Շարժվող ճանապարհով աերոդինամիկ թունելներ. ինչու է ավտոմոբիլային աերոդինամիկայի տվյալներին անհրաժեշտ շարժվող մակերևույթ

Ճանապարհին ավտոմեքենան շարժվում է, իսկ գետինը մնում է անշարժ։ Աերոդինամիկ թունելում օդն է շարժվում, իսկ ավտոմեքենան և գետինը անշարժ են. հենց այս միակ շրջվածությունն էլ հանդիսանում է թունելային ցուցանիշների և իրականության միջև եղած տարբերության հիմնական պատճառը։

Շարժվող ճանապարհով աերոդինամիկ թունելը ստեղծված է այդ խնդիրը վերացնելու համար։ Ավտոմոբիլային աերոդինամիկայի մնացած բոլոր տարրերը՝ հատակի տակի հոսքը, անիվների հետքային հոսքերը, սառեցման համակարգի դիմադրությունը, հետնամասի ճնշման վերականգնումը, կախված են մակերևույթի ճիշտ մոդելավորումից։

---

1. Ինչպես է անշարժ հատակն ազդում ձեր տվյալների վրա

Անշարժ հատակի դեպքում թունելի հատակի երկայնքով ձևավորվում է սահմանային շերտ, որը հասնում է ավտոմեքենային։ Մեքենայի տակ մաքուր, լիարժեք արագությամբ օդի փոխարեն հատակի տակի հատվածը բախվում է դանդաղած, հաստացած հոսքի հետ։ Սա անմիջապես հանգեցնում է երեք հետևանքի.

• Հատակի տակի հոսքը սխալ է։ Լուսածերպի նկատմամբ զգայունությունը, դիֆուզորի արդյունավետությունը և հատակի եզրային պտույտները կախված են արագության այն պրոֆիլից, որն այլևս գոյություն չունի։
• Անիվների ազդեցությունը սխալ է։ Անշարժ անիվները ստեղծում են այլ հետքային հոսք, քան պտտվողները։ Անիվների և անվակամարների աերոդինամիկան կարող է կազմել ընդհանուր ճակատային դիմադրության զգալի մասը, և դրանցից ոչ մեկը ճիշտ չի ներկայացվում։
• Հետքային հոսքը սխալ է։ Հատակի տակի և անիվների սխալները փոխանցվում են հոսքն ի վար և փոխում են բազային ճնշումը, որը հանդիսանում է ճանապարհային ավտոմեքենաների մեծ մասի ճակատային դիմադրության գլխավոր գործոնը։

Արդյունքում ստացվում է սխալ կոնֆիգուրացիայի կրկնվող չափում։ Կրկնելիությունն առանց ճշգրտության հենց այն է, ինչի պատճառով ծրագրերն ի վերջո օպտիմալացնում են մի ավտոմեքենա, որը գոյություն ունի միայն թունելում։

---

2. Մակերևույթի մոդելավորման աստիճանները

Մակերևույթի մոդելավորումը ոչ թե մեկ առանձին գործառույթ է, այլ քայլերի հաջորդականություն, և ժամանակակից համալիրները կառուցվում են այնպես, որ դրանք հնարավոր լինի ակտիվացնել հերթով. սա նաև թույլ է տալիս գնահատել յուրաքանչյուրի արժեքը։ Օրինակ՝ Շտուտգարտի համալսարանի IVK (Ներքին այրման շարժիչների և ավտոմոբիլային ճարտարագիտության ինստիտուտ) թունելներում հաջորդականությունը փաստագրված է հետևյալ կերպ. առանց մակերևույթի մոդելավորման, այնուհետև սահմանային շերտի արտածծում, հետո կենտրոնական ժապավեն, ապա անիվների պտույտ՝ մինի-ժապավեններով։

Սահմանային շերտի արտածծում (BLS)։ Հոսքն ի վեր տեղադրված օդառիչը և բաշխված արտածծումը հեռացնում են հատակի սահմանային շերտը նախքան այն կհասնի ավտոմեքենային։ Պատամերձ հոսքը վերականգնելու համար կարող է ավելացվել տանգենցիալ փչում։ Միայն սա վերացնում է սխալի մեծ մասը և հանդիսանում է ամենաէժան քայլը։

Կենտրոնական ժապավեն։ Ավտոմեքենայի կենտրոնական առանցքի տակ գտնվող շարժվող ժապավենն ապահովում է ճիշտ հարաբերական շարժում այնտեղ, որտեղ ձևավորվում է հատակի տակի հոսքը։

Անիվների պտույտ մինի-ժապավեններով։ Չորս փոքր ժապավեններ՝ յուրաքանչյուր անիվի տակ մեկական, պտտում են անիվները, մինչդեռ ավտոմեքենան մնում է ամրացված։ Կենտրոնական ժապավենի հետ միասին սա կազմում է 5-ժապավենային համակարգը , որն այսօր օգտագործվում է սերիական ավտոմեքենաների լիամասշտաբ թունելների մեծ մասում։

Մեկ լայն ժապավեն։ Մեկ ժապավեն ամբողջ ավտոմեքենայի տակ, ընդ որում մեքենան պահվում է վերևից ամրացված հենասյուներով կամ անիվների հանգույցների ամրակներով։ Սա ամենաճշգրիտ մոդելավորումն է և պահանջում է առավելագույնը՝ ժապավենի բարձր արագություն և հզորություն, սառեցում, օդային առանցքակալներ, ձգվածության ճշգրիտ վերահսկում և հավասարակշռման համակարգ, որն աշխատում է ժապավենի շուրջ։ Ավտոսպորտի և հատուկ աերոդինամիկ մշակումների համալիրները նախընտրում են հենց այս տարբերակը։

---

3. Արգելափակում. խնդրի մյուս կեսը

Փորձարկման հատվածում գտնվող ավտոմեքենան զբաղեցնում է հոսքի մակերեսի զգալի մասը։ Փակ հատվածում դա սահմանափակում է հոսքագծերը և բարձրացնում տեղային արագությունը՝ գերագնահատելով ուժերը։ Բաց շիթով (open-jet) հատվածում շիթը կարող է ընդարձակվել, սակայն շիթի սահմանին ձևավորվում է շեղման շերտ, որի անկայունությունները կարող են առաջացնել ռեզոնանս՝ փոխելով ճնշման բաշխումը փորձարկման հատվածում։

Այս երևույթներից ոչ մեկը թերություն չէ, որը պետք է վերացվի. երկուսն էլ ֆիզիկական օրինաչափություններ են, որոնք պետք է ճշգրտվեն։ Ավտոմոբիլային պրակտիկայում կիրառվում են Մերկերի, Վիդեմանի, Կուպերի և նրանց գործընկերների կողմից մշակված ճշգրտման մեթոդները, որոնք հաշվի են առնում ծայրափողի ինտերֆերենցիան, շիթի ընդարձակումն ու շեղումը, կոլեկտորի ինտերֆերենցիան և ստատիկ ճնշման գրադիենտը փորձարկման հատվածի երկայնքով, և որոնք ապացուցել են, որ չափված ճակատային դիմադրության գործակիցները մոտեցնում են ճանապարհային իրական արժեքներին։

Գործնական հետևանքը անհարմար է, բայց կարևոր. ճակատային դիմադրության գործակիցը միայն ավտոմեքենայի հատկանիշ չէ։ Այն ավտոմեքենայի, թունելի, մակերևույթի մոդելավորման վիճակի և ճշգրտման մեթոդի համատեղ հատկանիշն է։ Մի համալիրի Cd-ն մյուսի Cd-ի հետ համեմատելը՝ առանց այս չորս գործոններն իմանալու, տարածված և թանկ արժեցող սխալ է։

Ցուցանիշ նշելիս նշեք նաև կոնֆիգուրացիան։ Իսկ այն ստանալիս՝ պահանջեք դա։

---

4. Էլ ի՞նչ հնարավորություններ է ընձեռում շարժվող մակերևույթը

Երբ մակերևույթի մոդելավորումն առկա է, նույն համալիրում իմաստալից են դառնում մի շարք այլ չափումներ.

• Սառեցման համակարգի դիմադրություն և ջերմային կառավարում։ Դիմային օդառիչի, ջերմափոխանակիչների բլոկի և շարժիչի կամ մարտկոցի խցիկի միջով անցնող օդահոսքն իրատեսորեն է դրսևորվում միայն հատակի տակի ճիշտ հոսքի դեպքում, ինչը գնալով ավելի կարևոր հարց է դառնում էլեկտրամոբիլների համար։
• Ամբարձիչ ուժ և հավասարակշռության բաշխում։ Առջևի և հետևի ամբարձիչ ուժերը, ինչպես նաև դրանց փոփոխությունը լուսածերպի փոփոխության հետ, այն ցուցանիշներն են, որոնք որոշում են կայունությունը բարձր արագությունների դեպքում։
• Աերոակուստիկա։ Քամու աղմուկի գնահատումը պահանջում է, որ հոսքի դաշտը լինի ճիշտ, իսկ թունելի սեփական աղմուկի մակարդակը՝ ցածր։
• Աղտոտում և ջրի հեռացում։ Ցայտերի ուղղությունը կախված է անիվների պտույտից։

---

5. Ազդեցությունը համալիրի նախագծման վրա

Եթե դուք նախագծում կամ արդիականացնում եք նման համալիր, մակերևույթի մոդելավորման համակարգը զարմանալիորեն մեծ ազդեցություն է ունենում նախագծման վրա.

• Ժապավենի արագություն, հզորություն և սառեցում։ Ժամեր շարունակ ճանապարհային արագությամբ աշխատող ժապավենները ջերմություն են արտադրում և պահանջում են ձգվածության ու հետագծի ճշգրիտ վերահսկում։
• Հավասարակշռման համակարգի ինտեգրում։ Ուժերի չափման համակարգը պետք է աշխատի ժապավենների, անիվների ամրակների և արտածծող խցիկների շուրջ՝ առանց բեռնվածքի փոխանցման ուղին խաթարելու։
• Արտածծող կայան։ Սահմանային շերտի հեռացումը օդի մշակման լիարժեք համակարգ է, այլ ոչ թե պարզապես ճեղք։
• Հատվածի երկրաչափություն և ճշգրտման ռազմավարություն։ Բաց շիթով (open-jet) կամ փակ հատվածի ընտրությունը որոշում է, թե որ ճշգրտման մեթոդն եք կիրառելու, և որքանով համադրելի կլինեն ձեր տվյալներն այլ տվյալների հետ։
• Մասշտաբ։ Փոքրացված մասշտաբով թունելները (սովորաբար 1:2-ից 1:4) ապահովում են շատ ավելի շատ փորձարկման ժամեր մեկ միավոր էներգիայի դիմաց և լայնորեն կիրառվում են մշակման փուլում, մինչդեռ լիամասշտաբ թունելները վերապահվում են վավերացման համար։

Կոնտուրի ճարտարապետության ընդհանուր փոխզիջումներն այստեղ նույնպես կիրառելի են, ինչպես ամենուր. տե՛ս

փակ կոնտուրով և բաց կոնտուրով թունելների համեմատությունը

և մեր

աերոդինամիկ թունելների տեսակների համեմատությունը

։

---

6. Հինգ սխալ

• Չճշգրտված ցուցանիշների համեմատում։ Երկու թունել, երկու ճշգրտման մեթոդ, մեկ անիմաստ համեմատություն։
• Cd-ի ներկայացում առանց մակերևույթի մոդելավորման վիճակի նշման։ «Միայն BLS-ով» և «5-ժապավենային, պտտվող անիվներով» տարբերակները աերոդինամիկ տեսանկյունից տարբեր ավտոմեքենաներ են։
• Ճնշման գրադիենտի անտեսում։ Փորձարկման հատվածի երկայնքով ստատիկ ճնշման գրադիենտը ստեղծում է հորիզոնական արքիմեդյան ուժ, որն ուղղակիորեն արտացոլվում է ճակատային դիմադրության մեջ։
• Փորձարկում սխալ լուսածերպի պայմաններում։ Աերոդինամիկ բեռնվածքները փոխում են լուսածերպը, ինչն էլ իր հերթին փոխում է աերոդինամիկ բեռնվածքները։ Ստատիկ երկրաչափությունը շարժման երկրաչափությունը չէ։
• CFD-ի կոռելյացիայի ձախողումների դիտարկում որպես CFD-ի սխալներ։ Հաճախ մոդելավորումը ճիշտ է լինում, իսկ թունելի կոնֆիգուրացիան չի համապատասխանում մոդելավորման ենթադրություններին։

---

7. Ինտեգրում նախագծման փուլում

Մակերևույթի մոդելավորումը պարզապես լրացուցիչ աքսեսուար չէ. այն ավտոմոբիլային թունելի այն մասն է, որը որոշում է՝ արդյոք տվյալները նկարագրում են ճանապարհային ավտոմեքենա, թե ոչ։ Վաղ փուլում որոշեք, թե որ մակարդակն է ձեզ անհրաժեշտ՝ միայն արտածծում, 5-ժապավենային, թե մեկ ժապավեն, քանի որ յուրաքանչյուրը ենթադրում է տարբեր կառուցվածք, հզորություն, սառեցում և հավասարակշռման համակարգի դիզայն։

Մենք նախագծում, արտադրում և շահագործման ենք հանձնում հատուկ թունելներ՝ հիմնված չափումների ծրագրի վրա, որտեղ մակերևույթի մոդելավորումը, հավասարակշռման համակարգը և չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումները ինտեգրվում են աերոդինամիկ հայեցակարգի սկզբնական փուլից, այլ ոչ թե ավելացվում հետագայում։

Ասեք մեզ, թե ինչ ավտոմեքենաներ և արագություններ է անհրաժեշտ փորձարկել , և մենք կառաջարկենք հայեցակարգ՝ հատվածի տեսակը, մակերևույթի մոդելավորման մակարդակը, շարժաբերի հզորությունը և զբաղեցրած տարածքը։

---

Աղբյուրներ և նշումներ

• 5-ժապավենային ճանապարհի մոդելավորում՝ սահմանային շերտի արտածծմամբ, տանգենցիալ փչմամբ և անիվների պտտման չորս միավորներով, ինչպես նաև ակտիվացման քայլ առ քայլ հաջորդականությունը (առանց մակերևույթի մոդելավորման → սահմանային շերտի արտածծում → կենտրոնական ժապավեն → անիվների պտույտ). "The New 5-Belt Road Simulation System of the IVK Wind Tunnels", SAE 2003-01-0429:
• Բաց շիթով (open-jet) ճշգրտման պրակտիկա, ներառյալ ծայրափողի ինտերֆերենցիան, շիթի ընդարձակումն ու շեղումը, կոլեկտորի ինտերֆերենցիան և ստատիկ ճնշման գրադիենտի ազդեցությունները. "The necessity for boundary corrections in a standard practice for the open-jet wind tunnel testing of automobiles":
• Շեղման շերտի անկայունություններ և ռեզոնանս բաց շիթով ավտոմոբիլային փորձարկման հատվածներում. Hu et al., "The low frequency pressure pulsation and control of the open-jet wind tunnel", Scientific Reports 12, 19090 (2022):
• Մակերևույթի մոդելավորման և արգելափակման գործակցի ազդեցությունը ավտոմեքենայի կանխատեսվող աերոդինամիկայի վրա. MDPI Vehicles, 2(2), 18:
• Մոտավորապես 1:2-ից 1:4 փոքրացված մասշտաբի միջակայքերն արտացոլում են ոլորտի ընդհանուր պրակտիկան և տարբերվում են ըստ համալիրի:
• Համալիրի նախագծման ուղեցույցը հիմնված է TunnelTech-ի ճարտարագիտական պրակտիկայի վրա: