Absolvent Ganzy Yu

Absolvent Ganzy Yu.V.^1,2,

Dr. Portseva L.P.³,

Dr. Busygina E.L.²,

Dr.-Prof. Mitiukow N.W.^1,2

¹ Iževsk státní technická univerzita, Rusko

² Kama institut humanitních a strojírenská technologie, Rusko

³ Perm státní technická univerzita, Rusko

Problémy s nízkou rychlostí aerodynamiky

I v poměrně nedávné minulosti, byl aerodynamický styl založený pouze na teorie podobnosti a rozměrová analýza s využitím principu galilejské relativity, který umožňujepohyb těla, spíše než ve statickém prostředí prozkoumat ovinul rovnoměrné proudění kapaliny nebo plynu. Nutnou a postačující podmínkou této simulaci bylo dodržování zákonů podobnosti. Pokud jsou vyrobeny za účelem stanovení aerodynamických charakteristik letadla, odpovídajících polních podmínek, údaje získané v experimentu, je nutné znát pouze číselné hodnoty podobnosti kritérií. Nicméně, přesném dodržení nutné a postačující podmínky pro simulaci v laboratoři není možné ve většině případů, že ne všechny podobnosti kritéria konstantní, v aerodynamickém modelu experimentu je umístěn v proudu omezené velikosti, vzhledem k malému modelu není vždy možné reprodukovat všechny detaily na povrchu, a proto atd.

Vzhledem k rychlému nárůstu výkonu počítačů, jakož i vývoj výpočetních metod, které se nyní dostávají rozšířené metody výpočetních aerodynamiky. Pomocí nich můžete získat úplnější obraz o fyzikálních procesů probíhajících v toku, rozšířit rozsah simulovaných subjektů provádět hodnotící studie integrovaných funkcí. Výhody numerické simulace lze přičíst, a k dispozici výrobní aerodynamické vlastnosti (zejména pro nadzvukového režimu, což je velmi obtížné, aby experimentálně).

Je známo, že na základě kritéria stlačitelnosti vzduchu po letu zařazení rychlosti letadel: malé podzvukové rychlosti odpovídající М ≤ 0,4…0,6, ve kterém stlačitelnost vzduchu prakticky jen malý vliv na silné interakce mezi letadlem a životní prostředí; vysoká podzvukovou rychlost odpovídající М ≈ 0,6…0,9, ve kterémvliv stlačitelnosti na síly působení, je velmi důležité, aletepelné interakce je prakticky chybí, a nemohou být považovány za; transonic, také nazývaný transsonická, což odpovídá množství M ≈ 1; cverhzvukovye (M > 1), ve kterém designéři musí brát v úvahu nejen sílu, ale i tepelné interakce letadla a životní prostředí; nadzvuková rychlost odpovídající (M ≥ 5), ve kterém síla a tepelné interakce mezi letadlem a životní prostředí je tak intenzivní, že může být doprovázena chemickými a mechanickými interakcemi a může způsobit erozi a strhávání konstrukčního materiálu.

Nicméně, navzdory skutečnosti, že podzvukové stroje se objevil mnohem dříve nadzvukový, hlavní síla moderního výzkumu zaměřena především na nadzvukové oblasti. Na tomto obrázku, se pohybuje stanovit součinitel odporu pro Machovo číslo na čtyři náhodně vybrané v internetového výzkumu. Jak je vidět, pro všechny čtyři snímky zcela chybělrozsah odpovídající čísla M = 0…0,7 .

Závislost součinitele odporu na Machovo číslo

různých profilů s experimentálními daty

Opravdu,řada uvedeno číslo M, pro mnoho problémů, není rozhodující, ale výzkum v této oblasti může být základem pro celou řadu důležitých úkolů, jako je například optimalizace aerodynamickou konfiguraci letadla na provozní režim podzvukový let.

Na výročním světovém kongresu Společnosti automobilových inženýrů SAE, která se konala nedávno v Detroitu svou pozornost zpřísnění vládní nařízení na průměrné spotřeby paliva v sestavě v Americe a Evropě. Do roku 2020 se očekává pokles o 30%. V průměru je proces vývoje nových modelů od skici k plné prototypu trvá čtyři roky tak, aby automobilky byly v časové problémy. Chcete-li zůstat na trhu, budou mít čas, aby se technologický skok, a v těch obtížných tržních modelů segmentu hromadných.

Jak víte, velký vliv na spotřebu paliva má aerodynamiku vozu. Takže při rychlosti 33 km/h čtvrtina vyhořelého paliva, musí překonat odpor vzduchu, a 90 km/h - více než polovinu. Podle R. Tifenbahera, hlavní designér projektu kupé Mercedes Benz E- Klasse, číhá v aerodynamice obrovských rezerv ekonomiky. Věří, že vědci teprve na prahu pochopení složité "vítr" a alchymii vyráběných vozidel v příštích letech bude mít koeficient odporu vzduchu Cx ≈ 0,20.

První vážné pokusy v automobilovém aerodynamice začal poměrně nedávno - na začátku 70-h let. minulého století. Proto je velmi důležité, že olízl formu zahraničních modelů 1960-h jejich letadel stabilizátorů a ocas, aerodynamika jsou srovnatelné s obvyklým pole.

Nicméně, až do roku 1990-h při výpočtu aerodynamické vozy používat v závislosti získané v letectví , a jak bylo uvedeno výše, je rozsah M = 0…0,7 designéři nejsou příliš zájem téměř všechny známé metody předpokládá, že konstantní. Tento paradox jasně ukazují staré učebnice teorie vozu, také věří, že součinitel odporu vzduchu je konstantní.

Nicméně, učení metodou pokusu a omylu, do této doby bylo vytvořeno asi nejvíce aerodynamicky dokonalé vozy: jako první na světě EV-1 auto na elektrický pohon General Motors Corporation s Cx = 0,15 , a pilot s Sunracer Sx = 0,11.

Ale to rekordní auta, a konstrukce z obvyklých sériově vyráběných vozů, v procesu dokončování návrháři muset přijmout nevyhnutelné kompromisy. Někdynepřijatelně vysoký hluk v pozadí , nebo nedostatečně účinné větrání motoru, aby se obětovat několik setin koeficientu Cx.

Obtíže při "větrné disciplíny" je primárně kvůli složitosti plnohodnotných experimentů , ale v roce 1990-h tam byli první specializovaný počítačový program pro výpočet aerodynamiku vozu Computational Fluid Dynamics ( CFD). Takže od té doby měřítku experimentů lze provádět pouze na závěrečných fázích dokončování zjednodušování modelů, akustické studie, upřesnění malých forem a přiložených aerodynamických prvků.

Zákony upravující tok v zásadě popsat matematicky, což umožňuje další analýzu a vytváření virtuálních modelů interakce mezi vzduchem a karoserii auta. Předním softwarovým vývojářem v oblasti CFD je společnost Fluent Europe, která byla založena v roce 1983. Ona vytvořila tři hlavní programy pro virtuální design - plynulý, na denním pořádku a Nekton, používané předními společnostmi na celém světě.

Úkolem softwarový inženýr - Definice počáteční geometrie těla a sítě - sada uzlů na virtuálním tělem, které budou provedeny měření. Rastr rozděluje povrch těla na soubor prvků. První mřížky CFD programy byly správné, nebo strukturované. Čtyřbodový podmíněné obdélník tvořen který byl pak testován virtuální vzduchu. Ale je tu nynípříležitost vytvořit nepravidelnou mřížku, tvoří čtyřstěn, šestihrany a libovolného tvaru. To spolu se zvýšením rychlosti počítačů umožňuje přesnější měření vlastností složitých ploch. V případě problému v některých částech těla -nežádoucí turbulence, stání, nadměrné použití síly a tak dále, může odborník nakreslit mřížku, která je oddělena na tuto stránku a pokuste se najít optimální řešení.

Ale zatím, žádné plnohodnotných experimenty v aerodynamických tunelech nepostradatelná. S pomocí výpočtů lze dát k odpočinku všechny známé špatné konstrukční možnosti a učiní několik plnohodnotných modelů. A teprve pak se jim dokončit doladit tunelu. Takto můžete ušetřit cenný čas a spoustu peněz. V každém případě, oficiální koeficienty vlečných vozů - jsou podmíněné postavy . V roce 2008, kdy skupina zvědavých inženýrů "prohnal" jednoho a téhož modelu vozu ve všech 17 hlavních tunelů v Evropě, pak v žádném případě, že výsledky testů nesouhlasí - je rozdíl dosáhl 8%. Sebemenší zaváhání vlhkost, hustota a teplota,výška terénu nad mořem, tlak v pneumatikách a tak mít významný dopad na skutečnou tažení vozu. A zatímco počítačové programy, které nemají. Tak to je ještě stav v aerodynamice podzvukových rychlostí lze charakterizovat slovy slavného inženýra aerodynamiky korporace General Motors, který dal aerodynamika čtyři desetiletí: "Aerodynamika - je černá magie".