• 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

Вплив аеродинаміки на споживчі властивості колісної машини

Удосконалювання аеродинамічних характеристик швидкісних автотранспортних засобів (АТЗ) дозволяє помітно поліпшити їхні техніко-економічні показники. Зниження коефіцієнта аеродинамічного опору забезпечує підвищення паливної економічності й швидкісних властивостей АТС, а, отже, і їхньої продуктивності. Зменшення коефіцієнта бічної й піднімальної сили поліпшує показники керованості й стійкості автотранспортних засобів. Оптимізація характеру обтікання зони під днищем автомобіля й кормової частини зменшує аеродинамічний опір АТЗ і рівень їх забруднюваності, а також поліпшує екологію навколишнього середовища.

Основного складового аеродинамічного опору автомобіля є опір форми. Форма автомобільного кузова визначає величину й місце розташування зон підвищеного й зниженого тиску, а також джерел утворення вихорів при взаємодії його з потоком повітря. На утворення й схід вихорів з поверхні кузова витрачається значна кількість енергії двигуна автомобіля. Тому при створенні обтічних кузовів необхідно усунути зони підвищеного й зниженого тиску повітря, а також відривання потоків повітря та утворення вихорів, забезпечивши, по можливості, безвідривне обтікання кузова повітрям при русі автомобіля у всьому діапазоні робочих швидкостей з урахуванням впливу бічних вітрів. Для цього при проектуванні кузова особлива увага варто приділяти відпрацьовуванню форми його носової частини, оскільки вона, поряд з кормовою, визначає характер обтікання автомобіля повітрям. Обтічність носової частини кузова залежить від кутів нахилу облицювання радіатора, капота й вітрового скла.

Крім кутів нахилу облицювання радіатора, капота й вітрового скла на обтічність носової частини кузова впливає ступінь закруглення верхньої й бічних фронтальних крайок капота. Якщо ці фронтальні крайки гострі або закруглені малим радіусом, то при набіганні повітряного потоку за ними утворюються відривні, що збільшують аеродинамічний опір автомобіля. Закруглення фронтальних крайок капота усуває ці відривні потоки й поліпшує обтічність носової частини кузова.

Поряд з носовою частиною на обтічність автомобіля впливає форма кормової частини кузова. Форма задньої панелі кузова й кут її нахилу в поруч з формою даху впливає на характер обтікання повітряним потоком кормової частини автомобіля, структуру поля швидкостей і тисків у повітряному сліді за ним, визначаючи значною мірою величину аеродинамічного опору автомобіля.

Основними напрямками й прийомами вдосконалювання аеродинаміки легкових автомобілів є:

- оптимізація контурного фактора за рахунок зниження питомої ваги відривних потоків, у першу чергу, шляхом збільшення кутів нахилу облицювання радіатора, кришки капота, вітрового скла й радіусів закруглення фронтальних крайок кузова;

- додання передку автомобіля і його вітровому склу циліндричної форми в плані;

- видалення з поверхні кузова всіх виступаючих елементів конструкції або їх ретельне аеродинамічне відпрацьовування, у тому числі виконання врівень з кузовом засклення, усунення водостоків і т.д.;

- створення кузовів каплеподібної форми з безвідривним обтіканням;

- розробка систем організованого та дозованого забору й викиду повітря для охолодження радіатора й двигуна, а також вентиляції й охолодження салону;

- застосування гладкого днища з організацією безвихрового протікання повітряних потоків у зоні під днищем;

- установка кузова з негативним кутом тангажа (кут між поздовжньою віссю транспортного засобу та дорогою) в сполученні з оптимальним дорожнім просвітом, регульованим залежно від умов руху автомобіля;

- ретельна герметизація місць з’єднання панелей капота, дверей і кришки багажника з кузовом;

- оптимізація форми переднього бампера з переходом його в облицювання радіатора із застосуванням невеликого по висоті переднього спойлера;

- використання задніх спойлерів;

- установка спеціальних аеродинамічних ковпаків на колесах з можливим частковим перекриттям задніх коліс;

- розробка й застосування спеціальних конструктивних елементів і рішень із зниження забруднюваності, а також рівня аеродинамічного шуму автомобілів.

Поряд зі зниженням коефіцієнта С_х необхідно зменшувати лобову площу Р проектованого автомобіля, оскільки витрати потужності й витрата палива на подолання його аеродинамічного опору залежать від величини С_х×F .

Можливості зниження аеродинамічного опору автобусів, з огляду на їх значні лобові площі, у порівнянні з легковими автомобілями, суттєво нижчі.

Основними напрямками робіт зі зниження аеродинамічних втрат і поліпшенню обтічності автобусів є:

- відпрацьовування їхньої носової частини та збільшення радіусів закруглення фронтальних крайок кузова;

- усунення з лобової панелі зон забору повітря для охолодження двигуна, а також джерел додаткового опору;

- підвищення ступеня гладкості кузова із застосуванням установлених врівень з ним засклення, що приклеюється;

- поліпшення протікання потоків у зоні під днищем шляхом ретельного відпрацьовування днища у поєднанні з оптимізацією дорожнього просвіту й установкою кузова з від’ємним тангажем.

Серед всіх конструктивних факторів, що впливають на аеродинамічний опір автобусів, визначальною є форма лобової частини кузова у поєднанні з величиною радіусів закруглення його фронтальних крайок.

Оптимальними, з погляду зниження аеродинамічного опору автобуса, є такі співвідношення радіуса заокруглення R й ширини В_Ккузова:

для верхньої крайки 0,04 < R /В_К < 0,08;

для бічних крайок 0,06 < R /В_К < 0,1.

Основним напрямком поліпшення аеродинаміки магістральних автопоїздів є вдосконалювання їхніх аеродинамічних характеристик шляхом оптимізації конструктивних параметрів, що впливають на обтічність, у число яких входять:

- відпрацьовування форми кабіни в цілому і її лобової панелі з усуненням невеликих виступаючих елементів;

- зменшення величини перевищення кузова над кабіною;

- збільшення кута нахилу лобового скла кабіни;

- застосування вкороченої, обтічної, високої кабіни з розміщенням у її верхній частині спального місця водія;

- використання гладких суцільнометалевих кузовів та зменшення на них кількості невеликих конструктивних елементів;

- збільшення радіуса закруглення фронтальних крайок кабін (збільшеної висоти - до 75... 150 мм, високих обтічних - до 150.. .450 мм);

- зменшення відстані між кабіною й кузовом (для сідельних автопоїздів) і між тягачем і причепом (для причіпних) до мінімально необхідного для забезпечення кінематики повороту автопоїзда;

- оптимізація сполучення кабіни й кузови з урахуванням їх форми й взаємо­впливу при роботі в складі автопоїзда;

- зменшення відстані від переднього бампера до дороги й використання елементів плоского днища на тягачі для зниження аеродинамічних втрат у зоні під днищем;

- відпрацьовування систем забору й випуску повітря для охолодження двигуна й вентиляції кабіни;

- поліпшення характеру обтікання кормової частини автопоїзда для змен­шен­ня зони негативних тисків на задній стінці кузова та супутнього за ним сліду;

- застосування замість здвоєних коліс одинарних із широкопрофильними або низкопрофильними шинами, закритих нижніми бічними щитками.

Серед перерахованих конструктивних заходів щодо вдосконалювання аеродинаміки магістральних автопоїздів найбільш ефективним є поліпшення обтічності їхньої головної частини, що залежить від типу й форми кабіни.

В наш час спостерігається тенденція до використання на магістральних автопоїздах кабін збільшеної висоти, що мають істотно кращі показники обтічності, ніж серійні низькі. Це пояснюється більше досконалою формою їхньої лобової панелі, а також більшими радіусами закруглення фронтальних крайок. При цьому закруглення нижньої фронтальної крайки досягається установкою нижнього обтікача під переднім бампером.

Висока обтічна кабіна при правильно спроектованій лобовій панелі може мати безвідривне обтікання, а оскільки така кабіна має однакову з кузовом ширину й висоту, то при мінімізації зазору між ними створюються передумови для перетікания повітряного потоку з поверхні кабіни безпосередньо на дах і бічні стінки кузова. Висока кабіна забезпечує помітне зменшення аеродинамічного опору автопоїзда стосовно вихідною низкою у всьому діапазоні зміни кута набігання потоку. При цьому найбільше зниження коефіцієнта С_х аеродинамічного опору автопоїзда дає установка високої кабіни з еліптичною лобовою поверхнею й значними радіусами закруглення бічних фронтальних крайок.

Другим напрямком покращення обтічності магістральних автопоїздів є використання зовнішніх аеродинамічних пристроїв. Установка навісних аеродинамічних елементів дозволяє без зміни основних формотвірних елементів кабіни й кузови й без більших капіталовкладень істотно поліпшити аеродинамічні характеристики магістральних автопоїздів. Ефективність застосування зовнішніх аеродинамічних пристроїв визначається доцільністю їхньої установки на тому або іншому автопоїзді, а також правильністю вибору типу й місця розташування пристрою. У табл. 5.2 наведений перелік рекомендованих для використання на магістральних автопоїздах навісних аеродинамічних пристроїв і зазначений забезпечуваний ними ефект у частині покращення обтічності кабіни й кузова.

На рис. 5.5. показані зони установки навісних аеродинамічних елементів у сідловому й причіпному автопоїздах, а також величину зниження при цьому аеродинамічного опору. Установка комплектів навісних аеродинамічних елементів на сідловому й причіпному автопоїздах знижує значення їхнього коефіцієнта С_х аеродинамічного опору при нульовому куті набігання потоку на 41 і 45% відповідно. Слід зазначити, що значне зниження коефіцієнта С_х набіганні повітряного потоку забезпечується за рахунок установки задніх бічних щитків на кабіну й кузов та нижні бічні щитки на тягачі й причепі.

Таблиця 5.2

Аеродинамічні пристрої для установки на магістральні автопоїзди

Рис. 5.5. Схема установки аеродинамічних пристроїв на сідловому (а) та причіпному (б) автопоїздах і зниження коефіцієнта аеродинамічного опору Сх, що досягається при цьому

Можливе зниження коефіцієнта С_х автопоїздів сідлового й причіпного типу за рахунок доопрацювання їхньої форми й застосування зовнішніх аеродинамічних пристроїв показане на рис. 5.6.

Аеродинамічний опір є одним основних складових балансу потужностей та паливного балансу швидкісних автотранспортних засобів. При цьому частка витрат потужності й витрати палива на подолання аеродинамічного опору автомобіля залежить від його типу, ступеня обтічності, лобової площі, швидкості руху, параметрів атмосфери й повітряного потоку, що натікає. При більших швидкостях руху витрати потужності й палива на подолання аеродинамічних втрат значно зростають і стають переважними над іншими видами опору руху автомобіля.

Рис. 5.6. Зниження коефіцієнта С_х автопоїздів шляхом доопрацювання форми й застосування зовнішніх аеродинамічних пристроїв:

а - сідлового; б - причіпного

У табл. 5.3 наведені співвідношення опорів (аеродинамічного, коченню, втрат у трансмісії) руху легкового автомобіля й магістрального автопоїзда різного рівня обтічності при русі по бетонному шосе з різними швидкостями й відповід­ними витратами палива. Видно, що аеродинамічний опір легкового автомобіля при зазначених швидкостях руху значно вищий опору кочення й втрат у трансмісії. У міру покращення обтічності й зниження коефіцієнта С_х витрата палива на подолання аеродинамічного опору автомобіля зменшується.

Питома вага аеродинамічного опору магістрального автопоїзда й витрати пали­ва на його подолання з покращенням обтічності зменшуються. Із збільшен­ням швидкості аеродинамічний опір автопоїзда й витрата палива інтенсивно зростають.

Зниження аеродинамічного опору дозволяє підвищити продуктивність АТС. Як відомо, продуктивність АТС визначається кількістю перевезеного вантажу в тоннах або виконаній транспортній роботі в тонно пасажиро-кілометрах за одиницю часу. Таким чином, підвищення продуктивності забезпечується як збільшенням кількості перевезеного вантажу (пасажирів), так і ростом швидкості руху АТС. При цьому поряд з економією палива, зниження аеродинамічного опору дозволяє підвищити швидкісні й динамічні якості АТС, що впливають на продуктивність і середню технічну швидкість руху, що у свою чергу залежить від їхньої максимальної швидкості. Тому що зниження аеродинамічного опору дозволяє істотно підвищити максимальну швидкість АТС, та їхню продуктивність. Поліпшення обтічності кабіни й кузова сприяє підвищенню безпеки й екологічності автомобілів і автопоїздів.

Важливим питанням є також зниження забруднюваності автомобілів та автопоїздів і їхнього шкідливого впливу на навколишнє середовище. Магістральні автопоїзди, що рухаються по вологих автотрасах з високими швидкостями, інтенсивно забруднюються самі й створюють навколо себе значні по довжині вихрові потоки, які насичені суспензією бруду, що осідає на узбіччях та забруднює навколишнє середовище. Крім того, відзначені явища погіршують оглядовість із робочого місця водіїв автотранспортних засобів, що рухаються в транспортному потоці та знижують безпека руху. Основні причини цих явищ: наявність великої кількості незакритих коліс, підвищений тиск у зоні під днищем авто й знижений на даху кузова й кабіни, а також значні супутні вихори, що утворюються за автопоїздом.

З огляду на підвищений інтерес до питань безпеки руху й екології навколишнього середовища, у багатьох країнах проблеми зменшення розбризкування й забруднюваності автотранспортних засобів вирішуються законодавчим шляхом. Так, у Великобританії й ряді країн ЄС магістральні автопоїзди повинні бути обладнані спеціальними бризговиками, що втримують воду, яка відкидається колесами і бруд. Це досягається за рахунок застосування глибоких бризговиків, що охоплюють колеса по їхньому периметру й боковинах таким чином, що ступінь перекриття дорівнює висоту профілю шини. Внутрішня поверхня таких бризговиків вкрита спеціальним матеріалом - «поліетиленовою щетиною», що має голчасту внутрішню поверхню. При ударі води, що захоплюється колесами, до цих синтетичних голок, вони поглинають її кінетичну енергію й перешкоджають викиданню водяної суспензії з бризговиків, змушуючи її на поверхню дороги.

Помітний вплив на екологію й ергономіку автомобіля робить аеродинамічний шум. Аеродинамічний шум поділяють на внутрішній (в кабіні, салоні водія) і зовнішній. Внутрішній аеродинамічний шум визначає комфортність умов роботи водія й відноситься до ергономічних факторів, що впливають на безпеку руху. Зовнішній аеродинамічний шум визначає ступінь впливу автомобіля на навколишнє середовище і є екологічним чинником. Основними джерелами шуму є: двигун, його система живлення, забору повітря й викиду відпрацьованих газів; трансмісія; шини; поверхня кузова.

Загальний внутрішній шум рухомого АТЗ складається з 3-х основних складових: залишкового, аспіраторного й аеродинамічного.

Залишковий шум - це внутрішній шум, який створює двигун, система випуску газів, допоміжне устаткування, трансмісія, шини й залежить тільки від швидкості руху самого АТЗ.

Аспіраторний шум - це частина загального шуму в кабіні (салоні) АТЗ, що виникає через проникнення повітря крізь неякісні ущільнення вікон і дверей усередину кабіни (салону) або виходом за її межі. Цю частину шуму визначають при двох станах ущільнень вікон і дверей кабіни (салону): стандартному й герметизованому. Різниця між значеннями рівнів шуму для зазначених типів ущільнень і складе величину аспіраторного шуму.

Аеродинамічний шум - це різниця між загальним шумом, залишковим і аспіраторним. На відміну від залишкового, величина аеродинамічного шуму залежить від швидкості набігання повітряного потоку. Дослідженнями встановлено, що інтенсивність аеродинамічного шуму є функцією швидкісного напору у ступені 2,75.

У цілому є три основних джерела виникнення аеродинамічного шуму в салоні: місцевий відрив повітряного потоку від поверхні кузова; «гуркіт», що виникає при відкритих бічних стеклах або люку даху, при цьому стовп повітря усередині автомобіля збуджується зовнішнім потоком і салон стає резонатором; перетікання повітря через недостатнє ущільнення дверних прорізів, а також кришок капота й багажника.

Джерелом аеродинамічних шумів крім самого салону й кузова є й інші системи й елементи автомобіля (вентилятори, повітрезабірні й витяжні отвори, шини) через їх неоптимальну з погляду обтічності форми й наявності гострих фронтальних крайок і додаткових елементів на їхній поверхні.

Для зниження рівня зовнішнього й внутрішньогошуму необхідно поліпшувати обтічність автомобіля шляхом відпрацьовування форми кузова (кабіни) і збільшення радіуса закруглення їхніх фронтальних крайок.

Читайте також:

1. I визначення впливу окремих факторів
2. Аденогіпофіз, його гормони, механізм впливу
3. Аденогіпофіз, його гормони, механізм впливу, прояви гіпер- та гіпофункцій.
4. Адміністративні методи - це сукупність прийомів, впливів, заснованих на використанні об'єктивних організаційних відносин між людьми та загальноорганізаційних принципів управління.
5. Аеродинамічні властивості колісної машини
6. Активний вплив на проблему
7. Аналіз відхилень від нормативів та їх впливу на прибуток
8. Аналіз впливу постачальників
9. Аналіз впливу факторів на зміну сумми гуртової реалізації
10. Аналіз факторів впливу на обсяги виробництва суспільного продукту.
11. Аналіз факторів, що впливають на цінову політику.
12. Аналізатори людини та їхні властивості.

Переглядів: 1563