Про аэродинамику

[Daemon]

Вазовская труба

Сначала необходимо определить площадь поперечного сечения автомобиля или макета. От точности этих данных будет зависеть точность дальнейших расчетов аэродинамических нагрузок на автомобиль. Стенд для измерения площади поперечного сечения спроектирован фирмой ISRA Systemtechnik GmbH и рассчитан на объекты с высотой и шириной не более 2,5х2,5 м. На стенде можно проводить измерение автомобилей и моделей с площадью поперечного сечения до 4 м2. Время измерения – не больше 30 мин., а точность стенда – 0,2%. Луч гелий-неонового (НеNe) лазера диаметром 250 мм создает практически абсолютно параллельный пучок. Лучом производится сканирование по периметру объекта. Данные, полученные камерами, находящимися за объектом, обрабатываются на компьютере, и вычисляется площадь. Далее можно приступить к испытаниям в аэродинамической трубе. АТ ВАЗа – это труба замкнутого (геттингенского) типа с одним обратным каналом и рабочей частью, выполненной с перфорированными стенами и потолком. Труба позволяет производить испытания автомобилей и моделей с площадью поперечного сечения до 4 м2 (т. е. практически любые легковые, спортивные автомобили, некоторые микроавтобусы в натуральную величину и макеты больших автобусов и грузовиков в масштабе 1:2, 1:2,5). Кроме того, можно испытывать и другие объекты: макеты зданий, спортивный инвентарь, амуницию и т. д. В результате можно не только произвести необходимые замеры сил, действующих на объект, но и выработать определенные рекомендации по оптимизации поверхностей. Вазовская АТ имеет ряд особенностей, позволяющих говорить о ней как об одной из лучших в мире. Звукоизоляция трубы очень качественная. И благодаря тому, что собственный шум трубы достаточно низкий и есть возможность демонтировать щелевые стены и потолок, появляется возможность проводить не только аэродинамические испытания, но и доводку автомобиля по аэродинамическому шуму. Система отсоса пограничного слоя в рабочей части АТ, состоящая из базовой и распределенной систем, позволяет снизить толщину пограничного слоя до минимальных значений. Это позволяет добиться очень высокой точности измерений даже для автомобилей с низким клиренсом (менее 50 мм). Сейчас в ряде западных компаний начинают осваивать измерительные стенды с движущимся полотном, имитирующим движение автомобиля по дороге. Но пока такие устройства проигрывают в точности неподвижным столам с отсосом пограничного слоя. О точности измерений говорит тот факт, что данные дорожных испытаний и показателей в вазовской трубе различаются не больше чем на 1%. Система поддержания заданной температуры воздушного потока обеспечивает рабочую температуру воздушного потока в диапазоне +20-25ОС с точностью до 0,5ОС. Параметры АТ хоть и не являются рекордными, но впечатляют своими масштабами и возможностями. Максимальная скорость ветра в трубе – 60 м/с (216 км/ч). При этом площадь сечения рабочей части трубы – 22,3 м2. Вентилятор (если так можно сказать о машине мощностью 2300 кВт – одна тысячная Волжской ГЭС) диаметром 7,4 м состоит из 11 лопастей высотой 1,8 м и вращается с частотой 300 об/мин. Эту сложную и ответственную часть создавали, что называется, всем миром: двигатель и системы управления от шведской фирмы ABB, металлоконструкция вентилятора финская, а лопасти германской фирмы «Гофман». Сам процесс создания воздушного п отока не так прост, как может показаться. Дело в том, что если бы можно было просто обдувать машину мощным вентилятором, то в таких сложных сооружениях не было бы необходимости. Воздушный поток должен быть не только сильный, но и ровный как по составу, так и по температуре. Поэтому после вентилятора он расширяется, проходит два поворота и упирается в сложную систему фильтров. Сначала поток проходит через одну детурбулизирующую сетку. Затем идет теплообменник, поддерживающий постоянную температуру воздуха. Следом расположен хонейкомб, состоящий из множества шестигранных сот и служащий для выравнивания потока и разбивания крупных вихрей. Последними воздух преодолевает еще три слоя детурбулизирующих сеток и уже ровным потоком «наваливается» на автомобиль. В итоге степень турбулентности не превышает 0,2%, что способствует высокой точности измерений.

[Daemon]

Но сердцем всего комплекса являются весы. Это 6-компонентные аэродинамические весы фирмы Carl Schenk AG с прямым измерением нагрузок. Особенностью данного типа весов является то, что ориентация всех стержней, передающих нагрузку, идеально совпадает с осями координат, благодаря чему отсутствует взаимное влияние измеряемых компонент друг на друга. Рама весов напрямую не связана с землей. Контакт осуществляется через шесть чувствительных элементов – тензодатчиков. Три датчика измеряют вертикальную составляющую нагрузки и два момента сил, отдельно одна балка отвечает только за аэродинамическое сопротивление (поэтому достигается такая точность измерений), а еще две балки измеряют боковую силу и поворачивающий момент. То есть все три силы и три момента, действующие на объект испытаний, снимаются отдельно друг от друга. Точность таких весов – 0,1%. Поворотный стол весов позволяет вращать автомобиль на угол от –180 до +180 градусов для имитации бокового ветра или изменения направления ветра при испытаниях зданий и сооружений. Жаль только, что вес объекта ограничен лишь тремя тоннами. Но для нужд АвтоВАЗа этого вполне достаточно. В подвале расположена модельная труба. На ее «плечи» ложится основная работа по доводке автомобилей еще на стадии проектирования. Основные испытуемые модели – это макеты будущих автомобилей в масштабе 1:4. Но самое большое достоинство этой трубы в том, что она является точной копией (также в масштабе 1:4) большой трубы. Вплоть до аэродинамических весов. Та же скорость 60 м/с, но вентилятор всего 220 кВт (в 10 раз меньше). То есть себестоимость работ в такой трубе значительно ниже. А учитывая, что при доводке макета приходится проводить не одну сотню продувок, экономия становится еще более значимой. В результате всех испытаний разброс в точности измерений не больше 0,7–0,8%. А благодаря большой накопленной базе испытаний как малых и больших моделей, так и реальных автомобилей удается уже на ранней стадии проектирования, по анализу моделей предположить, какими будут характеристики реального автомобиля. Точность прогноза 2–3%. А вот один интересный факт. Дело в том, что разные АТ могут давать различные данные. Для сравнения результатов используются перекрестные сравнительные тесты, когда одни автомобили испытываются в различных трубах. В результате определяются некоторые поправочные коэффициенты. К примеру, для пересчета показателей АТ компании Mercedes в результате сравнительных испытаний выведен коэффициент 0,91. То есть Cx ВАЗ-2112 в АТ Mercedes был бы равен не 0,335, как у нас, а 0,305 (0,335*0,91). И наоборот, новый Mercedes E-класса с Cx = 0,26 (по данным производителя) в нашей трубе равняется примерно 0,286.

[Daemon]

Электронные технологии помогают ускорить процесс создания автомобиля. К примеру, если при работе над новым автомобилем макет машины проводит в трубе сотни часов, то виртуально его можно испытывать десятки тысяч часов. Виртуальная АТ куда компактней, чем реальная, она целиком помещается внутри компьютера. А скорость получения результатов зависит не от проворства инженеров, а лишь от мощности процессора. Изменения в облик машины можно вносить тут же и снова испытывать. Разумеется, на обычном персональном компьютере такие исследования не проведешь. Необходимы высокопроизводительные суперкомпьютеры стоимостью несколько миллионов долларов, и не один, а несколько. Компьютеры способны производить более 500 млрд. операций в секунду. На таких машинах можно не только в Quake играть, но и моделировать краш-тесты и исследовать аэродинамику автомобилей. Один из таких самых современных комплексов установлен в компании Opel. Вот лишь некоторые параметры системы: 6 компьютеров IBM eServer pSeries 690 «Regatta» с процессором 32 «POWER 4» 1,3 GHz, основная память каждого компьютера – 64 GB, емкость одного жесткого диска – 1 TB (1000 GB) + накопитель на магнитном носителе – всего 96 TB, операционная система – IBM AIX 5,вес – 1,2 тонны (каждый компьютер). Возможно, когда-нибудь компьютер и сможет заменить настоящую АТ. Но порой даже специалисты с огромным опытом работы удивляются результатам, которые дает испытание трубами. И хотя иногда удается, основываясь на интуиции, создать удачный, с точки зрения аэродинамики, дизайн автомобиля, без такого сложного устройства, как аэродинамическая труба, вряд ли будет возможным производство автомобилей будущего.

[Daemon]

Источник - Reliable soft

Задача: определить влияние подобной “бижутерии” на эксплуатационные показатели машины и влияние установки таких аксессуаров на аэродинамику автомобиля, обзорность, шумы в машине, вентиляцию салона… Симпатичны, опасны, бесполезны...

Работа разделена на два этапа. На первом этапе эксперты оценивали каждый навесной элемент и их сочетания в условиях реального движения. На втором исследовали аэродинамику автомобилей ВАЗ – 2109 и ВАЗ – 2110 при различных вариантах “обвески” в аэродинамической трубе Дирекции технического развития ВАЗа.

Элементы навески могут оказаться полезными или вредными с позиций аэродинамики, и не только ее. При этом некоторые отрицательные эффекты предсказать умозрительно, без исследований в аэродинамической трубе, практически невозможно.

[Daemon]

Накладка на капот, в народе именуемая “мухобойкой”.

Предположительное назначение – защита ветрового стекла от насекомых.
Цена 500 – 600 рублей.
Результаты испытаний в аэродинамической трубе:
ВАЗ – 2110 – увеличение коэффициента аэродинамического сопротивления на 0,009 (2,7%). Увеличение аэродинамической подъемной силы на передней оси на 19,7%, на задней оси – на 10,2%.
ВАЗ – 2109 - увеличение коэффициента аэродинамического сопротивления на 0,013 (2,8%). Увеличение аэродинамической подъемной силы на передней оси на 23%.
Результаты экспертной оценки:
На машинах с накладками комары и мошки продолжают биться о стекло и размазываться по нему так же, как и без накладок. Реально “мухобойка” защищает от бомбардировки только ту узкую зону, которую прикрывает. Крепится накладка опять же не к воздуху. В узкую щель между ней и капотом вместе с возникающим вихрем хорошо всасывается песок, удалить который, не сняв накладку, сложно. А так как в движении и капот, и накладка вибрируют, то песчинки оставляют на лакокрасочном покрытии все более глубокие царапины.
Плюсы – сомнительные.
Минусы – некоторое увеличение расхода топлива и аэродинамической подъемной силы; натиры на передней кромке капота под накладкой при длительной ее эксплуатации.
Резюме – “мухобойки” не просто бесполезны – в какой – то мере даже вредны.

[Daemon]

Накладки на боковые стекла.

Предположительное назначение – уменьшает поддувание воздуха и попадание дождя в салон при открытых стеклах. Цена 100 – 200 рублей.
Результаты испытаний в аэродинамической трубе:
На коэффициент аэродинамического сопротивления практически не влияют.
Результаты экспертной оценки:
Значительно ухудшилась обзорность из –за “расширения” рамы ветрового стекла. Через накладки 2110 увидеть что – либо трудно – очень темные. Накладки 2109 и вовсе не прозрачные Вместе с тем уменьшились сквозняки в салоне, особенно при частично открытом окне, в салон меньше проникает каплей дождя, хорошо вытягивается сигаретный дым.
Плюсы – ослабление сквозняков в салоне, защита его от дождя.
Минусы – ухудшение обзорности.
Резюме – меняем “шило на мыло”. Накладки улучшают воздухообмен в салоне, ослабляют сквозняки, но достигается это ухудшением обзорности.

[Daemon]

Спойлер на крышку багажника ВАЗ – 2110.

Предположительное назначение – “для красоты”.
Цена 900 рублей.
Результаты испытаний в аэродинамической трубе:
Снижение коэффициента аэродинамического сопротивления на 0, 005 (1,5%) и аэродинамической подъемной силы на передней оси на 7%, на задней – на 41,5%.
Результаты экспертной оценки:
При обычной эксплуатации изменений в поведении автомобиля не замечено. Дополнительный стоп - сигнал на спойлере признан полезным.
Плюсы – улучшение аэродинамических характеристик автомобиля.
Минусы – не отмечены.
Резюме – симпатично. Полезно с точки зрения аэродинамики.

[Daemon]

Спойлер на дверь задка “Самары”.

Предположительное назначение – “для красоты”.
Цена 800 рублей.
Результаты испытаний в аэродинамической трубе:
Снижение коэффициента аэродинамического сопротивления на 0,007 (1,5%) и аэродинамической силы, прижимающей к дороге заднюю ось, на 14,6%. На переднюю практически не влияет.
Результаты экспертной оценки:
Изменений в поведении автомобиля не отмечено. Несколько меньше загрязняется стекло двери задка – спойлер частично отсекает от двери возмущенный поток воздуха, поднимающий грязь, пыль или снег с дорожного полотна. Дополнительный стоп – сигнал полезен.
Плюсы – снижение загрязнения заднего стекла; улучшение обтекаемости автомобиля.
Минусы – не отмечены.
Резюме - симпатично. Полезно с точки зрения аэродинамики.

[Daemon]

Накладки на ручки дверей автомобилей “Самара”.

Предположительное назначение – “для красоты”.
Цена 80 рублей.
Результаты испытаний в аэродинамической трубе:
На коэффициент аэродинамического сопротивления практически не влияют.
Результаты экспертной оценки:
Ручками дверей стало труднее пользоваться – сложнее найти “курок”. Дизайн же – дело вкуса…
Плюсы – нет.
Минусы – нет.
Резюме – сущая безделица.

[Daemon]

Дефлектор на “затылок” “Самары”.

Предположительное назначение – уменьшение загрязнения заднего стекла
Цена 200 рублей.
Результаты испытаний в аэродинамической трубе:
На коэффициент аэродинамического сопротивления практически не влияют. Аэродинамическая подъемная сила при скорости 144 км/ч увеличивается на передней оси с 21,4 до 36,5 кгс, а на задней меняется с прижимающей (-15,5 кгс) на подъемную (35,3 кгс).
Результаты экспертной оценки:
Заднее стекло в дождливую погоду загрязняется мало. Эффективность работы дефлектора зависит от правильной установки. Отмечаются колебания дефлектора, возникающие на определенных скоростях.
Плюсы – предотвращается загрязнение заднего стекла.
Минусы – значительно увеличивает аэродинамические подъемные силы.
Резюме – полезен для сохранения чистоты заднего стекла. Опасен на высоких скоростях. Наиболее нежелателен зимой, на скользких дорогах, особенно если на задней оси установлены нешипованные шины. Целесообразна установка дефлектора в паре со спойлером – он позволяет значительно компенсировать вызванную дефлектором подъемную силу на задней оси.