OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA

Transcript

1 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA

2 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Pretpostavke Bernulijeve jednačine: Nestišljiv fluid Konzervacija energije p DIN + p ST = p TOT = const Prema: T.D. Gillespie ρ v + p ST = p TOT = const U udaljenoj zoni neporemećenog strujanja p ST = p atm, v = v ρ - gustina vazduha Koliko je p TOT? Idealizovane pretpostavke ne važe u stvarnosti! (fluid je stišljiv; nema konzervacije energije postoje gubici) ρ v + p atm = p TOT

3 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Analiza gradijenta pritiska pri strujanju fluida oko objekta, za pretpostavke Bernulijeve jednačine: Ovde pritisak mora biti p ST < p atm, kako bi se strujnice savile konveksno naniže (iznad vlada p atm ) Iznad područja se nalaze nedeformisane strujnice, gde je p ST = p atm ; stoga u području mora biti p ST > p atm, kako bi se strujnice savile konkavno naviše v = v p ST = p atm OBLIK STRUJNICA RASPORED PRITISAKA

4 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Analiza gradijenta pritiska pri strujanju fluida oko objekta v>v p ST <p atm VAKUM v=v p ST =p atm v<v p ST >p atm NADPRITISAK v=0 p ST =p TOT ρ v + p ST = p TOT = const SIMETRIČAN RASPORED PRITISAKA F rez =0! BEZ OBZIRA NA OBLIK TELA! ( DALAMBEROV PARADOKS )

5 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA U PRISUSTVU TRENJA SITUACIJA SE MENJA! Trenje nema konzervacije energije ne važi Bernulijeva jednačina Formiranje graničnog sloja: v(z)<v strujanje viskoznog fluida uz čvrsti objekat z Strujanje uz površinu Debljina graničnog sloja raste po x-osi Uniformno strujanje se približava površini objekta

6 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Porast debljine graničnog sloja Promena profila brzina Odvajanje graničnog sloja PREDNJA STRANA: Povoljan gradijent pritiska (potiskuje fluid duž gr. sloja sprečava porast δ) GORE I NAZAD: Nepovoljan gradijent pritiska Podstiče porast δ Odvajanje G.S.

7 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Odvajanje graničnog sloja potpritisak na zadnjoj strani, manifestacija: intenzivno vrtloženje Razlika u pritiscima (tj. razlika u veličinama površina izloženim pritisku) rezultujuća sila otpora kretanja OTPOR OBLIKA Dodatni otpor: OTPOR TRENJA DVA UZROKA OTPORA VAZDUHA

8 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Šematski prikaz opstrujavanja vozila Dva uzroka pojave otpora vazduha: Razlika pritisaka 90% (otpor oblika) Izvor: Mitschke Trenje vazduha i vozila 10%

9 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Razlika u veličinama površina izloženih pritisku Izvor: Walentowitz

10 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Izvor: Race car aerodynamics

11 OSNOVI AERODINAMIKE DRUMSKIH VOZILA Raspodela pritisaka primer

12 IZRAČUNAVANJE OTPORA VAZDUHA p DIN = ρ v A NAPRED > A NAZAD F p ΔA Uvodi se empirijski koeficijent c W : F W = c W A ρ v - SILA OTPORA VAZDUHA c W koeficijent OTPORA OBLIKA vozila (ali uzima u obzir i otpor trenja! zbog eksperimentalnog načina određivanja) F W = 0,0473 c W A v za: ρ=1.5 kg/m 3, w=60 %, t=15 o C F W (N), c W (-), A(m ), v(km/h)

13 IZRAČUNAVANJE OTPORA VAZDUHA ORIJENTACIONE VREDNOSTI Cw Današnja putnička vozila 0,3 Dostavna vozila 0,4 0,6 (zatvorena ili otvprena karoserija?) Kamioni 0,6 1 (spojleri, različite forme tovarnog prostora) Bicikli, motocikli 0,5 0,9 (uticaj oklopa i položaja vozača) Formula 1 0,7 1,1 (podešenost spojlera)

14 IZRAČUNAVANJE OTPORA VAZDUHA [

15 IZRAČUNAVANJE OTPORA VAZDUHA - REZIME F p ΔA Odvajanje graničnog sloja površina izložena dejstvu pritiska veća na prednjoj nego na zadnjoj strani vozila Karakter strujanja zavisi od oblika vozila Otporu vazduha u manjoj meri doprinosi i trenje F W c W A ρ v = OSNOVNE JEDINICE F W = 0,0473 c W A v F W (N), c W (-), A(m ), v(km/h) za: ρ=1.5 kg/m 3, w=60 %, t=15 o C

16 ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA c W Eksperimentalno vazdušni tunel Modeliranjem CFD Primer za CFD softver: STAR-CCM+ FTN Katedra za mehaniku fluida

17 ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA c W

18 UTICAJ AERODINAMIČKIH SILA NA OSOVINSKA OPTEREĆENJA F REZ Rezultujuća sila u opštem slučaju nije horizontalna!

19 UTICAJ AERODINAMIČKIH SILA NA OSOVINSKA OPTEREĆENJA F W F REZ F Z r F REZ = r F W r + F Z F W OTPOR VAZDUHA F z IZDIZANJE VOZILA ( smanjenje osovinskih opt.)

20 UTICAJ AERODINAMIČKIH SILA NA OSOVINSKA OPTEREĆENJA PRISTUP PRI ANALIZI AERODINAMIČKIH DEJSTAVA: REDUKCIJA SILA NA NOVE NAPADNE LINIJE (ekvivalentno dejstvo!) UVOĐENJE EKSPERIMENTALNIH KOEFICIJENATA F W sila otpora vazduha F L,P sila izdizanja prednje osovine F L,Z sila izdizanja zadnje osovine F L,P F L,Z F W

21 SILE IZDIZANJA - IZRAČUNAVANJE F LP = c LP A ρ v SILA IZDIZANJA PREDNJE OSOVINE F LZ = c LZ A ρ v SILA IZDIZANJA ZADNJE OSOVINE

22 UTICAJ AERODINAMIČKIH SILA NA OSOVINSKA OPTEREĆENJA Alternativno: F W sila otpora vazduha F L sila izdizanja koja deluje u težištu M W moment oko poprečne ose F L T M W F W

23 UTICAJ AERODINAMIČKIH SILA NA OSOVINSKA OPTEREĆENJA Česta greška u literaturi! F W h T Greška je u zanemarivanju vertikalne komponente rezultujuće sile otpora vazduha!