მოძრავი გზის მქონე ქარის გვირაბები: რატომ სჭირდება საავტომობილო აეროდინამიკურ მონაცემებს მოძრავი ზედაპირი

გზაზე ავტომობილი მოძრაობს, ხოლო ზედაპირი უძრავია. ქარის გვირაბში ჰაერი მოძრაობს, ავტომობილიც და ზედაპირიც კი უძრავია — სწორედ ეს ერთადერთი ინვერსია განაპირობებს გვირაბის მონაცემებსა და რეალობას შორის არსებული სხვაობის უდიდეს ნაწილს.

მოძრავი გზის მქონე ქარის გვირაბი სწორედ ამ პრობლემის აღმოსაფხვრელად არსებობს. საავტომობილო აეროდინამიკაში ყველაფერი დანარჩენი — ძარის ქვედა ნაკადი, ბორბლების აეროდინამიკური კვალი, გაგრილების წინაღობა, უკანა ნაწილში წნევის აღდგენა — დამოკიდებულია ზედაპირის სწორ სიმულაციაზე.

---

1. რას უშვრება უძრავი იატაკი თქვენს მონაცემებს

ფიქსირებული იატაკის შემთხვევაში, საზღვრული შრე იზრდება გვირაბის იატაკის გასწვრივ და აღწევს ავტომობილამდე. ავტომობილის ქვეშ სუფთა, სრული სიჩქარის მქონე ჰაერის ნაცვლად, ძარის ქვედა ნაწილში ხვდება შენელებული, გასქელებული ნაკადი. ამას მყისიერად მოსდევს სამი შედეგი:

• ძარის ქვედა ნაკადი არასწორია. კლირენსისადმი მგრძნობელობა, დიფუზორის წარმადობა და იატაკის კიდეების მორევები დამოკიდებულია სიჩქარის პროფილზე, რომელიც იქ აღარ არსებობს.
• ბორბლები არასწორია. უძრავი ბორბლები წარმოქმნის განსხვავებულ აეროდინამიკურ კვალს, ვიდრე მბრუნავი. ბორბლებისა და თვლების თაღების აეროდინამიკამ შეიძლება შეადგინოს საერთო წინაღობის მნიშვნელოვანი წილი და არცერთი მათგანი არ არის სწორად წარმოდგენილი.
• აეროდინამიკური კვალი არასწორია. ძარის ქვედა ნაწილისა და ბორბლების შეცდომები გადადის ნაკადის მიმართულებით და ცვლის ბაზისურ წნევას — ფაქტორს, რომელიც დომინირებს საგზაო ავტომობილების უმეტესობის აეროდინამიკურ წინაღობაში.

შედეგი არის არასწორი კონფიგურაციის განმეორებადი გაზომვა. განმეორებადობა სიზუსტის გარეშე არის ზუსტად ის, თუ როგორ ასრულებენ პროგრამები ისეთი ავტომობილის ოპტიმიზაციას, რომელიც მხოლოდ გვირაბში არსებობს.

---

2. ზედაპირის სიმულაციის საფეხურები

ზედაპირის სიმულაცია არ არის ერთი კონკრეტული ფუნქცია, არამედ საფეხურების სერიაა და თანამედროვე ობიექტები ისეა აგებული, რომ მათი გააქტიურება სათითაოდ შეიძლება — სწორედ ასე ხდება თითოეული მათგანის ღირებულების რაოდენობრივი შეფასება. მაგალითად, IVK-ს ქარის გვირაბებში (შტუტგარტის უნივერსიტეტის შიგაწვის ძრავებისა და საავტომობილო ინჟინერიის ინსტიტუტი), თანმიმდევრობა დოკუმენტირებულია შემდეგნაირად: ზედაპირის სიმულაციის გარეშე, შემდეგ საზღვრული შრის შეწოვა, შემდეგ ცენტრალური ლენტი, შემდეგ ბორბლების ბრუნვა მინი-ლენტებით.

საზღვრული შრის შეწოვა (BLS). ამომღები და განაწილებული შეწოვა ნაკადის ზედა ნაწილში აშორებს იატაკის საზღვრულ შრეს, სანამ ის ავტომობილამდე მიაღწევს. კედელთან ახლოს ნაკადის ხელახლა გასააქტიურებლად შეიძლება დაემატოს ტანგენციალური დაბერვა. მხოლოდ ეს აღადგენს შეცდომის დიდ ნაწილს და წარმოადგენს ყველაზე იაფ საფეხურს.

ცენტრალური ლენტი. ავტომობილის ცენტრალური ხაზის ქვეშ მოძრავი ლენტი უზრუნველყოფს სწორ ფარდობით მოძრაობას იქ, სადაც ძარის ქვედა ნაკადი გადის.

ბორბლების ბრუნვა მინი-ლენტებით. ოთხი პატარა ლენტი, თითოეული ბორბლის ქვეშ, აბრუნებს ბორბლებს, სანამ ავტომობილი დამაგრებულია. ცენტრალურ ლენტთან ერთად ეს ქმნის 5-ლენტიან სისტემას , კონფიგურაციას, რომელსაც დღეს იყენებს სრული მასშტაბის სერიული ავტომობილების გვირაბების უმეტესობა.

ერთიანი განიერი ლენტი. ერთი ლენტი მთელი ავტომობილის ქვეშ, სადაც ავტომობილი დაჭერილია ზემოდან საყრდენებით ან ბორბლების კერის სამაგრებით. ეს არის ყველაზე ზუსტი სიმულაცია და მოითხოვს ყველაზე მეტს: ლენტის მაღალ სიჩქარესა და სიმძლავრეს, გაგრილებას, ჰაერის საკისრებს, დაჭიმულობის ზუსტ კონტროლს და ბალანსის სისტემას, რომელიც მუშაობს ლენტის გარშემო. მოტორსპორტისა და სპეციალიზებული აეროდინამიკური განვითარების ობიექტები უპირატესობას სწორედ მას ანიჭებენ.

---

3. ბლოკირება: პრობლემის მეორე ნახევარი

სატესტო მონაკვეთში ავტომობილი ანაცვლებს ნაკადის ფართობის მნიშვნელოვან ნაწილს. დახურულ მონაკვეთში ეს ზღუდავს ნაკადის ხაზებს და ზრდის ლოკალურ სიჩქარეს, რაც აჭარბებს ძალებს. ღია ჭავლის მონაკვეთში ჭავლს შეუძლია გაფართოება, მაგრამ ჭავლის საზღვარზე იქმნება ძვრის შრე და მისმა არასტაბილურობამ შეიძლება გამოიწვიოს რეზონანსი, რომელიც ცვლის წნევის განაწილებას სატესტო მონაკვეთში.

არცერთი ქცევა არ არის აღმოსაფხვრელი დეფექტი — ორივე მათგანი ფიზიკაა, რომელიც უნდა დაკორექტირდეს. საავტომობილო პრაქტიკა შეჯერდა მერკერის, ვიდემანის, კუპერისა და მათი კოლეგების მიერ შემუშავებულ კორექტირების მეთოდებზე, რომლებიც ითვალისწინებს საქშენის ინტერფერენციას, ჭავლის გაფართოებასა და გადახრას, კოლექტორის ინტერფერენციას და სტატიკური წნევის გრადიენტს სატესტო მონაკვეთის გასწვრივ, და რომლებმაც აჩვენეს, რომ გაზომილი აეროდინამიკური წინაღობის კოეფიციენტები უახლოვდება საგზაო მნიშვნელობებს.

პრაქტიკული მნიშვნელობა არაკომფორტული და მნიშვნელოვანია: აეროდინამიკური წინაღობის კოეფიციენტი არ არის მხოლოდ ავტომობილის თვისება. ეს არის ავტომობილის, გვირაბის, ზედაპირის სიმულაციის მდგომარეობისა და კორექტირების მეთოდის თვისება. ერთი ობიექტიდან მიღებული Cd-ს შედარება მეორესთან ოთხივე ფაქტორის ცოდნის გარეშე გავრცელებული და ძვირადღირებული შეცდომაა.

მონაცემის მოყვანისას, მიუთითეთ კონფიგურაცია. მისი მიღებისას კი, მოითხოვეთ იგი.

---

4. კიდევ რის შესაძლებლობას იძლევა მოძრავი ზედაპირი

მას შემდეგ, რაც ზედაპირის სიმულაცია იარსებებს, იმავე ობიექტში რამდენიმე სხვა გაზომვაც იძენს აზრს:

• გაგრილების წინაღობა და თერმული მართვა. წინა შემშვებში, თბომცვლელების ბლოკსა და ძრავის ან ელემენტის განყოფილებაში გამავალი ჰაერის ნაკადი რეალისტურად იქცევა მხოლოდ ძარის ქვედა სწორი ნაკადის პირობებში — რაც სულ უფრო დომინანტური საკითხია ელექტრომობილებში.
• ამწევი ძალა და ბალანსის განაწილება. წინა და უკანა ამწევი ძალა და მათი ცვლილება კლირენსთან ერთად, არის ის მაჩვენებლები, რომლებიც განსაზღვრავს მაღალ სიჩქარეზე სტაბილურობას.
• აეროაკუსტიკა. ქარის ხმაურის შეფასება მოითხოვს ნაკადის ველის სისწორეს და თავად გვირაბის ხმაურის დონის სიმცირეს.
• დაბინძურება და წყლის მართვა. სად მიდის შხეფები, დამოკიდებულია ბორბლების ბრუნვაზე.

---

5. გავლენა ობიექტზე

თუ თქვენ აკონკრეტებთ ან აუმჯობესებთ ასეთ ობიექტს, ზედაპირის სიმულაციის სისტემა განსაზღვრავს დიზაინის გასაოცრად დიდ ნაწილს:

• ლენტის სიჩქარე, სიმძლავრე და გაგრილება. საგზაო სიჩქარით საათობით მომუშავე ლენტები გამოიმუშავებს სითბოს და მოითხოვს დაჭიმულობისა და მიმართულების ზუსტ კონტროლს.
• ბალანსის ინტეგრაცია. ძალის საზომმა სისტემამ უნდა იმუშაოს ლენტების, ბორბლების სამაგრებისა და შემწოვი კამერების გარშემო დატვირთვის გზის დაბინძურების გარეშე.
• შემწოვი დანადგარი. საზღვრული შრის მოცილება არის ჰაერის დამუშავების რეალური სისტემა და არა უბრალოდ ჭრილი.
• მონაკვეთის გეომეტრია და კორექტირების სტრატეგია. ღია ჭავლის თუ დახურული მონაკვეთის არჩევა არის გადაწყვეტილება, რომელიც განსაზღვრავს, თუ რომელი კორექტირების მეთოდით მოგიწევთ მუშაობა და რამდენად შედარებადი იქნება თქვენი მონაცემები სხვებთან.
• მასშტაბი. შემცირებული მასშტაბის გვირაბები (ჩვეულებრივ 1:2-დან 1:4-მდე) უზრუნველყოფს გაცილებით მეტ სატესტო საათს ენერგიის ერთეულზე და ფართოდ გამოიყენება განვითარებისთვის, ხოლო სრული მასშტაბი დარეზერვებულია ვალიდაციისთვის.

კონტურის არქიტექტურის ზოგადი კომპრომისები აქაც ისევე მოქმედებს, როგორც ყველგან — იხილეთ

დახურული კონტურის და ღია კონტურის ქარის გვირაბები

და ჩვენი

ქარის გვირაბების ტიპების შედარება

.

---

6. ხუთი შეცდომა

• დაუკორექტირებელი მონაცემების შედარება. ორი გვირაბი, კორექტირების ორი მეთოდი, ერთი უაზრო შედარება.
• Cd-ს მოხსენება ზედაპირის სიმულაციის მდგომარეობის გარეშე. „მხოლოდ BLS-ით“ და „5-ლენტიანი, მბრუნავი ბორბლებით“ აეროდინამიკურად სხვადასხვა ავტომობილებია.
• წნევის გრადიენტის იგნორირება. სტატიკური წნევის გრადიენტი სატესტო მონაკვეთის გასწვრივ ქმნის ჰორიზონტალურ ამომგდებ ძალას, რომელიც პირდაპირ აისახება აეროდინამიკურ წინაღობაში.
• ტესტირება არასწორ კლირენსზე. აეროდინამიკური დატვირთვები ცვლის კლირენსს, რაც თავის მხრივ ცვლის აეროდინამიკურ დატვირთვებს. სტატიკური გეომეტრია არ არის ფრენის გეომეტრია.
• CFD კორელაციის შეცდომების CFD-ს შეცდომებად მიჩნევა. ხშირად სიმულაცია სწორია, ხოლო გვირაბის კონფიგურაცია არ იყო ისეთი, როგორსაც სიმულაცია ვარაუდობდა.

---

7. მისი ინტეგრირება

ზედაპირის სიმულაცია არ არის აქსესუარი; ეს არის საავტომობილო გვირაბის ის ნაწილი, რომელიც წყვეტს, აღწერს თუ არა მონაცემები საგზაო ავტომობილს. ადრევე გადაწყვიტეთ, რომელი დონე გჭირდებათ — მხოლოდ შეწოვა, 5-ლენტიანი თუ ერთიანი ლენტი — რადგან თითოეული მათგანი გულისხმობს განსხვავებულ სტრუქტურას, სიმძლავრეს, გაგრილებასა და ბალანსის დიზაინს.

ჩვენ ვაპროექტებთ, ვაწარმოებთ და ექსპლუატაციაში შეგვყავს სპეციალური გვირაბები გაზომვის პროგრამის მიხედვით, სადაც ზედაპირის სიმულაცია, ბალანსი და გაზომვითი აპარატურა ინტეგრირებულია აეროდინამიკური კონცეფციიდანვე და არა დამატებულია მოგვიანებით.

გვითხარით, რომელი ავტომობილების და რა სიჩქარეების ტესტირება გჭირდებათ , და ჩვენ დაგიბრუნებთ კონცეფციას: მონაკვეთის ტიპს, ზედაპირის სიმულაციის დონეს, ამძრავის სიმძლავრესა და დაკავებულ ფართობს.

---

წყაროები და შენიშვნები

• 5-ლენტიანი გზის სიმულაცია საზღვრული შრის შეწოვით, ტანგენციალური დაბერვითა და ოთხი ბორბლის მბრუნავი ერთეულით, და ეტაპობრივი გააქტიურების თანმიმდევრობით (ზედაპირის სიმულაციის გარეშე → საზღვრული შრის შეწოვა → ცენტრალური ლენტი → ბორბლების ბრუნვა): "The New 5-Belt Road Simulation System of the IVK Wind Tunnels", SAE 2003-01-0429.
• ღია ჭავლის კორექტირების პრაქტიკა, მათ შორის საქშენის ინტერფერენცია, ჭავლის გაფართოება და გადახრა, კოლექტორის ინტერფერენცია და სტატიკური წნევის გრადიენტის ეფექტები: "The necessity for boundary corrections in a standard practice for the open-jet wind tunnel testing of automobiles".
• ძვრის შრის არასტაბილურობა და რეზონანსი ღია ჭავლის საავტომობილო სატესტო მონაკვეთებში: Hu et al., "The low frequency pressure pulsation and control of the open-jet wind tunnel", Scientific Reports 12, 19090 (2022).
• ზედაპირის სიმულაციისა და ბლოკირების კოეფიციენტის ეფექტები ავტომობილის პროგნოზირებულ აეროდინამიკაზე: MDPI Vehicles, 2(2), 18.
• შემცირებული მასშტაბის დიაპაზონები დაახლოებით 1:2-დან 1:4-მდე ასახავს ინდუსტრიის საერთო პრაქტიკას და განსხვავდება ობიექტების მიხედვით.
• ობიექტის დიზაინის სახელმძღვანელო წარმოადგენს TunnelTech-ის საინჟინრო პრაქტიკას.