• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Аеродинамічні властивості колісної машини

АЕРОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МАШИНИ

При взаємодії повітряного потоку та кузова колісної машини виникає повна аеродинамічна сила й повний аеродинамічний момент. Повна аеродинамічна сила P_W - це рівнодіюча всіх елементарних аеродинамічних сил, що діють на поверхню колісної машини. Повний аеродинамічний момент M_W- це результуючий момент, який створюється всіма діючими на колісну машину аеродинамічними моментами.

Проекції повної аеродинамічної сили на осі X, Y, Z, початок яких знаходиться у центрі мас Ц_М машини й повний аеродинамічний момент щодо цих осей у зв’язаній системі координат показано на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема аеродинамічних сил і моментів, що діють на автомобіль:

Ц_Т - центр мас автомобіля; Ц_М - метацентр; а_м - плече прикладання аеродинамічної сили; β - кут набігання повітряного потоку; Р_х - сила лобового опору; Р_у - бічна сила; Р_г - піднімальна сила; М_х - момент крену;

М_у - перекидаючий момент (момент тангажу); М_г - обертальний момент

Повна аеродинамічна сила й повний аеродинамічний момент визначаються з виразів:

де С_W та m_W - коефіцієнти повної аеродинамічної сили й моменту, відповідно;

ρ - густина повітря;

F - лобова площа автомобіля;

- швидкість набігання незбуреного повітряного потоку;

B - база автомобіля.

Проекції повної аеродинамічної сили на зв'язані координатні осі визначаються за формулами, які наведені нижче.

Сила лобового опору:

де С_х - коефіцієнт аеродинамічного опору.

Бічна сила:

де С_Y - коефіцієнт бічної сили.

Піднімальна сила:

де С_Y - коефіцієнт піднімальної сили.

Момент крену:

де т_х - коефіцієнт моменту крену; В - поперечна база машини.

Перекидаючий момент (момент тангажу):

де т_Y - коефіцієнт перекидаючого моменту; L - поздовжня база машини.

Поворотний момент:

де т_г - коефіцієнт моменту, що повертає.

Коефіцієнти повної аеродинамічної сили С_W і моменту т_W визначаються з виразів:

;

Сила лобового аеродинамічного опору Р_х істотно впливає на витрати потужності при русі автомобіля з високою швидкістю. Бічна сила Р_у виникає при дії бічного вітру. Піднімальна сила Р₂ є результатом більшого тиску в зоні днища авто ніж в зоні даху.

Точка Ц_м(Рис. 5.1) прикладання рівнодіючої аеродинамічних сил називається метацентром. Відстань від центра мас машини до метацентру називають плечем а_М прикладання аеродинамічної сили, що створює момент, який прагне розвернути автомобіль. Під дією цього моменту машина прагне розвернутись перпендикулярно до напрямку повітряного потоку, якщо його напрям не співпадає з її поздовжньою віссю. Однак за рахунок сил тертя в контакті шин з дорогою автомобіль може рухається в заданому напрямку.

В автомобіля обтічної форми цей повертаючий момент буде більшим, ніж у не обтічного, через більшу величину цього плеча. Величина плеча а_м прикладання аеродинамічної сили поряд з висотою метацентра визначає аеродинамічну стійкість машини при дії поздовжніх і бічних вітрів. В ідеальному випадку - при збігу центру мас і метацентра аеродинамічний момент дорівнює нулю. Однак у реальних умовах центр мас машини і її метацентр, як правило, не збігаються. При цьому, якщо рівнодіюча аеродинамічних сил знаходиться попереду центру мас, то машина повертається за напрямом вітру, тобто вона є аеродинамічно нестійка.

Сила аеродинамічного опору тіла, що переміщається в повітряному середовищі, визначаються коефіцієнтом аеродинамічного опору, лобовою площею, густиною повітря, швидкістю повітряного потоку і її розраховують за формулою, яка виведена виходячи із основних положень гідромеханіки:

; (5.1)

де С_х- коефіцієнт аеродинамічного опору (обтічності);

F - площа міделевого перетину - найбільша площа перетину тіла в площині, яка є перпендикулярна до напрямку його руху;

- швидкісний або динамічний напір.

Остаточно вираз (5.1) прийме вид:

(5.2)

У теорії автомобіля величину прийнято називати фактором обтічності КF. Тоді вираження (5.2) можна представити у вигляді відомої в теорії автомобіля формули:

Варто враховувати, що швидкість набігання потоку може змінюватись залежно від швидкості V_Bта кута набігання β бічного вітру. При відсутності зустрічного вітру швидкість повітряного потоку дорівнює швидкості руху автомобіля. Для оцінки впливу швидкості й напрямки вітру можна використовувати залежність:

.

При відсутності вітру . Якщо вітер спрямований проти руху, то . При збігу напрямку вітру з напрямком руху автомобіля .

Аеродинамічний опір колісної машини складається з п’яти основних складових:

- опору форми Р_WФ;

- тертя Р_WT;

- внутрішніх потоків повітря в системах охолодження двигуна й вентиляції кабіни й кузова Р_WB;

- індуктивного Р_WІ і додаткового Р_WД (опору дрібних елементів на кабіні й кузові) Р_WД .

Опір форми Р_WФ є результуючим усіх елементарних сил нормального тиску, що діють на зовнішню поверхню кабіни й кузова. Він визначається обтічністю форм їх поздовжнього й поперечного перерізів.

Опір тертя Р_WT - результуючих всіх дотичних сил, що діють на зовнішню поверхню кабіни й кузова та залежить від величин дотичних напружень у зоні пограничного шару. Для забезпечення його мінімального значення необхідно, щоб дотичні напруження були малі, тоді пограничний шар збереже свою ламінарність. У протилежному випадку - при більших дотичних напруженнях він переходить у турбулентний стан, що супроводжується відривом потоку й виникненням вихорів.

Опір внутрішніх потоків Р_WB виникає через гальмування й втрату енергії зустрічного повітря, що забирається у системі охолодження двигуна й вентиляції кабіни й кузова, і залежить від їхнього конструктивного виконання й витрати повітря.

Індуктивний опір Р_WІ обумовлено виникненням піднімальної сили й перетіканням вихроподібних повітряних потоків із зони під дном автомобіля нагору по бічних стінках кабіни й кузова (через різницю тисків на днищі машини та її даху) і залежить від її конструктивного виконання, структури й об’єму повітряного потоку, що переміщається під нею.

Додатковий опір Р_WД пов’язаний з наявністю на поверхнях кабіни й кузова дрібних, виступаючих за їхні габарити, конструктивних елементів (дверних ручок, зовнішніх дзеркал, антен, габаритних ліхтарів і т. д). Він визначається як кількістю цих елементів, так і рівнем їхньої обтічності.

Питома вага складових аеродинамічного опору залежить від типу автотранспортного засобу. За літературним даними, він становить:

- для пасажирських автомобілів: опір форми Р_WФ - 65%, опір тертя Р_WT - 5%, опір внутрішніх потоків Р_WB - 7%, індуктивний опір Р_WI - 12%, додатковий опір Р_WД - 11%.

- для вантажівок і магістральних автопоїздів: опір форми Р_WФ - 70%, опір тертя Р_WT - 7%, опір внутрішніх потоків Р_WB - 8%, індуктивний опір Р_WI - 7%, додатковий опір Р_WД - 8%.

У табл. 5.1 наведені значення коефіцієнта аеродинамічного опору С_х, лобової площі F фактора обтічності КР для ряду легкових автомобілів, автобусів та магістральних автопоїздів.

Таблиця 5.1

Параметри аеродинамічного опору автотранспортних засобів

при обтіканні повітряним потоком

Читайте також:

1. Аналізатори людини та їхні властивості.
2. Аналізатори людини та їхні властивості.
3. Аналогові обчислювальні електронні машини.
4. Атрибутивні ознаки і властивості культури
5. БАГАТОКОВШОВІ ЕКСКАВАТОРИ. ВИЙМАЛЬНО-ТРАНСПОРТУЮЧІ МАШИНИ. КОМПЛЕКСИ МАШИН БЕЗПЕРЕРВНОЇ ДІЇ
6. Білки, властивості, роль в життєдіяльності організмів.
7. Біосфера Землі, її характерні властивості
8. Будова атомів та хімічний зв’язок між атомами визначають будову сполук, а отже і їх фізичні та хімічні властивості.
9. Будова і властивості аналізаторів
10. Будова й основні елементи машини
11. Векторний добуток і його властивості.

Переглядів: 4370