FTN Novi Sad Teorija kretanja drumskih vozila Katedra za ... · PDF fileFTN Novi Sad Katedra za motore i vozila Teorija kretanja drumskih vozila Osnovi aerodinamike drumskih vozila

FTN Novi Sad

Katedra za motore i vozila

Teorija kretanja drumskih vozila

Osnovi aerodinamike drumskih vozila

OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA

FTN Novi Sad




OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILAPrema: T.D. Gillespie

Pretpostavke Bernulijeve jednačine:• Nestišljiv fluid• Konzervacija energije

⇓

pDIN + pST = pTOT = const

constpp2vρ

TOTST

2

==+⋅

TOTatm

2

pp2vρ

=+⋅ ∞

U udaljenoj zoni neporemećenog strujanja pST = patm, v = v∞

ρ - gustina vazduha

Idealizovane pretpostavke → ne važe u stvarnosti!(fluid je stišljiv; nema konzervacije energije –postoje gubici)

Koliko je pTOT?

FTN Novi Sad




v = v∞⇒ pST = patm

Analiza gradijenta pritiska pri strujanju fluida oko objekta, za pretpostavke Bernulijeve jednačine:

OBLIK STRUJNICA RASPORED PRITISAKA


Ovde pritisak mora biti pST < patm, kako bi se strujnice savile konveksno naniže (iznad vlada patm)

Iznad područja se nalaze nedeformisane strujnice, gde je pST = patm; stoga u području mora biti pST > patm, kako bi se strujnice savile konkavno naviše

FTN Novi Sad




v>v∞⇒ pST<patm VAKUMv=v∞⇒ pST=patmv<v∞⇒ pST>patm NADPRITISAKv=0 ⇒ pST=pTOT

SIMETRISIMETRIČČAN RASPORED PRITISAKA AN RASPORED PRITISAKA ⇒⇒FFrezrez=0 !=0 !

BEZ OBZIRA NA OBLIK TELA!BEZ OBZIRA NA OBLIK TELA!

constpp2vρ

TOTST

2

==+⋅

Analiza gradijenta pritiska pri strujanju fluida oko objekta


(“DALAMBEROV PARADOKS”)

FTN Novi Sad




U PRISUSTVU TRENJA SITUACIJA SE MENJA!

Trenje ⇒ nema konzervacije energije ⇒ ne važi Bernulijeva jednačina

Formiranje graničnog sloja: v(z)<vv(z)<v∞∞ – strujanje viskoznog fluida uz čvrsti objekat

z

Uniformno strujanje se približava površini objekta

Strujanje uz površinu

Debljina graničnog sloja raste po x-osi


FTN Novi Sad




Porast debljine graničnog sloja ⇒ Promena profila brzina ⇒Odvajanje graničnog sloja


PREDNJA STRANA: Povoljan gradijent pritiska(potiskuje fluid duž gr. sloja →sprečava porast δ)GORE I NAZAD:Nepovoljan gradijent pritiskaPodstiče porast δ→Odvajanje G.S.

FTN Novi Sad




Odvajanje graničnog sloja ⇒potpritisak na zadnjoj strani, manifestacija: intenzivno vrtloženje

Razlika u pritiscima(tj. razlika u veličinama površinaizloženim pritisku) ⇒rezultujuća sila otpora kretanjaOTPOR OBLIKAOTPOR OBLIKA

Dodatni otpor: OTPOR TRENJAOTPOR TRENJA

DVA UZROKADVA UZROKAOTPORA VAZDUHAOTPORA VAZDUHA


FTN Novi Sad




Šematski prikaz opstrujavanja vozila

Dva uzroka pojaveotpora vazduha:

Razlika pritisaka ∼90%(otpor oblika)

Trenje vazduha i vozila ∼10%


Izvor: Mitschke

FTN Novi Sad




Razlika u veličinama površina izloženih pritisku


Izvor: Walentowitz

FTN Novi Sad





Izvor: Race car aerodynamics

FTN Novi Sad




Raspodela pritisaka – primer


FTN Novi Sad




za: ρ=1.225 kg/m3, w=60 %, t=15 oC

FW(N), cW(-), A(m2), v(km/h)

ANAPRED > ANAZAD ⇒ F ∼ p⋅ΔA 2vp

2

DIN⋅ρ

=

2vAcF

2

WW⋅ρ

⋅⋅=

FFWW = 0,0473= 0,0473⋅⋅ccWW⋅⋅AA⋅⋅vv22

cW – koeficijent OTPORA OBLIKA vozila(ali uzima u obzir i otpor trenja! – zbog eksperimentalnog načina određivanja)

- SILA OTPORA VAZDUHA

Uvodi se empirijski koeficijent cW:

IZRAČUNAVANJE OTPORA VAZDUHA

FTN Novi Sad




ORIJENTACIONE VREDNOSTI Cw

• Današnja putnička vozila ∼ 0,3

• Dostavna vozila ∼ 0,4 ÷ 0,6 (zatvorena ili otvprena karoserija?)

• Kamioni ∼ 0,6 ÷ 1 (spojleri, različite forme tovarnog prostora)

• Bicikli, motocikli ∼ 0,5 ÷ 0,9 (uticaj oklopa i položaja vozača)

• Formula 1 ∼ 0,7 ÷ 1,1 (podešenost spojlera)


FTN Novi Sad




[www.aerowolf.de][www.aerowolf.de]


FTN Novi Sad




IZRAČUNAVANJE OTPORA VAZDUHA - REZIME

F ∼ p⋅ΔA Odvajanje graničnog sloja→ površina izložena dejstvu pritiska

veća na prednjoj nego na zadnjoj strani vozila

Karakter strujanja zavisi od oblika vozila

Otporu vazduha u manjoj meri doprinosi i trenje

2vAcF

2

WW⋅ρ

⋅⋅= → OSNOVNE JEDINICE

za: ρ=1.225 kg/m3, w=60 %, t=15 oC

FW(N), cW(-), A(m2), v(km/h)FFWW = 0,0473= 0,0473⋅⋅ccWW⋅⋅AA⋅⋅vv22

FTN Novi Sad




• Eksperimentalno – vazdušni tunel• Modeliranjem – CFD

Primer za CFD softver: STAR-CCM+→ FTN – Katedra za mehaniku fluida

ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA cW

FTN Novi Sad




ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA cW

FTN Novi Sad




FFREZREZ

UTICAJ AERODINAMIČKIH SILA NA OSOVINSKA OPTEREĆENJA

Rezultujuća sila u opštem slučaju nije horizontalna!

FTN Novi Sad




ZWREZ FFFrrr

+=FFREZREZ

FFZZ

FFWW


FW – OTPOR VAZDUHAFz – IZDIZANJE VOZILA (→smanjenje osovinskih opt.)

FTN Novi Sad




FFWW

FFL,PL,P

FFL,ZL,Z

UTICAJ AERODINAMIČKIH SILA NA OSOVINSKA OPTEREĆENJAPRISTUP PRI ANALIZI AERODINAMIČKIH DEJSTAVA:•• REDUKCIJA SILA NA NOVE NAPADNE LINIJE (ekvivalentno dejstvo!)REDUKCIJA SILA NA NOVE NAPADNE LINIJE (ekvivalentno dejstvo!)•• UVOUVOĐĐENJE ENJE EKSPERIMENTALNIH KOEFICIJENATAEKSPERIMENTALNIH KOEFICIJENATAFW – sila otpora vazduhaFL,P – sila izdizanja prednje osovineFL,Z – sila izdizanja zadnje osovine

FTN Novi Sad




2vρAcF

2

LPLP⋅

⋅⋅=

2vρAcF

2

LZLZ⋅

⋅⋅=

– SILA IZDIZANJA PREDNJE OSOVINE

– SILA IZDIZANJA ZADNJE OSOVINE

SILE IZDIZANJA - IZRAČUNAVANJE

FTN Novi Sad




FW

MW

Alternativno:FW – sila otpora vazduhaFL – sila izdizanja koja deluje u težištuMW – moment oko poprečne ose

FL

T


FTN Novi Sad




FFWW

Česta greška u literaturi!

hhTT


Greška je u zanemarivanju vertikalne komponente rezultujuće sile otpora vazduha!

Documents

FTN Novi Sad Teorija kretanja drumskih vozila Katedra za ... · PDF fileFTN Novi Sad Katedra za motore i vozila Teorija kretanja drumskih vozila Osnovi aerodinamike drumskih vozila