективным, быстро прерывая воздушный поток и уменьшая возможность турбулентности.

Доказав свою эффективность в гонках, Alfa Romeo применила его и к автомобилям, включая седан Giulia 1962 года. На слезу он не был похож — на самом деле, он был на удивление квадратным. Но благодаря аэродинамической трубе, уменьшению лобового сопротивления из-за лишних деталей, тщательной формовке поверхностей, изогнутой кромке у основания ветрового стекла и, конечно же, «хвосту Камма», Giulia стала самым элегантным седаном в своем классе. эры, с Cd всего 0,34.

1970 Citroën GS — Cd 0.31

Фото: Citroën

Citroën GS 1970-х годов был еще одним сторонником хвоста Камма, но с почти десятилетним улучшением аэродинамики по сравнению с Giulia Alfa — и немалой долей индивидуализма Citroën — GS 1970 года был еще одной звездой аэродинамики с коэффициентом лобового сопротивления всего 0,31.

Citroën DS 1955 года был относительно гладким для своей эпохи — 0,36, но GS, предназначенный для установки ниже DS, был значительным достижением. Как и в случае с Giulia, ключевым моментом была простота: практически ничто не мешало потоку воздуха по бокам или над верхней частью автомобиля, в то время как пологая крыша и обрезанная хвостовая часть позволяли воздуху выходить наружу с максимальной эффективностью.

Конечно, у GS было много других уникальных характеристик, поэтому о его аэродинамической эффективности часто забывают. С четырехцилиндровым четырехцилиндровым двигателем с воздушным охлаждением, самовыравнивающейся гидропневматической подвеской и, вкратце, с роторным двигателем Ванкеля, его низкое лобовое сопротивление было почти второстепенным.

1982 Audi 100 — КД 0,30

Dynamic photo

Аэродинамические автомобили в прошлом были откровенно обтекаемыми, с сужающимися профилями и органично плавными изгибами, но Audi 100 третьего поколения 1982 года, как и ожидалось, использовала ингольштадтский подход к искусству скольжения в воздухе: наука.

На первый взгляд, 100 не выглядит особенно гладким, но по сравнению с предыдущими 100 было несколько очевидных отличий. Бамперы, молдинги кузова и оконные стекла теперь примыкали к кузову, уменьшая возможные области турбулентности. Дворники ветрового стекла были частично скрыты за задней кромкой капота, а базовые модели получили чистые планки колес заподлицо, чтобы минимизировать турбулентность.

Cd, равный 0,30, сегодня не выглядит впечатляющим — современный Audi A4 получает всего 0.23. Но по сравнению с другими большими семейными автомобилями он был на несколько шагов впереди. Ford Sierra, который сам по себе является большим улучшением по сравнению со старой Cortina, был всего 0,34. И подход Audi, согласно которому обычные автомобили могут быть такими же аэроэффективными, как и более явно обтекаемые модели, все еще используется с хорошими результатами сегодня.

1989 Opel / Vauxhall Calibra-Cd 0,26

Фото: Stellantis

. Opel и Vauxhall Calibra открыли новую тенденцию к более чистому стилю для 90-х годов, когда он дебютировал в 1989 году. Это был и остается довольно красивый автомобиль — с минимальным орнаментом, с хорошими пропорциями и как оказалось, действительно очень аэродинамичный.

Calibra — одна из тех машин, которые можно было догадаться об аэродинамических характеристиках, просто взглянув на нее. В профиль он низкий и гладкий, а его отверстия для решетки спереди кажутся не больше, чем это абсолютно необходимо, изгоняя тенденцию 80-х годов к плоским фасадам и решеткам, занимающим всю ширину между фарами автомобиля.

Его поверхности тоже были аккуратными (обратите внимание на гладкое стекло и дверные ручки) и обеспечили коэффициент лобового сопротивления всего 0,26. Некоторые современные купе сегодня едва ли превосходят этот показатель.Версии, ориентированные на производительность, были не такими уж скользкими, и основы Cavalier делали его средним в управлении, но Calibra всегда имела элегантный стиль на своей стороне.

1996 General Motors EV1 — КД 0,19

Фото: General Motors

Аккумуляторные технологии в середине 1990-х были не совсем на том уровне, который есть сегодня, поэтому ранним электромобилям приходилось много работать для своего диапазона. Или просто работайте с умом, как General Motors сделала с EV1 в 1996 году.

Как и в случае с Honda Insight, появившейся несколько лет спустя, у EV1 было всего два сиденья, что означало, что линию крыши можно было адаптировать, не уменьшая места для пассажиров.Электрическая трансмиссия означала отсутствие необходимости в создающих сопротивление воздуховодах охлаждения спереди, задние колеса были закрыты простынями, а хвост был резко обрезан в том же стиле Камма, что и у Alfa Giulia 1960-х годов.

Работавший сначала на свинцово-кислотных аккумуляторах, а затем на никель-металлгидридных элементах (что почти удвоило дальность действия до 105 миль), EV1 боролся бы за полезный диапазон, если бы не был самым аэродинамичным серийным автомобилем из когда-либо созданных. К сожалению, GM уничтожила проект в начале 2000-х — буквально, вернув арендованные автомобили и раздавив их.

1999 Honda Insight — КД 0,25

Фото: Honda

Первый гибрид Honda мог бы выглядеть хитрой копией EV1, если бы он не был эффективным переосмыслением CR-X, который впервые был выпущен в 1984 году. Четкие линии, линия крыши, идеально скошенная для обеспечения притока воздуха, и резкий разрез. Без хвостового оперения CR-X уже достиг Cd 0,32, но Insight продвинул его еще дальше.

Полтора десятилетия опыта в области аэродинамики сгладили самые очевидные поверхности Insight, но, помимо сужения профиля, Honda сузила Insight и в плане, его задняя гусеница на 110 мм уже, чем передняя.На задние колеса тоже были накладки, а большая часть нижней части была покрыта для минимального сопротивления.

Это позволило получить коэффициент лобового сопротивления значительно ниже, чем у любого автомобиля аналогичного размера, хотя Insight использовал это в своих интересах без необходимости (или места) для задних сидений. Обладая крошечной передней частью, аэродинамический обвес Insight сочетал в себе легкий вес (850 кг) и эффективную гибридную трансмиссию, что сделало его одним из самых экономичных автомобилей в мире.

1999 Audi A2 — КД 0,28

Фото: Audi

Если Insight показал, что возможно, доведя вещи до крайностей, Audi продемонстрировала, как и в случае с 100 в начале 1980-х годов, что с умным дизайном можно значительно снизить сопротивление даже при необходимости упаковать пассажиров. и багаж.

Стало банально называть Audi A2 «опередившим свое время», но на самом деле нет другого способа раскрутить его. Дебютировав в том же году, что и Insight, он тоже использовал алюминиевую конструкцию, но, в отличие от Honda, в нем было комфортное место для четырех человек. Он также предвосхитил нынешнюю тенденцию к премиум-классу — Audi уже давно является премиальным брендом, но, кроме Mercedes A-класса, немногие другие принесли высококачественное качество на нижний сегмент рынка.

Его аэродинамика сводилась к продуманному внешнему виду и продуманным деталям.Эта крайне важная сужающаяся линия крыши присутствовала и была правильной (с небольшим спойлером для уменьшения подъемной силы), в то время как передняя «решетка» была фактически гладкой панелью, которая также опускалась, чтобы позволить водителям долить масло и стеклоочиститель.

2013 Volkswagen XL1 — КД 0,19

Фото: Volkswagen

Ни один другой серийный автомобиль не пользовался таким целеустремленным вниманием к топливной экономичности, как Volkswagen XL1, выпущенный в 2013 году. Honda Insight приблизилась, но если Honda можно сравнить со спортивным автомобилем S2000, у него общий завод. XL1 предназначен для экономичных автомобилей, как Bugatti Veyron — для суперкаров.

Сюда входит цена, которая в Великобритании не превышала 100 000 фунтов стерлингов. Вы можете подумать, что это немного дорого для чего-то с двухцилиндровым дизельным двигателем объемом 800 куб.

Это делает его по сей день самым аэродинамичным серийным автомобилем из когда-либо созданных — если он не построен в тех же объемах, что и новый Mercedes EQS — и хотя его совокупный показатель экономии в 313 миль на галлон основан на его электрическом запасе хода в 31 милю, тестеры все же вернули цифры в высокие сотни в реальном вождении.

2021 Тесла Модель S — КД 0.208

Фото: Tesla Motors

Когда Model S дебютировала в 2012 году, она имела коэффициент лобового сопротивления 0,24. Совсем неплохо, потому что, хотя его значительные размеры означали большую лобовую площадь, низкое сопротивление фактически делало его более скользким, чем Toyota Prius в форме пилюли.

Но Tesla упорно работала на протяжении многих лет, и последняя итерация Model S, если верить веб-сайту компании, уступает только Volkswagen XL1, GM EV1 и новому Mercedes с точки зрения серийного автомобиля. тащить, тянуть.

Размер Tesla на самом деле играет здесь в пользу, потому что длинный корпус означает меньше компромиссов при сжатии пассажиров до максимально аэродинамической формы. Но Tesla остроумно поступила и в других областях, улучшив форму автомобиля и максимально используя преимущества таких вещей, как дверные ручки заподлицо и абсолютно ровный пол. Мы бы вложили деньги в то, что Tesla проведет еще несколько доработок, чтобы подорвать новый Mercedes.

Подробнее

Future Classic: Honda Insight
Super S-Class: Mercedes-Benz 450 SEL 6.9
11 альтернатив Jaguar E-type

Drag Queens: аэродинамика по сравнению с

Из выпуска за июнь 2014 г. Мягкое журчание воздуха, струящегося над вашей машиной, под ней и сквозь нее, противоречит отвратительным течениям ветра.

Даже если нет альтернативы движению в атмосфере Земли, мы, по крайней мере, можем бороться с сопротивлением ветру с помощью науки.Аэродинамика — изучение движения воздуха — может поднять нашу максимальную скорость, сократить расход топлива и, если мы будем в этом разбираться, удержать наши шины прилипшими к асфальту.

Задолго до того, как автомобильные инженеры начали беспокоиться об аэродинамике, пионеры авиации определили основные принципы сопротивления и подъемной силы. Вдохновленные птицами и дирижаблями, демоны ранней скорости также играли с обтекаемыми формами. Первым автомобилем, который разогнался до скорости 60 миль в час (в 1899 году), была электрическая торпеда на колесах, которую весело назвали «La Jamais Contente» («Неудовлетворенные»).Гонщики Гран-при взялись за дело в начале 1920-х годов; В следующем десятилетии Auto Union и Mercedes-Benz разогнались до 300 миль в час с обтекаемыми моделями, разработанными в немецких аэродинамических трубах. Спустя полвека после того, как Чак Йегер преодолел звуковой барьер в полете, Энди Грин на своем Thrust SSC проехал 763 миль в час по пустыне Блэк-Рок в Неваде.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Теперь наша очередь. Автомобиль и водитель собрал пять скользких автомобилей, чтобы изучить их характеристики сопротивления и подъемной силы в аэродинамической трубе, название и местонахождение которой мы поклялись не раскрывать.У нас были две цели: во-первых, изучить тонкости обдува автомобиля воздухом в испытательной камере; во-вторых, чтобы определить, какая марка лучше всех оптимизирует аэродинамические характеристики своего автомобиля.

Есть причины, по которым вы раньше не читали эту историю. Каждый крупный автопроизводитель владеет и эксплуатирует аэродинамическую трубу, но эти объекты работают круглосуточно, поскольку инженеры работают над тем, чтобы опережать быстро растущую тенденцию к увеличению пробега EPA. Другой проблемой, мешающей легкому доступу, является соперничество между компаниями.В то время как производители часто рекламируют скользкость своей продукции, сравнения с конкурирующими моделями случаются редко.

Ответственный эксперт на нашем подпольном испытательном полигоне объясняет: «Все аэродинамические трубы стремятся точно измерить аэродинамику, с которой автомобиль будет испытывать в реальном мире. Транспортное средство и туннель составляют систему со сложными взаимодействиями. В результате измерения сопротивления и подъемной силы конкретного транспортного средства могут отличаться от туннеля к туннелю.«

Группа транспортных средств может по-разному оцениваться в разных туннелях, — говорит он. Вот почему большинство производителей так мало верят в аэродинамические характеристики, измеряемые за пределами их собственных предприятий. Тестирование на выбеге, при котором регистрируется скорость автомобиля при его замедлении, часто рекламируется как лучший «реальный» способ измерения аэродинамических свойств автомобиля. «В принципе, это может быть правдой, но на практике трудно получить точные результаты, потому что на результаты влияют колебания ветра, температуры трансмиссии и качества шин.Прелесть аэродинамических труб в том, что они жестко контролируют переменные ».

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Нашим победителем здесь будет автомобиль с наименьшей площадью лобового сопротивления, которая является произведением площади лобовой части формы и ее коэффициента аэродинамического сопротивления и истинной мерой способности автомобиля противостоять ветру [см. «Немного многословный глоссарий» ниже] .На этом мы смиренно представляем наше первое в истории аэросравнение.

НЕКОТОРЫЙ ГЛОССАРИЙ С ДЛИННЫМ ОБРАТОМ

Аэродинамическая мощность в лошадиных силах: Мощность, необходимая для движения транспортного средства в атмосфере (не включая трансмиссию и потери при качении шин). Она увеличивается вместе с кубом скорости, так что аэродинамическая мощность на 100 миль в час в 2,9 раза превышает требуемую мощность на скорости 70 миль в час.

Площадь сопротивления: Произведение коэффициента лобового сопротивления и площади лобовой части является лучшим показателем аэродинамических характеристик любого автомобиля, поскольку оно прямо пропорционально горизонтальной силе, измеренной в аэродинамической трубе и испытанной на дороге.

Коэффициент сопротивления (CD): Безразмерный параметр, используемый для количественной оценки аэродинамической эффективности в горизонтальной плоскости (лобовое сопротивление).

Фронтальная область: Самый крупный горизонтальный вид автомобиля. Мы использовали 200-миллиметровый объектив камеры, расположенный в 150 футах от транспортного средства, чтобы сделать цифровую фотографию, которую мы проанализировали с помощью программного обеспечения Siemens Solid Edge CAD.

Лифт: Воздух, проходящий над автомобилем и под ним, а также через решетку, может уменьшить нагрузку на колеса и, в крайних случаях, ухудшить управляемость.Воздушные дамбы и интерцепторы — эффективные средства противодействия.

Сопротивление ветру (сопротивление): Сила, пропорциональная площади сопротивления, увеличивается пропорционально квадрату скорости автомобиля.

Streamlines: Операторы аэродинамической трубы добавляют небольшое количество дыма в воздушный поток, чтобы показать, как ветер движется вокруг, под или сквозь тестируемое транспортное средство.

Drag Area = 7,8 ft²
Leaf — самая квадратная форма, которую мы катили в аэродинамической трубе, и у него вторая по величине лобовая площадь в этом тесте — 24.5 квадратных футов. В сочетании с коэффициентом лобового сопротивления 0,32 это дает площадь лобового сопротивления 7,8 квадратных футов. Это разумная цифра для пятиместного универсала и всего на 30 процентов больше, чем у двухместной пулевидной модели Honda Insight 2001 года, которую мы привезли с собой и проверили для справки.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Фары с «глазками» гордо возвышаются над V-образным носом Leaf, чтобы отводить воздух от наружных зеркал, которые часто являются источником турбулентности, сопротивления и шума.Чтобы максимально увеличить пространство в кабине, боковые окна приподняты, а крыша плоская, как лист фанеры. Хвост этого люка больше похож на защищающую от ветра телефонную будку, чем на гладкую каплю дождя.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Нижняя часть кузова Leaf плоская и скользкая (что становится все более распространенным явлением в новых автомобилях), а полосы диффузора встроены в его заднюю панель. В чистом электромобиле нет необходимости в большом радиаторе, поэтому единственный воздух, попадающий в нижнюю решетку, — это охлаждение электрооборудования и вентиляция аккумулятора и салона.Воздух, проходящий через внутренние полости автомобиля, является основным источником сопротивления и подъемной силы.

Nissan инвестировал 5 миллиардов долларов в разработку первого серийного электромобиля, продаваемого по всей Америке. Если повезет, у котенка осталось несколько иен, чтобы снизить сопротивление в следующем поколении.

Площадь сопротивления = 7,0 фут²
CLA 250 имеет наименьшую площадь лобовой части в этом тесте. Измеренный нами коэффициент лобового сопротивления — 0,30 — выше, чем ожидалось для того, что Mercedes называет эталоном аэродинамики для серийных автомобилей.Но стоит отметить, что Mercedes не поддерживает специальные функции, такие как автоматические жалюзи решетки радиатора, на американских моделях. И хотя этот спортивный седан оснащен двигателем с турбонаддувом и автоматической коробкой передач, чтобы сохранять прохладу, его площадь лобового сопротивления в 7,0 квадратных футов конкурентоспособна с гибридами и электрикой.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Оба конца CLA агрессивно сужены, чтобы избежать ветра.Фары заворачиваются назад, как глаза королевы ботокса, слишком туго затянутой в хвост. Мини-спойлеры под автомобилем направляют воздух вокруг передних шин, а обтекатели сглаживают поток воздуха под двигателем и задней подвеской.

Крыша CLA жертвует некоторой задней высотой, но стоит отдать должное Mercedes за то, что он придал своей модели начального уровня аэродинамический дизайн, обеспечивающий высокую топливную экономичность.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Область перетаскивания = 6.7 футов²
Коэффициент аэродинамического сопротивления среднего блока Volt (0,28) и площадь лобовой части (23,7 квадратных фута) дают ему оценку площади лобового сопротивления, которая, в общем, соответствует среднему уровню. Традиционно выглядящая решетка этого подключаемого гибрида почти полностью заблокирована, чтобы отводить воздух сверху и по бокам. Это дает увеличение нагрузки на переднюю ось на 15 фунтов на скорости 70 миль в час, что способствует устойчивости на шоссе.

Передние фонари Volt простираются до колес, а от верхней части решетки до задней кромки люка есть лыжный магнат красивой формы, обеспечивающий плавный ход для скольжения.Боковые зеркала заднего вида, установленные на стойках, пропускают ветер. GM создал Volt так, чтобы воздушный поток оставался на боковых поверхностях как можно дольше, чтобы уменьшить турбулентность. Плоский удлинитель люка помогает стабилизировать след автомобиля.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Но даже если хвосты Prius и Volt выглядят примерно одинаково, мы измерили на 50 процентов больше подъемной силы сзади у Chevy. Снижение нагрузки на задние колеса Volt на 26 фунтов не вызывает беспокойства, но именно такая разница говорит вам, что вы должны доверять аэродинамической трубе, а не визуальной оценке формы любого автомобиля.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Площадь лобового сопротивления = 6,2 фута²
Многолетний представитель Toyota в области гибридных технологий занял второе место в нашем тестировании с аккуратной лобовой площадью 23,9 квадратных фута и чистым коэффициентом аэродинамического сопротивления 0,26. Подключаемые модули Prius, Prius C и Prius третьего поколения — самые эффективные гибриды на рынке, во многом потому, что они отдают ветру так мало энергии.Это дает 50 миль на галлон в комбинированном рейтинге экономии топлива EPA и всего 42 лошадиных силы (по сравнению с уже низкими 45 Volt), необходимыми для преодоления аэродинамического сопротивления на скорости 100 миль в час.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Верхняя поверхность этого автомобиля имитирует аэродинамический профиль — одну из самых эффективных форм для пробивания чистой дыры в атмосфере. Лобовое стекло сливается с крышей без дополнительных молдингов, препятствующих воздушному потоку.Зеркала в форме яйца хорошо отделены от почти плоских боковых поверхностей. Спицы колесных колпаков гладкие, чтобы свести к минимуму оттекание.

Круто наклоненный капот и контролируемый поток воздуха через двигатель / моторный отсек обеспечивают 4 фунта передней прижимной силы на скорости 70 миль в час. Задний подъемник составляет всего 17 фунтов.

Площадь сопротивления = 6,2 фута²
Предел победы Tesla над Prius кроется в погрешности, характерной для аэродинамических труб. S занимает наш верхний слот благодаря своим большим 25.2 квадратных фута и более низкий коэффициент лобового сопротивления 0,24, что дает такую же площадь лобового сопротивления 6,2 квадратных фута, как у Prius. Низкое лобовое сопротивление — более сложная задача с большей лобовой площадью, отсюда и общая победа Tesla. Будьте осторожны при проверке наших математических расчетов, потому что в конце вычислений измерения были округлены.

В Model S есть нечто большее, чем красивое лицо и гладкий внешний вид. Пневматическая подвеска снижает дорожный просвет на скоростях по шоссе (мы тестировали в нижнем положении). Контурный подбородок под решеткой помогает удерживать воздушный поток, проходящий под плоским днищем автомобиля.Внешние углы передней панели отклоняют воздух вокруг шин. Жалюзи закрывают три отверстия решетки до тех пор, пока внутренние теплообменники не потребуют воздушного потока. Спойлеры и ограждения отводят воздух от передних колесных арок, а выходящий воздух направляется под автомобиль, а не через колесные отверстия. Задний диффузор выравнивает поток, чтобы минимизировать подъемную силу и сопротивление, а сверху дополнительный спойлер из углеродного волокна уменьшает подъемную силу, не снижая сопротивления.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Аэродинамическая полировка Model S была получена в результате компьютерного моделирования, дополненного посещениями в аэродинамической трубе.Наши дорожные испытания Model S показали максимальную скорость 134 миль в час и реальный запас хода 211 миль. С более высокой передачей P85 Model S может разогнаться до 200 миль в час. Очевидно, что это аэродинамический электромобиль, заслуживающий пристального внимания мировых автопроизводителей. Это доказывает, что вы можете выглядеть гладко и одновременно.

Цена 90338 с Коэффициент сопротивления @


Автомобиль	2014 Chevrolet Volt	2014 Mercedes- Benz CLA250	2012 Nissan Leaf SL	2012 Tesla Model S P85		Toyota Prius	$ 34995	$ 30825	$ 38100	$ 93390	$ 29245
Цена протестировано	$ 35995	$ 35855	$ 38290	$ 100520	$ 33408
Размеры
Длина	177.1 дюйм	182,3 дюйма	175,0 дюйма	196,0 дюйма	176,4 дюйма
Ширина	70,4 дюйма	70,0 дюйма	69,7 дюйма	77,3 дюйма	9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 56,6 дюйма	56,6 дюйма	61,0 дюйма	56,5 дюйма	58,7 дюйма
Колесная база	105,7 дюйма	106.3 дюйма	106,3 дюйма	116,5 дюйма	106,3 дюйма
Вес	3766 фунтов	3374 фунта	3353 фунта	4785 фунтов	3180 фунтов
Трансмиссия	DOHC 1,4-литровый рядный 4 + электродвигатель переменного тока, вариатор	DOHC 2,0-литровый рядный 4-цилиндровый с турбонаддувом, 7-ступенчатая автоматическая коробка передач с двойным сцеплением	Электродвигатель переменного тока, одинарный скоростной привод	Электродвигатель переменного тока, односкоростной привод	DOHC 1.8-литровый рядный 4 + электродвигатель переменного тока, вариатор
Мощность л.с. при об / мин	84 при 4800 (двигатель)	208 при 5500	107 при 10000	416 при 8600	98 при 5200 (двигатель )
Крутящий момент LB-FT при об / мин	271 при 0 (двигатель)	258 при 1250	187 при 0	443 при 0	153 при 0 (двигатель)
Ведомые колеса передний	передний	передний	задний	передний

Производительность
Ускорение
6,3 с	10,2 с	4,6 с	10,0 с
-миля при MPH	16,7 с при 85	14,9 с при 95	17,7 с при 78	13339 104	17,6 с при 79
Максимальная скорость	101 миль / ч (ограничено губернатором )	133 миль / час (ограничено регулятором)	94 миль / час (ограничено регулятором)	134 миль / час (ограничено красной линией)	115 миль / час (ограниченное сопротивление)
Топливо
EPA City / Hwy	35/40 миль на галлон Результаты производительности от C / D , ноябрь 2011 г.	26/38 миль на галлон Результаты производительности для C / D , декабрь 2013 г.	126/101 миль на галлон Результаты производительности для C / D , март 2014 г.	88/90 миль на галлон Результаты производительности от C / D , январь 2013.	51/48 миль на галлон Результаты производительности по C / D , июль 2009 г.
C / D Результаты теста аэродинамической трубы
0.28	0,30	0,32	0,24	0,26
Фронтальная площадь	23,7 квадратных футов	23,2 квадратных футов	24,5 квадратных футов	квадратных 25,2
Площадь перетаскивания (фронтальная область CD X)	6,7 квадратных футов	7,0 квадратных футов	7,8 квадратных футов	6,2 квадратных футов	6.2 квадратных фута
Drag Force @ 70 миль в час	84 фунта	88 фунтов	97 фунтов	77 фунтов	78 фунтов
Aero Power	16 л.с.	18 л.с.	14 л.с.	14 л.с.
Aero Power @ 100 миль в час	45 л.с.	48 л.с. 42 л. миль / ч	26 фунтов	44 фунта	11 фунтов	17 фунтов	17 фунтов

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Аэродинамическая интеграция создает форму транспортного средства с отрицательным коэффициентом лобового сопротивления

Abstract

Отрицательные коэффициенты лобового сопротивления обычно связаны с судном, оснащенным парусом для извлечения энергии из ветра и продвижения транспортного средства вперед.Таким образом, представление о тяжелом транспортном средстве, то есть о грузовике-полуприцепе, которое создает отрицательное аэродинамическое сопротивление без паруса или каких-либо внешних приспособлений, может показаться неправдоподобным, особенно с учетом того факта, что эти транспортные средства имеют одни из самых высоких коэффициентов лобового сопротивления на дороге сегодня. . Однако, используя измерения в аэродинамической трубе и компьютерное моделирование гидродинамики, мы демонстрируем аэродинамически интегрированные формы транспортного средства, которые создают отрицательное сопротивление оси тела при боковом ветре в результате большого отрицательного лобового давления, которое эффективно «тянет» транспортное средство вперед против ветра. как парусник.В то время как отрицательное сопротивление оси корпуса существует только для углов рыскания ветра выше определенного аналитического порога, отрицательное лобовое давление существует при меньших углах рыскания и впоследствии приводит к коэффициентам сопротивления оси кузова, которые значительно меньше, чем у современных тяжелых транспортных средств. Применение этого аэродинамического явления в тяжелой автомобильной промышленности привело бы к значительному сокращению использования нефти на всей территории Соединенных Штатов.

В будущем сокращение использования нефти и выбросов углерода в значительной степени будет зависеть от повышения эффективности грузовых перевозок грузовыми автомобилями.В Соединенных Штатах в сфере внутренних грузовых перевозок преобладают тяжелые автомобили, то есть полугрузовики, на которые приходится примерно 81% от общего веса груза и почти 86% от общей стоимости грузовых перевозок (1). Хотя большегрузные автомобили составляют всего 4% всех дорожных транспортных средств, на них приходится более 20% всего расхода топлива, связанного с транспортом, и выбросов парниковых газов (1). Одним из основных источников неэффективности, способствующей низкой экономии топлива [∼6 миль на галлон или 2,6 км / л (2)] тяжелых транспортных средств, является их относительно большой коэффициент лобового сопротивления оси кузова CDb = Db / (1/2) ρV2A [CDb может быть больше 0.От 8 до 1,8 (3⇓⇓ – 6) по сравнению с 0,3 для седана (7) и 0,4 для внедорожника (8)], где сила сопротивления оси кузова, Db, определяется как Db = Dw⁡cos⁡ψ− Sw⁡sin⁡ψ, [1] где ρ — плотность воздуха, V — характерная скорость ветра, A — площадь лобовой проекции транспортного средства, Dw — сила сопротивления оси ветра, Sw — сторона оси ветра. силы, а ψ — угол рыскания транспортного средства относительно встречного ветра (рис. 1 A ). На скорости по шоссе (104,6 км / ч или 65 миль / ч) число Рейнольдса Re = ρVw / μ для тяжелого транспортного средства составляет около 5 × 106, и, как таковая, сила сопротивления в основном обусловлена давлением, а не вязким сдвигом. , на поверхности транспортного средства, где w — ширина транспортного средства, а μ — динамическая вязкость воздуха.Плохая аэродинамика способствует паразитным потерям не только для транспортного средства, движущегося прямо против ветра (ψ = 0 °), как в случае спокойной погоды, но также и для более распространенного сценария движения при боковом ветре. На средней высоте транспортного средства (2,1 м) средний боковой ветер по всей Северной Америке составляет около 11,3 км / ч (7 миль / ч) (3), что соответствует 1,4 ° ≤ | ψ | ≤6,1 ° при скорости шоссе и при условии, что боковой ветер приближается к транспортное средство с равной вероятностью с любого направления (9, 10). Недавние усилия были сосредоточены на снижении аэродинамического сопротивления тяжелых транспортных средств за счет установки нескольких устройств снижения сопротивления (11, 12).Например, пластины (13, 14) хвостовой части (BT) увеличивают давление на основание прицепа в условиях покоя и при боковом ветре, в то время как юбки прицепа (15), боковые стороны трактора и удлинители крыши (16), оба из которых стали широко использоваться в последние годы (17) работают за счет уменьшения количества бокового ветра, падающего на передние поверхности прицепа и колеса прицепа, соответственно (рис. 1 B ). Хотя эти простые устройства приводят к заметному снижению CDb (рис. 1 C ), более существенный выигрыш по своей сути ограничен довольно фиксированной формой современных тяжелых транспортных средств.Радикальное решение этого ограничения состоит в том, чтобы полностью изменить внешний вид тяжелого транспортного средства, чтобы он был аэродинамически интегрирован по всей его длине l плавно и непрерывно, а не за счет специального лоскутного одеяла из отдельных дополнительных устройств (рис. 1 В ). Следуя этому подходу здесь, было проведено исследование высокообтекаемых форм транспортных средств, которые не только значительно снижают аэродинамическое сопротивление, но также демонстрируют отрицательные значения CDb за пределами порогового угла рыскания.

Рис. 1.
( A ) Аэродинамические силы, действующие на тяжелый автомобиль, отклонившийся от курса относительно встречного ветра. ( B ) Методы снижения лобового сопротивления с использованием либо специальных дополнительных устройств, либо плавной аэродинамической интеграции и ( C ) соответствующего коэффициента лобового сопротивления оси тела, CDb, в зависимости от угла рыскания, ψ, где данные для 1/8 -масштабная типовая стандартная модель (GCM) современного тяжелого автомобиля взята из исх. 6. Красная штриховка от 1,4 ° ≤ | ψ | ≤6,1 ° — это диапазон углов рыскания ветра, обычно наблюдаемый для транспортного средства, движущегося со скоростью шоссе (104.6 км / ч или 65 миль / ч) (9). ( D ) GSF формы 1 и 2, где w = 0,324 м в масштабе 1/8. ★ обозначает каплевидный радиус кривизны.
Чтобы оценить характеристики таких форм транспортных средств, аэродинамические силы на двух типовых скоростных формах в масштабе 1/8 (GSF1 и GSF2; рис. 1 D ) были измерены в аэродинамической трубе с замкнутым контуром (см. Материалы и методы ). Хотя обе формы в значительной степени соответствуют общим пропорциям современного тяжелого транспортного средства, грузовой прицеп изменен, а днище, колеса, зазор между тягачом и прицепом и все внешние детали были полностью удалены, чтобы дать верхнюю границу повышения эффективности.GSF2 немного более обтекаемый, чем GSF1, благодаря большему радиусу передних углов (3), меньшим углам капота и лобового стекла, большему разрыву прицепа и более длинному BT. Во всем диапазоне углов рыскания, которые обычно наблюдаются при эксплуатации, это изменение внешней формы приводит к значительному снижению CDb по сравнению с тем, который имеет современный тяжелый автомобиль, оснащенный дополнительными устройствами (рис. 1 C ). С увеличением углов рыскания это преимущество продолжает увеличиваться, о чем свидетельствует уменьшение значений CDb.Это указывает на то, что геометрия пассивно извлекает энергию из набегающего потока, чтобы противодействовать силе сопротивления оси тела, которая в противном случае увеличилась бы с ψ. Когда | ψ |> 18 ° [угол, который, вероятно, может быть встречен в более ветреных штатах, таких как Вайоминг, при движении на скорости шоссе в пределах 32 км / ч (20 миль / ч) при боковом ветре (18)], ось тела сила сопротивления полностью нейтрализуется, и CDb становится отрицательным для GSF2. Впоследствии транспортное средство «тянется» вперед против ветра, как парусник.Это выгодное, противоречащее интуиции поведение обтекаемого тела ранее было продемонстрировано на усеченном аэродинамическом профиле с очень низким соотношением сторон (w / l = 0,37) в плане для | ψ |> 24 ° и связано с большими отрицательными давлениями, возникающими на передней подветренной стороне. (19). Однако, когда эта концепция была применена к передней части тяжелого транспортного средства с обычным прицепом, CDb оставалось больше нуля для всех измеренных углов рыскания до 55 °, хотя наблюдалось заметное снижение CDb. Точно так же Купер (20) исследовал тяжелый автомобиль, который был обтекаемым грубо, кусочно, и, хотя CDb уменьшался с увеличением ψ, отрицательные значения CDb не измерялись.
Простой критерий для определения того, когда C _Db меньше нуля, может быть получен из уравнения. 1 , чтобы получить | CDw / CSw | A ). График этого критерия вместе с измерениями | CDw / CSw | (Рис. 2 A ), подчеркивает возможность извлечения еще большего количества энергии из набегающего потока за счет дальнейшего уменьшения значений | CDw / CSw |.Хотя этого легко достичь путем установки паруса (21) или вертикальных стабилизаторов (22), как в случае с ветровыми транспортными средствами, более практичным подходом для тяжелых транспортных средств является дополнительное лобовое обтекание. Вычислительная гидродинамика (CFD) моделирования (см. Материалы и методы ) полученной формы GSF3, которая имеет более длинный нос с большими радиусами углов (Рис. 2 B ), чем у GSF2, демонстрирует более широкий диапазон ψ в which C _Db меньше нуля из-за большой области отрицательных давлений, создаваемых на передней подветренной стороне (рис.2 С ). Специальные модификации формы, использованные для создания формы GSF3, ни в коем случае не оптимальны как с аэродинамической, так и с эксплуатационной точки зрения. Хотя снижение сопротивления происходит за счет дополнительной обтекаемости передней части, особое внимание следует уделять всей форме. В последующих конструкциях следует использовать методы оптимизации аэродинамической формы для сохранения полезного объема груза в пределах аэродинамически интегрированной формы при минимизации значения CDb и устранении любых возможных воздействий на устойчивость транспортного средства при боковом ветре.
Рис. 2.
( A ) Отношение коэффициентов сопротивления оси ветра и боковой силы в зависимости от угла рыскания ψ. Красная штриховка от 1,4 ° ≤ | ψ | ≤6,1 ° — это типичный диапазон углов рыскания ветра, наблюдаемый для транспортного средства, движущегося со скоростью по шоссе (104,6 км / ч или 65 миль / ч) (9). Серым цветом обозначен режим, в котором коэффициент сопротивления оси тела, CDb, меньше нуля, то есть, где | CDw / CSw | B ) Виды GSF3. ( C ) Коэффициент давления, Cp = Δp / (1/2) ρV2, на передней части GSF3, рассчитанный на основе моделирования CFD, где Δp — это перепад давления относительно атмосферного давления.Белые контурные линии предназначены для Cp = −1, −1,5 и −2.
Будущее применение плавной аэродинамической интеграции может оказать фундаментальное влияние на сектор грузовых автомобилей, который в 2017 году потребил более 30 миллиардов галлонов дизельного топлива (2). Учитывая оценку (17), согласно которой снижение CDb на каждый 1% приводит к снижению расхода топлива тяжелым транспортным средством на скоростях шоссе на 0,45%, значения CDb, представленные в этом исследовании, подчеркивают потенциал для значительного снижения потребления бензина. и выбросы углерода по всей территории Соединенных Штатов.
Материалы и методы
Исследование аэродинамической трубы.
Измерения в аэродинамической трубе проводились в аэродинамической трубе NASA Ames 7 × 10, которая имеет коэффициент сжатия 14: 1, размер испытательной секции 2,134 м × 3,048 м и интенсивность турбулентности набегающего потока 0,25%. Аэродинамическая труба работает при номинальном динамическом давлении 3100 Па, которое измеряется с помощью кольца давления перед испытательной секцией туннеля. Поскольку в аэродинамической трубе Re (1,63 × 106) примерно на 31% больше, чем у тяжелого транспортного средства, работающего в условиях шоссе, измерения проводятся в диапазоне Re, чтобы гарантировать независимость числа Рейнольдса, что также было показано для исследуемой аналогичной модели тяжелого транспортного средства. в этой аэродинамической трубе того же масштаба и числа Рейнольдса (23).Модели GSF состоят из алюминиевого, стального и деревянного каркаса, к которому прикреплен пенопласт, и слоя лепной глины, которую можно легко изменить во время испытаний. Каждая модель GSF установлена на внешних шестикомпонентных весах на высоте примерно 0,02 м над полом стационарной аэродинамической трубы. Это смещение по высоте равно номинальной толщине смещения пограничного слоя на дне туннеля по длине транспортного средства, подход, который был предложен для обеспечения правильного, эффективного зазора под кузовом над неподвижной поверхностью земли (24, 25).Было показано, что отсутствие более реалистичной движущейся плоскости земли под моделями тяжелых транспортных средств оказывает лишь небольшое влияние (∼1%) на результаты измерений коэффициента сопротивления (26). Модели отклоняются относительно набегающего потока поворотной платформой, которая может поворачиваться с точностью до ± 0,1 °. Погрешность измерения рассчитанных силовых коэффициентов составляет ± 0,03. Для каждой точки данных, собранных во время экспериментального прогона, сигналы баланса сил отбираются в течение 30 с (816 моделей длины).
Вычислительные исследования.
Поле потока вокруг GSF3 находится путем решения усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса (27) с помощью CFD-кода конечного объема (Star-CCM +, Siemens). Турбулентные величины рассчитываются с использованием модели турбулентности kω-SST (перенос сдвигового напряжения) с моделью обработки стенок all-y + (28). Основные уравнения решаются на неструктурированной сетке с гексаэдрическими ячейками, которая включает декартову сетку ядра и несколько слоев гексаэдрических призматических ячеек, выдавленных из стенок. Между этими двумя сетками находятся переходные многогранные ячейки.Толщина ячейки пристеночного призматического слоя выбирается такой, чтобы значения y + были в среднем равны 50 по поверхности GSF3. Геометрия GSF3 получается путем трехмерного сканирования поверхности GSF2 и оптимизации фронтальной области (более длинный передний нос и большие радиусы углов; Рис. 2 B ) с помощью программного пакета CAD (Rhino 3D, Robert McNeel & Товарищи). Модель GSF3 масштабируется до полного размера, то есть w = 2,592 м, и моделирование проводится для ψ в диапазоне от 0 ° до 25 °.Чтобы лучше воспроизвести реальные условия эксплуатации, скорость на входе в расчетную область (размер 380 × 150 × 620 Вт) выбирается так, чтобы скорость набегающего потока в направлении оси корпуса составляла 104,6 км / ч (65 миль / ч) для каждого ψ , а граничное условие скорости движения грунта установлено на 104,6 км / ч (65 миль / ч) в направлении оси тела. Граничное условие скорости скольжения задается стенкам расчетной области, а вычисленные переменные экстраполируются на выходе в расчетную область.Граничное условие скорости прилипания применяется к поверхности GSF3. Номинальное пространственное разрешение относительно GSF3 приводит к размерам ячеек приблизительно 200 × 106 ячеек. Чтобы продемонстрировать, что поля потока адекватно разрешаются на этом уровне разрешения, решение для GSF3 при ψ = 4 °, например, вычисляется на четырех ячейках с размерами 6 × 106, 30 × 106, 172 × 106 ( номинальный) и 300 × 106 ячеек. Поскольку коэффициенты сопротивления оси тела и боковой силы демонстрируют тенденцию к монотонной сходимости сетки и индексы сходимости сетки GCInominal = 6 × 10−3 и 2 × 10−4 соответственно, был сделан вывод, что номинальное пространственное разрешение является адекватным для настоящего времени. исследование, где для коэффициента безопасности Fs выбрано консервативное значение, равное трем (29).Впоследствии моделирование выполняется на 400 ядрах (Intel Xeon E5-2670, 2,6 ГГц).
Доступность данных
Все данные исследования включены в основной текст.
Благодарности
Мы благодарим Л. Слезака из Программы транспортных технологий Министерства энергетики (DOE) и Д. Андерсона из Программы по энергоэффективным системам мобильности Министерства энергетики за их исследовательскую поддержку и финансирование; и К. Члапински и К. Тиммерман из Navistar, Inc. и Б. Портер, Н. Голд, а также технический персонал Исследовательского центра НАСА Эймса за их помощь во время процедуры испытаний.Эта работа (LLNL-JRNL-821128) была выполнена под эгидой Министерства энергетики США Ливерморской национальной лабораторией по контракту DE-AC52-07NA27344.
Сноски
K.S. и J.M.O. разработал исследование, провел исследования, проанализировал данные и написал статью.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.
Авторские права © 2021 Автор (ы). Опубликовано PNAS.
Сопротивление воздуха: невидимый враг в дизайне транспортных средств
Конструкторы транспортных средств, независимо от того, специализируются ли они на гоночных автомобилях, грузовиках, обычных транспортных средствах или даже мотоциклах, должны каждый день сражаться с невидимым врагом — сопротивлением воздуха.Проще говоря, когда тело движется, воздух вокруг него создает сопротивление в направлении, противоположном движению. Что касается транспортных средств, сопротивление воздуха влияет на комфорт пассажиров, расход топлива, устойчивость и многие другие факторы производительности.
Сопротивление воздуха
Измерение сопротивления воздуха
Источник: TheOtherJesse, Wikimedia Commons Ниже приведено уравнение сопротивления, которое представляет силу сопротивления, испытываемую телом при движении через воздух (или любую другую жидкость).Он состоит из плотности жидкости (которую мы не можем изменить), контрольной площади (лобовая область в случае автомобилей или мотоциклов), коэффициента лобового сопротивления (определяемого формой тела) и скорости потока ( относительно объекта)
Уравнение показывает, что единственные параметры, которые может изменять дизайнер, — это опорная область объекта и коэффициент сопротивления. Для автомобилей и многих других объектов эталонной областью является проецируемая фронтальная область транспортного средства.
Коэффициент лобового сопротивления находится в диапазоне от 0, а более низкий коэффициент лобового сопротивления указывает на то, что транспортное средство будет менее воздухонепроницаемым, что снижает коэффициент лобового сопротивления и улучшает характеристики транспортного средства в части скорости и топливной экономичности. Это два значения, на которые необходимо обратить внимание, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление транспортного средства.
Генеральный директор SimScale Дэвид Хейни тестирует возможности облачного моделирования для решения инженерных задач.Заполните форму и посмотрите эту бесплатную запись вебинара, чтобы узнать больше!
Конструкция с воздушным сопротивлением
Эволюция упрощенной конструкции автомобиля Геометрия автомобилей в зависимости от сопротивления воздуха (Источник: By Eshaan 1992, из Wikimedia Commons)
Несколько десятилетий назад, когда никто не изучал аэродинамику транспортных средств, их конструкции, как правило, были довольно «квадратными» с угловатыми формами. С тех пор многое изменилось: производители автомобилей неуклонно улучшали аэродинамику, стремясь сделать каждую новую модель более гладкой и «скользкой», чем предыдущая, позволяя воздуху легко обтекать ее с наименьшим возможным сопротивлением.
Современные методы проектирования автомобилей, которые помогают снизить сопротивление воздуха, включают, помимо гладкости общей формы автомобиля, врезку дворников и дверных ручек, оптимизацию наружных зеркал, устранение выступов по краям крыши и многое другое — все которые помогают уменьшить лобовое сопротивление и предотвратить потерю эффективности.
Аэродинамические трубы и воздушное сопротивление
Внедрение аэродинамических труб в конструкцию транспортных средств
Однако это все еще относительно недавние разработки.До 1980-х годов обтекаемая конструкция автомобилей была ограничена гоночными и высококлассными спортивными автомобилями, пока не были введены испытания в аэродинамической трубе, которые привели к появлению на рынке аэродинамически оптимизированных потребительских автомобилей. Вскоре аэродинамические трубы стали одним из важнейших инструментов улучшения аэродинамики транспортных средств.
В аэродинамической трубе прототип транспортного средства фиксируется на месте, когда на него направляется поток воздуха, чтобы имитировать воздушный поток, с которым транспортное средство столкнется при движении по реальной дороге.Затем измеряется величина создаваемого сопротивления для оценки коэффициента сопротивления и оценки общих аэродинамических характеристик транспортного средства.
Улучшение сопротивления воздуха
Улучшение аэродинамики конструкции автомобиля с помощью моделирования Аэродинамический анализ автомобиля Perrinn F1 с помощью SimScale
Физические аэродинамические трубы были отраслевым стандартом для производителей и конструкторов автомобилей до внедрения моделирования потоков жидкости с помощью виртуальных аэродинамических труб. Помимо высоких затрат на первоначальную настройку, физические испытания в аэродинамической трубе отнимают много времени и могут значительно увеличить цикл разработки продукта.С другой стороны, инструменты вычислительной гидродинамики (CFD) значительно более эффективны, они в значительной степени сокращают затраты и время на проектирование, позволяя инженерам тестировать свои проекты в гораздо большем разнообразии рабочих условий.
Чтобы проиллюстрировать применение испытаний в виртуальной аэродинамической трубе во внешнем аэродинамическом анализе транспортных средств, мы выбрали несколько проектов моделирования из библиотеки публичных проектов SimScale. Наши инженеры-симуляторы вместе с нашим активным сообществом пользователей выполнили множество симуляций аэродинамики транспортных средств, включая грузовики, спортивные автомобили, футуристические автомобили, автомобили F1, гоночные автомобили FSAE, LMP1, а также самолеты, гоночные бобслеи и другие разные проекты. .

В автомобильной промышленности наиболее целенаправленное применение оптимизации аэродинамики автомобилей можно найти в Формуле 1. С конца 60-х инженеры F1 работали над аэродинамикой своих автомобилей с двойной целью: минимизировать аэродинамическое сопротивление и максимизировать прижимную силу. . Для достижения обеих целей инженеры создали множество разных и экстравагантных решений. Например, конструкция Brabham BT46B, которая создавала высокий уровень прижимной силы с помощью вентилятора, не только увеличивала охлаждение, но и удаляла воздух из-под автомобиля.
Сопротивление воздуху
Вывод
Минимизация сопротивления воздуха и оптимизация аэродинамических характеристик остается одной из ключевых задач для конструкторов автомобильной промышленности. Это больше не является исключительной прерогативой инженеров гоночных автомобилей и оказывает реальное ощутимое влияние на различные аспекты характеристик автомобилей потребительского класса, включая расход топлива, комфорт пассажиров и многое другое. Однако нельзя отрицать, что появление инструментов виртуального прототипирования и моделирования сделало решение этой проблемы намного проще, чем раньше.Если вы хотите узнать больше о том, как минимизировать сопротивление воздуха с помощью инженерного моделирования, запустите бесплатную пробную версию SimScale и используйте функциональные возможности платформы CFD для оптимизации ваших собственных проектов.
Чтобы узнать, как использовать SimScale, посмотрите веб-семинар «Как оптимизировать гоночные автомобили с помощью облачных вычислений CFD», проведенный в партнерстве с журналом Racecar Engineering. Просто заполните эту короткую форму, и она начнется автоматически.
Снижение лобового сопротивления легкового автомобиля с помощью дополнительных устройств
В этой работе предлагается эффективная численная модель с использованием вычислительной гидродинамики (CFD) для получения структуры потока вокруг легкового автомобиля с различными дополнительными устройствами.Вычислительная / численная модель легкового автомобиля и сетка была построена с использованием ANSYS Fluent, который является решателем CFD и используется в настоящей работе. В этом исследовании выполняются численные итерации, а затем визуализируются аэродинамические данные и подробная сложная структура потока. В настоящей работе с помощью SolidWorks была разработана модель типового легкового автомобиля, сгенерирована аэродинамическая труба и применены граничные условия на платформе рабочего места ANSYS, а затем были проведены испытания и моделирование для оценки коэффициента лобового сопротивления легкового автомобиля.В другом случае аэродинамика наиболее подходящей конструкции вихревого генератора, спойлера, хвостовых пластин и спойлера с VG вводится и анализируется для оценки коэффициента лобового сопротивления легкового автомобиля. Добавление этих дополнительных устройств снижает коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы при встречном ветре. Закругление краев частично снижает сопротивление лобовому ветру, но не приводит к значительным улучшениям аэродинамической эффективности легкового автомобиля с дополнительными устройствами, и это может быть получено.Следовательно, сила сопротивления может быть уменьшена за счет использования дополнительных устройств на транспортном средстве и экономии топлива, может быть улучшена устойчивость легкового автомобиля.
1. Введение
Несколько лет назад, когда топливный кризис не был проблемой, автомобили в основном проектировались с учетом высокой маневренности, комфорта и безопасности. Однако с 2002 года, в связи с недавним влиянием роста цен на топливо, снижение продаж автомобилей нанесло ущерб отрасли во всем мире. Сразу после этого возникло множество вопросов о влиянии дефицита нефти на будущее этой отрасли.Безусловно, было предложено множество решений, и теперь многие решения, которые когда-то считались недопустимыми, были серьезно рассмотрены. Помимо разработки электромобилей и топливных элементов, другие предлагаемые подходы включают интеграцию систем кондиционирования воздуха с электронными устройствами для снижения энергопотребления, реконструкцию рам и кузовов автомобилей для уменьшения общего веса и модификацию кузовов автомобилей для улучшения общие аэродинамические характеристики для улучшения крейсерских условий, надежности навигации и снижения энергопотребления.Эти улучшения также косвенно связаны с окружающей средой и шумовым загрязнением.
При проектировании автомобиля необходимо серьезно учитывать аэродинамику. Как правило, конструкция автомобиля может быть приемлемой только в том случае, если сопротивление его формы снижено до заданного целевого значения. Многие исследователи использовали методы CFD [1–4] для численного моделирования, связанного с аэродинамикой автомобилей.
Настоящее исследование представляет процесс разработки аэродинамической голографии внешнего корпуса транспортного средства.Было выполнено несколько численных расчетов для анализа поля давления, векторного поля скорости и прогноза аэродинамической силы, относящегося к легковому автомобилю. Затем была исследована устойчивость аэродинамических сил, вызванных воздушным потоком над автомобилем. После этого была тщательно оценена установка дополнительных устройств, снижающих аэродинамическое сопротивление. С помощью Fluent [5, 6] в этой работе использовалась модель турбулентности ɛ в установившемся потоке для вычисления поля потока вокруг автомобиля и его дополнительных устройств.
На самом деле, модель турбулентности Â используется очень редко в итерационно-зависимой задаче [7]. Однако цель данной работы — продемонстрировать возможность интеграции этого очень необычного подхода (т. Е. Использования модели турбулентности — ɛ ) в этом типе вычислительной модели. За относительно короткий промежуток времени этот вычислительный процесс позволил с высокой точностью оценить аэродинамику автомобиля. Это предоставит группам автомобильных исследований и разработок альтернативный подход к выполнению анализа CAE.
В целом критерии проектирования дополнительных устройств ограничиваются только аэродинамическими соображениями. Водители автомобилей обычно устанавливают дополнительные устройства, которые успешно снижают подъемную силу и улучшают сцепление с дорогой, обеспечивая маневренность и устойчивость. Однако аэродинамические характеристики дополнительных устройств могут сильно ухудшиться. По этой причине данная работа нацелена на разработчиков автомобильных дополнительных устройств, чтобы предоставить новый инструмент или идею для процесса проектирования дополнительных устройств. В следующих разделах методология будет подробно представлена.
2. Методология
В этой работе в первую очередь готовится общая модель легкового автомобиля в программном обеспечении Solidworks, и эта универсальная модель импортируется в ANSYS Fluent для моделирования коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы. в аэродинамической трубе, которая создается в модуле проектирования ANSYS Fluent. После этого на поверхности легкового автомобиля создается сетка.
Аэродинамическая оценка воздушного потока над объектом может быть выполнена аналитическим методом или методом CFD.С одной стороны, аналитический метод решения воздушного потока над объектом может быть использован только для простых потоков над простой геометрией, таких как ламинарный поток над плоской пластиной. Если воздушный поток становится сложным, как при обтекании обтекаемого тела, поток становится турбулентным, и невозможно решить уравнения Навье-Стокса и неразрывности аналитически. С другой стороны, получить прямое численное решение уравнения Навье-Сток пока невозможно даже на современных компьютерах. Чтобы найти разумное решение, используется усредненное по времени уравнение Навье-Стокса (уравнения Рейнольдса, усредненные уравнения Навье-Стокса (RANS)) вместе с турбулентными моделями для решения проблемы, связанной с напряжением Рейнольдса, возникающим в результате процесса усреднения по времени.
В настоящей работе выбрана модель турбулентности — ɛ с функцией неравновесной стенки для анализа потока над типовой моделью легкового автомобиля. Эта модель турбулентности ɛ очень устойчива, имеет разумное время выполнения вычислений и широко используется в автомобильной промышленности.
3. Экспериментальная установка
На рисунке 1 показана экспериментальная установка в аэродинамической трубе, в которой мы провели эксперимент на игрушечной машине, чтобы определить коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы.

Технические характеристики аэродинамической трубы приведены в таблице 1.
Тип Аэродинамическая труба открытого типа
Испытательная секция 150 × 150 × 750 мм 150 × 150 × 750 мм
Воздуходувка Совместимая мощность
Двигатель Электродвигатель переменного тока 3HP марки Crompton с приводом переменного тока Модель ABB
Регулятор скорости Для переменного высева
Скорость воздуха Максимум 30 м / с (в тестовой секции)
Цифровой индикатор силы Подъемная сила до 11 кг, сила лобового сопротивления до 11 кг
Множественные манометры 13 трубок из ПВХ, наклон 0–40 ° с вертикальной осью
U Трубчатый манометр Длина 1 м
Наклонный манометр 300 мм
Статическая трубка Пито Для измерения скорости
Трубка Микро-Пито Для экспериментов с пограничным слоем
4.Экспериментальный анализ
Значения для игрушечного автомобиля см. В таблице 2.
Игрушечная машинка
Конфигурации Коэффициент сопротивления () Коэффициент подъемной силы ()
0,3497 0,2289
После эксперимента мы получили коэффициент лобового сопротивления (), равный 0,3497, и коэффициент подъемной силы (), равный 0.2289.
5. Шаги для моделирования
(i) Выберите модели транспортного средства, на которых будут использоваться дополнительные устройства. (Ii) Формирование базовой модели: спроектируйте модель в твердом состоянии с соответствующими размерами и параметрами. (iii) Базовый метод и настройка CFD для легковых автомобилей: примените граничные условия. (iv) Создайте аэродинамическую трубу для моделирования. (v) Смоделируйте и протестируйте базовый легковой автомобиль на коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы. (vi) Смоделируйте и протестируйте легковой автомобиль с вихревыми генераторами коэффициента аэродинамического сопротивления и подъемной силы.(vii) Смоделируйте и протестируйте легковой автомобиль со спойлером на коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы. (viii) Смоделируйте и протестируйте легковой автомобиль с задними пластинами на коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы. (ix) Смоделируйте и протестируйте легковой автомобиль со спойлером и вихревым движением. генераторы вместе для коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы. (x) Влияние дополнительного устройства на экономию топлива легкового автомобиля.
6. Формирование базовой модели
Базовая модель типового легкового автомобиля спроектирована в твердом состоянии.На рисунке 2 показан типовой легковой автомобиль, использованный в настоящем моделировании CFD. Полноразмерный типовой легковой автомобиль имеет длину 375 мм, ширину 80 мм и высоту 60 мм. После этого эта модель была проанализирована на коэффициент лобового сопротивления и силы в модуле ANSYS (Fluent), а также на значения коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы.

Поверхностная сетка типового легкового автомобиля показана на рисунке 3. На ее поверхности создается сетка типа тетраэдр. На поверхности транспортного средства создается поверхностная сетка размером 1,5 мм (рис. 4).

7. Базовый метод CFD на легковой автомобиль и его установка
Моделирование CFD Янга и Халиги [8] воспроизводится в настоящем моделировании. Таблицы 3, 4, 5 и 6 показывают настройку решателя, вязкую модель и настройки модели турбулентности, настройки граничных условий и элементы управления решением для текущего моделирования, соответственно. Предположения, сделанные в настоящем моделировании, включают установившееся состояние воздушного потока с постоянной скоростью на входе и с нулевым углом рыскания, постоянным давлением на выходе, граничными условиями отсутствия проскальзывания стенки на поверхностях транспортного средства и граничным условием невязкой стенки потока на верхней части, боковых стенках и наземная поверхность виртуальной аэродинамической трубы (рисунки 7, 9, 10 и 11).
14 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 Пористая скорость
Моделирование CFD 3D dp (3D двойная точность)
Solver
Solver
Fluent 9033 Состав Неявный
Время Устойчивый
Формулировка скорости Абсолютная
Вариант градиента На основе ячеек
Модель турбулентности — (2 eqn)
— модель Standard
9109
co nditions Окружающая среда
22 м / с (постоянная) метод
Граничные условия
Граничные условия
9121
Метод определения турбулентности Коэффициент интенсивности и вязкости
Интенсивность турбулентности 1.00%
Коэффициент турбулентной вязкости 20
Выходное давление Величина избыточного давления 0 Па
Граница давления по манометру Нормальное направление давления Соотношение интенсивности и вязкости
Интенсивность турбулентности обратного потока 10%
Коэффициент турбулентной вязкости обратного потока 10
Пристенные зоны (i) Поверхность транспортного средства — противоскользящая стена B / c
(ii) Шлифованная поверхность — невязкая стена B / C
(iii) Боковые поверхности — невязкая стена B / C
Свойства жидкости Жидкость тип Воздух
Плотность = 1.175 (кг / м ³)
Кинематическая вязкость = 1,7894 × 10 ⁻⁵ (кг / (м · с))
3333 91007
3 Критерий
37
3 .001
(ii) — скорость = 0,001
(iii) — скорость = 0,001
(iv) = 0,001
(v) Эпсилон = 0,001
Уравнения Поток и турбулентность
Дискретность (i) Давление: стандартное
(ii) Импульс: второй порядок ветровой энергии
кинетическая энергия против ветра
(iv) Скорость рассеяния турбулентности: второй порядок против ветра
Монитор Остаточный коэффициент и коэффициент сопротивления
8. Моделирование и тестирование базового пассажира Автомобиль для коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы
На рисунке 8 показан график коэффициента давления на поверхности автомобиля для моделирования базовой модели. График коэффициента давления показывает, что точка застоя создается на передней поверхности легкового автомобиля.Коэффициент давления также указывает на то, что моделирование CFD имеет тенденцию к превышению значения в точке застоя. Максимальное значение, полученное при моделировании базовой модели, составляет.
На рисунках 5 и 6 показаны коэффициенты лобового сопротивления () и коэффициенты подъемной силы () базовой модели. Максимальное значение коэффициента лобового сопротивления составляет 0,3512, а максимальное значение коэффициента подъемной силы составляет 0,2310.

9.Значения и базовой модели
После моделирования мы получили, что коэффициент лобового сопротивления () равен 0,3512, а коэффициент подъемной силы () равен 0,2310 (см. Таблицу 7).
9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033
Конфигурации Коэффициент сопротивления () Коэффициент подъема ()
10.Подтверждение результатов
Мы проанализировали, что процентная разница коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы игрушечного автомобиля и базовой модели составляет 0,3 и 0,9 соответственно, что составляет менее 1%. Поэтому мы предполагаем, что наша модель такая же, как и образец игрушечной машинки (см. Таблицу 8).
Конфигурации Коэффициент сопротивления () % снижение по сравнению с игрушечной машинкой Коэффициент подъемной силы () % уменьшение по сравнению с игрушечной машинкой
903 903 0.3497 0 0,2289 0
Базовая модель 0,3512 0,3 0,2310 0,9
Генераторы коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы
Сначала будут рассмотрены основы аэродинамики транспортного средства, включая объяснение используемых концепций и формул. Далее будет разработана процедура построения базовой модели, включая легковой автомобиль и аэродинамическую трубу, а также размеры и параметры моделирования.Затем базовая модель будет сравнена с авторитетным эталоном, чтобы подтвердить достоверность настройки моделирования и соответствующих результатов. После тестирования базовой имитационной модели она будет модифицирована для включения внешних устройств снижения сопротивления. Будут изучены два различных варианта конструкции VG, включающие треугольное крыло и форму выпуклости. После того, как базовая конструкция VG установлена, следующим шагом будет эксперимент с разницей в высоте VG, чтобы определить идеальную высоту для модели легкового автомобиля.CFD-моделирование будет выполнено на модифицированных моделях для изучения результатов и определения изменений.
Генераторы вихрей размещены на задней стороне крыши легкового автомобиля, что показано на рисунке 12.

На рисунке 13 показано общее распределение давления на поверхности типового легкового автомобиля, скорость на входе, выходе давления и На дороге.

Коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы показаны на рисунках 14 и 15 соответственно.Максимальное значение коэффициента лобового сопротивления () составляет 0,3471, а максимальное значение коэффициента подъемной силы () составляет 0,2085.

На рисунках 16 и 17 показано распределение статического и абсолютного давления на поверхности автомобиля.

Распределение коэффициента давления на поверхность автомобиля показано на рисунке 18. Значение коэффициента давления на переднем бампере составляет 900 Па, а на заднем пыльнике значение коэффициента давления составляет -200 Па.

Контур полного давления и контур скорости показаны на рисунках 19 и 20 соответственно. Линии траектории и вектор величины скорости показаны на рисунках 21, 22 и 23.

12. Моделирование и тестирование легкового автомобиля со спойлером на коэффициент лобового сопротивления и подъемной силы
A Спойлер Длиной 15 см крепится к багажнику автомобиля под углом 12 °, как показано на рисунке 24.Ожидается, что спойлер задержит отрыв потока, который обычно происходит на заднем крае багажника.

На рисунке 25 показана сетка, созданная на поверхности модели типового легкового автомобиля со спойлером. На его поверхности создается тетраэдрическая сетка, а на поверхности транспортного средства создается поверхностная сетка размером 1,5 мм.

На рисунке 26 показано распределение общего давления на поверхности автомобиля, скорости на входе, выходе давления, на боковой стенке и на дороге.Распределение давления на передний бампер составляет 1100 Па, а на заднем чехле — 400 Па, как показано.

Коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы показаны на рисунках 27 и 28 соответственно. Максимальное значение коэффициента лобового сопротивления () составляет 0,3441, а максимальное значение коэффициента подъемной силы () составляет 0,1985.

На рисунках 29 и 30 показаны распределения статического и абсолютного давления на поверхности автомобиля. Показаны различные значения распределения давления на поверхности автомобиля, такой как передний капот, крыша и задний багажник.

Распределение коэффициента давления на поверхность автомобиля показано на рисунке 31. Значение коэффициента давления на переднем бампере составляет 1750 Па, а на заднем пыльнике значение коэффициента давления составляет 100 Па.

Контур полного давления и контур скорости показаны на рисунках 32 и 33 соответственно. Вектор величины скорости и линии пути показаны на рисунках 34 и 35 соответственно.

13.Моделирование и тестирование легкового автомобиля с задними пластинами на коэффициент лобового сопротивления и подъемный коэффициент
Чтобы уменьшить скорость воздушного потока от днища к задней части автомобиля, хвостовая пластина диффузорного типа была установлена в задней части автомобиля, как показано на рисунке. на рис. 36. Пластина длиной в полфута была прикреплена к полу транспортного средства, а пластина длиной 5 см была прикреплена к верхнему внешнему краю крыши, обе под углом 12 градусов.

На рисунке 37 показана сетка, созданная на поверхности модели типового легкового автомобиля с хвостовыми шайбами.На его поверхности создается тетраэдрическая сетка, а на поверхности транспортного средства создается поверхностная сетка размером 1,5 мм.

На рисунке 38 показано распределение общего давления на поверхности автомобиля, скорости на входе и выходе давления, на боковой стенке и на дороге. Распределение давления на передний бампер составляет 2250 Па, а на заднем чехле — 250 Па.

Коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы показаны на рисунках 39 и 40 соответственно. Максимальное значение коэффициента лобового сопротивления () равно 0.3376, а максимальное значение коэффициента подъемной силы () составляет 0,1926.

На рисунках 41 и 42 показано распределение статического и абсолютного давления на поверхности автомобиля.

На рисунке 43 показано распределение коэффициента давления на поверхности обычного легкового автомобиля. Значение коэффициента давления на переднем бампере составляет 3000 Па, а на заднем пыльнике значение коэффициента давления составляет 50 Па.

Контур полного давления и контур скорости показаны на рисунках 44 и 45 соответственно.Вектор величины скорости и линии пути показаны на рисунках 46-48.

14. Моделирование и тестирование спойлера легкового автомобиля с генераторами вихрей на коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы
Для того, чтобы Для уменьшения лобового сопротивления легкового автомобиля комбинация дополнительных устройств применяется на поверхности автомобиля, чтобы преодолеть коэффициент лобового сопротивления автомобиля. На рисунке 49 представлена модель легкового автомобиля со спойлером и вихревыми генераторами.

На рисунке 50 показана сетка, созданная на поверхности модели обычного легкового автомобиля со спойлером и генераторами вихрей. На его поверхности создается тетраэдрическая сетка, а на поверхности транспортного средства создается поверхностная сетка размером 1,5 мм.

На рисунке 51 показано распределение общего давления на поверхности автомобиля, скорости на входе, выходе давления, боковой стенке и на дороге. Распределение давления на передний бампер составляет 500 Па, а на заднем пыльнике — 300 Па.

Коэффициент лобового сопротивления и коэффициент подъемной силы показаны на рисунках 52 и 53 соответственно. Максимальное значение коэффициента лобового сопротивления () составляет 0,3359, а максимальное значение коэффициента подъемной силы () составляет 0,1875.

На рисунке 54 показано распределение коэффициента давления на поверхности обычного легкового автомобиля. Значение коэффициента давления на переднем бампере составляет 100 Па, а на заднем пыльнике значение коэффициента давления составляет -100 Па (рисунки 55, 56 и 57).

15. Результат
В приведенном выше анализе используются различные типы дополнительных аэродинамических устройств, используемых на базовом автомобиле для получения результатов для коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы.
В первом случае спойлер накладывается на багажник легкового автомобиля с углом наклона 12 °. Коэффициент лобового сопротивления составляет 0,3441, а коэффициент подъемной силы — 0,1985. Снижение коэффициента лобового сопротивления в процентах по сравнению с базовым автомобилем — 2.02% и коэффициент подъемной силы 6%. Следовательно, сила сопротивления и подъемная сила легкового автомобиля уменьшаются пропорционально коэффициенту лобового сопротивления и коэффициенту подъемной силы соответственно.
Во втором случае вихревые генераторы применяются на задней стороне крыши базового вагона с углом наклона 12 °. Коэффициент аэродинамического сопротивления составляет 0,3471, а коэффициент подъемной силы — 0,2085. Процентное снижение коэффициента лобового сопротивления по сравнению с базовым автомобилем составляет 1,17%, а коэффициент подъемной силы — 9.8%. Следовательно, сила лобового сопротивления и подъемная сила легкового автомобиля уменьшаются пропорционально коэффициенту лобового сопротивления и коэффициенту подъемной силы соответственно.
В третьем случае хвостовые пластины накладываются на заднюю сторону: одна находится на задней стороне накладки на крышу, а другая — на заднем бампере легкового автомобиля. Коэффициент аэродинамического сопротивления составляет 0,3376, а коэффициент подъемной силы — 0,1926. Процентное снижение коэффициента лобового сопротивления по сравнению с базовым автомобилем составляет 3,87%, а коэффициент подъемной силы — 16.62%. Следовательно, сила лобового сопротивления и подъемная сила легкового автомобиля уменьшаются пропорционально коэффициенту лобового сопротивления и коэффициенту подъемной силы соответственно.
В четвертом случае спойлер и VG вместе накладываются на задний багажник и заднюю часть на крыше легкового автомобиля. Коэффициент лобового сопротивления составляет 0,3359, а коэффициент подъемной силы — 0,1875. Процентное снижение коэффициента лобового сопротивления по сравнению с базовым автомобилем составляет 4,35%, а коэффициент подъемной силы — 18,83%. Следовательно, сила сопротивления и подъемная сила легкового автомобиля уменьшаются пропорционально коэффициенту лобового сопротивления и коэффициенту подъемной силы соответственно.
Из приведенного выше анализа установлено, что спойлер с VG является более эффективным дополнительным устройством для снижения коэффициента лобового сопротивления и коэффициента подъемной силы, которые применяются к легковому автомобилю, когда он движется по дороге. Коэффициенты сопротивления и силы сопротивления пропорциональны друг другу, поэтому, когда силы сопротивления уменьшаются, подъемные силы также уменьшаются, потому что они пропорциональны коэффициенту подъемной силы. Сравнительные результаты между базовым автомобилем и автомобилем с различными дополнительными устройствами показаны в таблице 9 и графически представлены на рисунках 58 и 59 соответственно.
43
3
Конфигурации Коэффициент сопротивления % снижение по сравнению с исходным уровнем Коэффициент подъема % снижение по сравнению с исходным уровнем
0,2310 0
Генераторы вихрей 0,3471 1,17 0,2085 9,8
Спойлер 0.3441 2,02 0,1985 6
Задние шайбы 0,3376 3,87 0,1926 16,62
Спойлер с генераторами vortex633 9106

16. Заключение. друг с другом.ANSYS Fluent с установившейся моделью —
ɛ используется для моделирования аэродинамики. В этом анализе коэффициент лобового сопротивления был снижен до 4,35%, а коэффициент подъемной силы снижен до 18,83% за счет добавления спойлера с VG. Следовательно, спойлер с VG является эффективным инструментом для уменьшения силы сопротивления на транспортном средстве.
Влияние различных аэродинамических дополнительных устройств на поток и его структуру в типичном легковом автомобиле может быть проанализировано с использованием подхода CFD.Цель состоит в том, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление, действующее на автомобиль, и, таким образом, повысить топливную экономичность легкового автомобиля. Следовательно, сила сопротивления может быть уменьшена за счет использования дополнительных устройств на транспортном средстве и экономии топлива, а также может быть улучшена устойчивость легкового автомобиля.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Автор: alexxlab
Навигация по записям
← Признаки неисправности датчика кислорода: Признаки неисправности датчика кислорода
Насос гур авео ремонт своими руками: Chevrolet Aveo ( ) , » →
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Поиск для:
Рубрики
Вид
Замен
Замена расходников и жидкостей
Классификация
Масло
Мотор
Провер
Проверка
Промывк
Промывка
Разное
Ремонт
Совет
Советы
Уровен
Уровень
Copyright © 2024 hot-hatch.ru