Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Πρίληψη ΧΡΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΑΙΧΜΗΣ ΓΙΑ ΤΟ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ, ΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΙ ΤΗΝ ΑΤΑΣΕΥΗ ΗΕΤΡΟΙΝΗΤΩΝ ΑΥΤΟΙΝΗΤΩΝ Σ. Τσαντζαλής, Χ. έρδας, Ν. Αθανασόπουλος,. ηόπουλος, Θ. οτζακόλιος,. Μαζαράκος, Γ. Μιχαλέλης,. Σικουτρής, Β. ωστόπουλος Εργαστήριο Τχνικής Μηχανικής και Ταλαντώσων, Τήα Μηχανολόγων Μηχανικών και Αροναυπηγών, Πανπιστήιο Πάτρας, 6500, Ρίο Πάτρα Η έλυση του 1 ου αιώνα έχι κάνι πιτακτική τη χρήση καθαρής νέργιας για την κίνηση των οχηάτων και την προστασία του πριβάλλοντος. Μία από τις πολλά υποσχόνς ορφές καθαρής νέργιας ίναι η ηλκτρική νέργια, που προέρχται ή από τον ήλιο, τον άνο ή από τη τατροπή άλλων ορφών νέργιας σ ηλκτρική (fuel cells). Ένας από τους λόγους που δν έχι καθιρωθί η χρήση της ηλκτρικής νέργιας ως κινητήριας δύναης για τα οχήατα ίναι το κόστος, που ιώνται όσο αυξάνονται οι πνδύσις στην έρυνα και όσο τα παραγόνα προϊόντα που κάνουν χρήση της παραπάνω τχνολογίας αιχής δοκιάζονται από τους χρήστς σ πραγατικές συνθήκς. Οι πραγατικές συνθήκς για να δοκιασθί η ηλκτροκίνηση στα αυτοκίνητα ίναι οι αγώνς αυτοκινήτου. Η ιθνής Οοσπονδία Αυτοκινήτου βάση τις παραπάνω απαιτήσις έχι θσοθτήσι ένα πρωτάθληα στο οποίο συτέχουν ηλκτρικά οχήατα στα οποία γίνται χρήση τχνολογιών αιχής για το σχδιασό τους, την ανάλυσή τους και για τους τρόπους κατασκυής των ααξωάτων τους. Το πόσο σηαντικό ίναι το παραπάνω γίνται φανρό από το ότι σ κάθ αγώνα τα οχήατα ξλίσσονται συνχώς, γίνονται πρισσότρο ανταγωνιστικά υιοθτώντας πρισσότρο αροδυναικά σχήατα που πριορίζουν τον αροδυναικό συντλστή αντίστασης που τη σιρά του ιώνι την απαιτούνη νέργια και έχι ως αποτέλσα να βλτιώνονται οι πιδόσις των οχηάτων (γαλύτρη τλική ταχύτητα, γαλύτρη αυτονοία). Ταυτόχρονα γίνται συνχής προσπάθια να ιωθί το βάρος των οχηάτων χωρίς πιπτώσις στη δυσκαψία και την ασφάλια της κατασκυής που και αυτό παίζι σηαντικό ρόλο αφού ικρότρο βάρος σηαίνι ικρότρς τριβές κύλισης, ικρότρη κατανάλωση νέργιας και βλτιωένς πιδόσις. Στον αγώνα Phaehon 004 που διξήχθη στην Ελλάδα από τις -9 Μαΐου 004 στο πλαίσιο της Πολιτιστικής Ολυπιάδας υπήρχ ία λληνική συτοχή, από το Πανπιστήιο Πατρών, που συτίχ ένα ηλκτρικό / ηλιακό όχηα την ονοασία Ερής. Η οάδα θα παρουσιάσι τις τχνολογίς αιχής που χρησιοποιήθηκαν για το σχδιασό, την ανάλυση (αροδυναική και δοική), και την κατασκυή του σασί του νέου ηλκτροκίνητου αγωνιστικού αυτοκινήτου από σύνθτα υλικά, που σκοπό ίχαν να πριορίσουν το βάρος της κατασκυής αποτέλσα τη ικρή νργιακή κατανάλωση και την πίτυξη ξαιρτικών πιδόσων (ταχύτητα και αυτονοία). Αροδυναική Ανάλυση Η αροδυναική νός οχήατος αποτλί ια κύρια παράτρο που λαβάνται υπόψη κατά τη φάση του προκαταρκτικού καθώς και του τλικού σχδιασού. Ένα αροδυναικά αποδοτικό σχήα οχήατος πηράζι όχι όνο την κατανάλωση ισχύος αλλά και την όλη απόδοσή του, ιδίως αν αυτό ίναι ένα αγωνιστικό όπου οι απαιτήσις ως προς τις πιδόσις ίναι αυξηένς. Οι προδιαγραφές οι οποίς τέθηκαν κατά την ανάπτυξη του Ηλιακού Οχήατος HERMES II ίναι απόρροια των διδαγάτων που λήφθησαν από το Ηλιακό Όχηα HERMES I, καθώς και των απαιτήσων για ένα αροδυναικά αποδοτικό όχηα. Η άνω και κάτω πιφάνια του οχήατος πιλέχθηκ να ίναι πίπδη πλάκα για την υκολότρη τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών στοιχίων καθώς και για την υκολότρη και οικονοικότρη κατασκυή του οχήατος. Για τους λόγους αυτούς τέθηκ ο στόχος της πίτυξης του αροδυναικού συντλστή αντίσταση ίσο D = 0.14 καθώς και αροδυναικό συντλστή άντωσης L = 0.037 για ταχύτητα πλύσης V m 80 km cruse =. sec h -1-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Σχήα 1. Τρισδιάστατη απικόνιση του Ηλιακού Οχήατος HERMES II καθώς και οι τρις όψις του. Ιδιαίτρη σηασία έχι δοθί στο σχδιασό του ρύγχους και της καλύπτρας του οχήατος. Σ αυτά τα σηία παρατηρίται πιτάχυνση της ροής νδχόνη αποκόλληση του οριακού στρώατος. Για αυτούς τους λόγους έχι ληφθί ιδική έρινα. Σηαντικά στοιχία στον αροδυναικό σχδιασό του Ηλιακού Οχήατος HERMES II αποτλούν η υιοθέτηση του λοβοιδούς σχήατος των καλυάτων των πρόσθιων τροχών καθώς και η πικλινής διαόρφωση της κάτω πιφάνιας του οχήατος. Σχήα. Απικόνιση των καλυάτων των πρόσθιων τροχών πριν και τά την υιοθέτηση της λοβοιδούς γωτρίας. Η πιλογή της λοβοιδούς γωτρίας των καλυάτων των πρόσθιων τροχών έγιν για τον πριορισό της πιτάχυνσης της ροής ανάσα στα δύο καλύατα. Η πιτάχυνση της ροής οδηγί σ σηαντική πτώση της πίσης στο κάτω έρος του οχήατος. Η πτώση πίσης ίναι η αιτία δηιουργίας της κάθτης δύναης και συνπώς αύξηση της παγόνης αντίστασης. Σχήα 3. Απικόνιση της πικλινούς διαόρφωσης του κάτω τήατος του οχήατος. --
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Η πικλινής διαόρφωση της κάτω πιφάνιας του οχήατος βοηθάι στην κτόνωση της ροής στην κάτω πιφάνια ταυτόχρονη αύξηση της πίσης και συνπώς ξουδτέρωση της κάθτης δύναης. Αρχικά πραγατοποιήθηκ ία προκαταρκτική αροδυναική ανάλυση του Ηλιακού Οχήατος HERMES II, χρήση του πιρικού τύπου που έχι ξαχθί από πιράατα σ αροσήραγγς για τον υπολογισό του συντλστή αντίστασης της πριβρχόνης πιφάνιας ηλιακών οχηάτων. Ο συντλστής τριβής για πίπδη πλάκα χρησιοποιίται για τον D, we προσδιορισό του συντλστή αντίστασης του οχήατος (λόγω τριβής και απωλιών πίσης). Ο πιρικός αυτός τύπος στηρίζται σ πιράατα και σ ργασίς που ανέπτυξαν τά από λέτς οι Morell και Bel. Η χρησιότητα του τύπου έγκιται στο ότι πορί να δίξι από νωρίς τα πλονκτήατα και ιονκτήατα του σχήατος του οχήατος ώστ να ληφθούν αέσως αποφάσις για την βλτίωσή του. Η αθηατική έκφραση του πιρικού τύπου φαίνται παρακάτω. 3 6 h h D, we = f, fla 1 + 1.5 + 19 c c Ο αροδυναικός συντλστής αντίστασης (λόγω τριβής και απωλιών πίσης) του οχήατος προκύπτι αν ο συντλστής D, we πολλαπλασιασθί την συνολική πριβρχόνη πιφάνια A we και διαιρθί την τωπική πιφάνια του οχήατος Α, δηλαδή: Awe D = D, we A Η οντλοποίηση της γωτρίας του οχήατος φαίνται στο Σχήα 4. Σχήα 4. Σχηατική παράσταση της οντλοποίησης του οχήατος για χρήση του πιρικού τύπου. όπου: h: το έγιστο ύψος ταξύ της άνω και κάτω πιφάνιας του οχήατος. c: το συνολικό ήκος του οχήατος. Μ την θώρηση του οχήατος ως πίπδη πλάκα ισχύι για τα οριακά στρώατα (στρωτό και τυρβώδς) τα του Σχήατος 5. Σχήα 5. οινή απικόνιση των οριακών στρωάτων (στρωτό και τυρβώδς) πάνω από ια πίπδη πλάκα. Για την πρίπτωση της οντλοποίησης του Ηλιακού Οχήατος HERMES II χρησιοποιήθηκαν τα παρακάτω δδοένα: -3-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 h = 0.6 m L = c = 5 m u m = sec 5 ν = 1.46 10 m A we = 18 m A = 0.96 m Για την ύρση του σηίου τάβασης από στρωτό σ τυρβώδς οριακό στρώα χρησιοποιίται ο κρίσιος αριθός 5 Reynolds Recr = 5 10. u X Recrν Re cr = X = ν u αντικατάσταση των παραπάνω δδοένων το σηίο τάβασης υπολογίζται ότι αυτό βρίσκται στο σηίο X = 0. 3318 m. Επιδή το ήκος αυτό ίναι ικρό σ σχέση το συνολικό ήκος του οχήατος L θωρίται ότι το οριακό στρώα ίναι τυρβώδς από την αρχή της πλάκας. Σύφωνα αυτό ο συντλστής τριβής της πίπδης πλάκας υπολογίζται από τη αθηατική έκφραση: 0.073 f = 0. Re όπου αντικατάσταση των δδοένων και για την συγκκριένη ταχύτητα ( m/sec) προκύπτι ότι: D = 0. 1557. Η λπτορής αροδυναική ανάλυση του Ηλιακού Οχήατος HERMES II πραγατοποιήθηκ τη χρήση του υπολογιστικού πακέτου Υπολογιστικής Ρυστοηχανικής PHOENIS. Η οντλοποίηση του προβλήατος πριλαβάνι συγκκριένα βήατα που πρέπι να ακολουθηθούν. Αρχικά δηιουργίται ο ροϊκός χώρος έσα στον οποίο θα πραγατοποιηθί η προσοοίωση της ροής. Ο χώρος αυτός πρέπι να ίναι κατάλληλου γέθους ώστ τα τοπικά ροϊκά φαινόνα που αναπτύσσονται κοντά στα τοιχώατα του ροϊκού χώρου να ην πηράζουν τη ροή γύρω από το όχηα. Εν συνχία ισάγται η τρισδιάστατη γωτρία του προς ανάλυση οχήατος. Η θέση στην οποία τοποθτίται το όχηα έσα στον ήδη δηιουργηθέντα ροϊκό χώρο ίναι κρίσιης σηασίας. Εν συνχία ορίζονται οι φυσικές ιδιότητς του ρέοντος ρυστού (αέρας στην προκιένη ανάλυση), το υλικό κατασκυής και η τραχύτητα της πιφάνιας του οχήατος. Επιλέγονται οι κατάλληλοι πριορισοί, οι σωστές οριακές και συνοριακές συνθήκς και οι κατάλληλς τιές των διαφόρων παραέτρων της αριθητικής θόδου πίλυσης. Τέλος ακολουθί η διακριτοποίηση όλου του ροϊκού χώρου ορθά πιλγένο πλέγα. Το πλέγα πρέπι να ίναι διαορφωένο ανάλογα τη γωτρία του ροϊκού χώρου και η πυκνότητά του να ίναι ορθά πιλγένη ώστ να ξασφαλίζται η αξιοπιστία των αποτλσάτων σ λογικό υπολογιστικό χρόνο. Όπως γίνται άσα αντιληπτό από τα παραπάνω, η σωστή πιλογή των τιών των διαφόρων παραέτρων της οντλοποίησης πραγατοποιίται ύστρα από κτνίς δοκιές και διαφοροποιούνται για κάθ οντέλο, οπότ η αναφορά σ συγκκριένς τιές τους δν κρίνται δόκιη. Σηαντικό ρόλο στην ορθότητα των αποτλσάτων της οντλοποίησης κατέχι η πιλογή του οντέλου τύρβης. Τα οντέλα τύρβης χωρίζονται σ δύο κατηγορίς: στα αλγβρικά οντέλα που βασίζονται σ αλγβρικές σχέσις υπολογισού των απαιτούνων, για τον προσδιορισό του ιξώδους τύρβης, γθών και στα διαφορικά οντέλα που βασίζονται σ διαφορικές σχέσις. Από τα αλγβρικά οντέλα τα πιο γνωστά ίναι αυτά των Prandl, Nkuradse και Van Dres για τον υπολογισό του ήκους ίξης. Τα διαφορικά οντέλα πριλαβάνουν οντέλα ίας διαφορικής ξίσωσης και οντέλα δύο διαφορικών ξισώσων. Το πιο σηαντικό ίναι το οντέλο K καθώς και ια παραλλαγή του το RNG K τα οποία πριγράφονται παρακάτω αφού ίναι αυτά που χρησιοποιήθηκαν για τον προσδιορισό του ροϊκού πδίου γύρο από το Ηλιακό Όχηα HERMES II. Μοντέλο K. Το οντέλο K προτάθηκ από τους Launder και Spaldng. Είναι ένα ηι-πιρικό οντέλο που αναπτύχθηκ από τους παραπάνω πιστήονς και πορί να καλύπτι ένα υρύ φάσα τυρβωδών ροών δίνοντας πολύ καλά αποτλέσατα για ένα γάλο φάσα ρυστοηχανικών προβληάτων. Βασίζται στις ξισώσις ταφοράς για την τυρβώδη κινητική νέργια (K) και για τον ρυθό κφυλισού της τυρβώδους κινητικής νέργιας () (dsspaon rae) οι οποίς ίναι: L sec -4-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 όπου: G : G : b Y : m j σ j + + σ 1 j ( ρ ) + ( ρu ) = + + G + Gb ρ Ym + S ( ρ ) + ( ρu ) = ( G + 3 Gb ) ρ + S j η γένση της τυρβώδους κινητικής νέργιας λόγω της ταχύτητας (κύριας). η γένση της τυρβώδους κινητικής νέργιας λόγω άνωσης. η πίδραση της συπιστότητας στον ρυθό κφυλισού της τυρβώδους κινητικής νέργιας. 1 : σταθρά ίση 1 =1. 44. : σταθρά ίση =1. 9. σ : ο τυρβώδης αριθός Prandl ίσος σ =1. 0. σ : ο τυρβώδης αριθός Prandl ίσος σ =1. 3. S, S : υπόλοιποι όροι. : το ιξώδς τύρβης και προσδιορίζται σ σχέση τα,. Είναι ίσο = 0.09. = ρ και Μοντέλο RNG K. Το οντέλο RNG αναπτύχθηκ ως ία αυστηρή τχνική που προήλθ από πιράατα τα οποία οαδοποιήθηκαν και αναλύθηκαν στατιστικά. Για αυτό αποκαλίται renormalzaon group heory. Μοιάζι το K αλλά πριλαβάνι και τα ξής: Το οντέλο RNG έχι έναν πιπλέον όρο στην ξίσωση για το που βλτιώνι την ακρίβια του οντέλου για την πρίπτωση ταχύτατα αναπτυσσόνων ροών. Η πίδραση της στροβιλότητας στην τυρβώδη ροή πριλαβάνται στο οντέλο RNG, αυξάνοντας έτσι την ακρίβια σ ροές στροβιλότητα (ροές τριβή). Το οντέλο RNG παρέχι αναλυτικούς τύπους υπολογισού των τυρβωδών αριθών Prandl, σ αντίθση το K όπου θωρούνται σταθροί. Ενώ το οντέλο K ίναι οντέλο για ροές γάλο αριθό Reynolds, το RNG παρέχι διαφορική ξίσωση για την ύρση του ιξώδους πίδρασης από το οποίο προσδιορίζονται οι πιδράσις των ικρών αριθών Reynolds. Οι ξισώσις που διέπουν το οντέλο ίναι: ( ρ ) + ( ρu ) = a + G + G ρ Y + S j eff eff j b m όπου: G : G : b Y : m 1 j ( ρ ) + ( ρu ) = a eff + 1 ( G + 3 Gb ) ρ + R + S j η γένση της τυρβώδους κινητικής νέργιας λόγω της ταχύτητας (κύριας). η γένση της τυρβώδους κινητικής νέργιας λόγω άνωσης. η πίδραση της συπιστότητας στον ρυθό κφυλισού της τυρβώδους κινητικής νέργιας. : σταθρά ίση 1 =1. 4. -5-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 : σταθρά ίση =1. 68. a, a : οι ανστραένοι τυρβώδις αριθοί Prandl. S, S : υπόλοιποι όροι. Ο προσδιορισός του ιξώδους πίδρασης προέρχται από την διαφορική ξίσωση: d ρ = 1.7 v 3 v 1+ v dv eff v = και v 100. Για υψηλούς αριθούς Reynolds προκύπτι: = ρ = 0. 0845. Οι ανστραένοι αριθοί Prandl a, a προσδιορίζονται από την σχέση: 0.631 a 1.399 a + 1.399 a0 1.399 a0 + 1. 399 0.3679 = mol eff όπου a 0 =1. 0. mol Για υψηλούς αριθούς Reynolds (στο όριο) << 1 οπότ a a 1. 393. Ο πιπλέον παράγοντας eff R στην ξίσωση ίναι: όπου: R 3 η ρη 1 η0 ( 1+ βη ) = 3 η s, η = 4. 38, β = 0. 01 αι για τα δύο οντέλα (K και RNG K ) οι όροι Από την υπόθση του Boussnesq: όπου S s j sj G = G, ρ G G b, u u u j = S 3 προσδιορίζονται ως ξής: j -6-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 όπου: Pr : g : G b = β g T Pr ο τυρβώδης αριθός Prandl. η συνιστώσα της βαρύτητας στην -διύθυνση. Για το K οντέλο τύρβης Pr = 0. 85, νώ για το RNG K οντέλο συντλστής θρικής διαστολής υπολογίζται από τη σχέση παίρνι την τλική ορφή: 1 ρ T β = ρ P 1 Pr = και a 1 a0 = =. Ο Pr P, όπου για ιδανικά αέρια ο όρος G b G b = g ρ Pr ρ Ο συντλστής 3 προσδιορίζται από τη σχέση: 3 υ = anh u όπου: υ : η συνιστώσα της ταχύτητας της ροής που ίναι παράλληλη στο διάνυσα της βαρύτητας. u : η συνιστώσα της ταχύτητας που ίναι κάθτη στο διάνυσα της βαρύτητας. Ο συντλστής Y m προσδιορίζται από την αθηατική έκφραση: Y m = ρm όπου: M : ο τυρβώδης αριθός Mach M = και a γrt. a Τα αποτλέσατα της παραπάνω ανάλυσης για διάφορς ταχύτητς πλύσης παρατίθνται στα παρακάτω σχήατα, όπου φαίνονται οι κατανοή πίσης και ταχύτητας γύρω από το Ηλιακό Όχηα HERMES II για ταχύτητς 0, 5, 30 και 50 m/sec (70, 90, 110 και 180 km/h αντίστοιχα). Επίσης στον πίνακα που ακολουθί παρουσιάζονται τιές του αροδυναικού συντλστή αντίστασης καθώς και της πιφάνιας αντίστασης (drag area) του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για διάφορς ταχύτητς πλύσης. Σχήα 6. Απικόνιση της κατανοής πίσης στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 0 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της πίσης τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. -7-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Σχήα 7. Απικόνιση της κατανοής ταχύτητας στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 0 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της ταχύτητας τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. Σχήα 8. Απικόνιση της κατανοής πίσης στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 5 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της πίσης τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. Σχήα 9. Απικόνιση της κατανοής ταχύτητας στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 5 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της ταχύτητας τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. Σχήα 10. Απικόνιση της κατανοής πίσης στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 30 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της πίσης τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. -8-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Σχήα 11. Απικόνιση της κατανοής ταχύτητας στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 30 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της ταχύτητας τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. Σχήα 1. Απικόνιση της κατανοής πίσης στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 50 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της πίσης τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. Σχήα 13. Απικόνιση της κατανοής ταχύτητας στον διαήκη άξονα του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για ταχύτητα 50 m/sec. Αριστρά παρουσιάζται η κατανοή της ταχύτητας τη ορφή διανυσάτων, νώ δξιά παρουσιάζται τη ορφή conours. Ταχύτητα πλύσης m sec ( ) Συντλστής Αντίστασης D Επιφάνια Αντίστασης A D 5 0.1506 0.1446 30 0.1558 0.1496 50 0.1371 0.1316 Πίνακας 1. Αποτλέσατα του αροδυναικού συντλστή αντίστασης και της πιφάνιας αντίστασης του Ηλιακού Οχήατος HERMES II για συγκκριένς ταχύτητς. Η παραπάνω ανάλυση έδιξ ότι το όχηα χριάζται αροδυναικές βλτιώσις για την πίτυξη των προδιαγραφών. Οι τοίς στους οποίους κρίνται αναγκαία η βλτίωση ίναι, η γωτρία-ορφολογία της πλυρικής -9-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 πιφάνιας και η γωτρία του ρύγχους του Ηλιακού Οχήατος HERMES II. Στην πλυρική πιφάνια πρέπι να τοποθτηθούν κατάλληλα διαορφωένα αροδυναικά καλύατα (farngs) για την ίωση της παραγόνης πλυρικής αροδυναικής δύναης όταν το όχηα κινίται γωνία πλαγιολίσθηση β, (κίνηση σ στροφή). Το ρύγχος του οχήατος χριάζται πανασχδιασό σκοπό τη ίωση της πιτάχυνσης της ροής λόγω της αλληλπίδρασής της το έδαφος. Η αροδυναική ανάλυση και οι τρόποι βλτίωσης της αροδυναικής απόδοσης καθώς και της υρύτρης απόδοσης του Ηλιακού Οχήατος HERMES II βρίσκονται διαρκώς σ ξέλιξη. Οι προοπτικές για την βλτίωση των αποτλσάτων αποτλούν τα παρακάτω στάδια: Ανάπτυξη αριθητικού οντέλου για τον ακριβέστρο υπολογισό της αντίστασης και της κάθτης δύναης. Βλτίωση των ξισώσων του Νύτωνα για τον υπολογισό της απαιτούνης ισχύος, καθώς πίσης των γωνιών και ταχυτήτων ανατροπής του Ηλιακού Οχήατος HERMES II. Βλτιστοποίηση του συστήατος κλιατισού την ισαγωγή συστήατος κλιστού βρόγχου για τον έλγχο της θροκρασίας πριβάλλοντος της καπίνας του οδηγού. Μλέτη της ποριακής υστάθιας του οχήατος για γωνίς πλαγιολίσθησης β = 5,10, 15. Προσδιορισός της πλάγιας δύναης και του αντίστοιχου συντλστή. Μλέτη της τραχύτητας της πιφάνιας του οχήατος και της πίδρασής της στον αροδυναικό συντλστή αντίστασης του οχήατος. Η αρχική αροδυναική ανάλυση του Ηλιακού Οχήατος HERMES II βασίσθηκ σ πιρικό τύπο για τον προσδιορισό του συντλστή αντίστασης καθώς και σ χρήση του υπολογιστικού πακέτου PHOENIS. Η πραιτέρω ανάπτυξη και ξέλιξη του Ηλιακού Οχήατος HERMES II πριλαβάνι την αναλυτικότρη χρήση αριθητικών οντέλων και υπολογιστικών οντέλων καθώς και την αποδοτικότρη κτάλλυση-διαχίριση της ηλιακής νέργιας χρήση κατάλληλων ξισώσων. Εισαγωγή οική Ανάλυση Ρόλος που πιτλί το πλαίσιο: Το πλαίσιο νός οχήατος πιτλί πολλαπλό ρόλο. Ο κυριότρος στόχος ίναι να προσφέρι παρκή προστασία και άνση για τον οδηγό. Επίσης, στο πλαίσιο δράζονται τα υπόλοιπα υποσυστήατα του οχήατος. Τα κυριότρα από αυτά ίναι οι αναρτήσις, οι συστοιχίς των ηλκτρικών συσσωρυτών, τα φωτοβολταϊκά στοιχία και ββαίως το ιδίο το βάρος του πλαισίου. Εποένως, το πλαίσιο καλίται να αντιτωπίσι πάρκια τις απαιτήσις για δοική ακραιότητα της κατασκυής και άρα της σωστής λιτουργίας των υποσυστηάτων του. Συνοψίζοντας, ένας αποδοτικός σχδιασός του πλαισίου πλέκι τις αλληλπιδράσις της δοής του το πριβάλλον και την απαίτηση για ασφαλή ταφορά του οδηγού την λαχιστοποίηση του βάρους. Όπως γίνται αντιληπτό, οι απαιτήσις σχδιασού νός πλαισίου αγωνιστικού οχήατος ίναι παρόοις αυτές ιας δοής αροσκάφους. Εποένως, πολλά πιέρους ρωτήατα που τίθνται κατά τον αρχικό σχδιασό του πλαισίου, ίναι παρόοια αυτά που αντιτωπίζι ο σχδιαστής αροπορικής κατασκυής. Είναι νδιαφέρον να παρατθούν ρικά από αυτά: Μ ποιον τρόπο και σ ποια σηία πορούν να χρησιοποιηθούν λπτότοιχς δοές; Σ ποια σηία πορούν να τοποθτηθούν σηία πρόσβασης στο σωτρικό της κατασκυής το ικρότρο δυνατό κόστος από άποψη δοικής ακραιότητας; Θα πορούσ η λύση των νισχύσων δοκούς στα σηία υψηλής καταπόνησης, ότι αυτό συνπάγται, να αποφυχθί την χρήση υλικών τύπου sandwch; Που και πως πορί να γίνι χρήση συνθέτων υλικών; Μ ποιον τρόπο πορί να γίνι η ο σχδιασός, έτσι ώστ να ιωθί ο χρόνος κατασκυής και συναρολόγησης; Προσπαθώντας να απαντήσι ο Μηχανικός σ ρωτήατα όπως τα παραπάνω, καταλήγι στο συπέρασα ότι λύσις που χρησιοποιούνται σ κανονικά οχήατα παραγωγής στην πρίπτωση νός αγωνιστικού ηλιακού οχήατος θα θωρούνταν τουλάχιστον ακατάλληλς. ι αυτό γιατί ο ρόλος του πλαισίου νός αγωνιστικού οχήατος οιάζι πρισσότρο αυτόν ιας ατράκτου αροσκάφους παρά νός πιβατικού οχήατος. Εποένως, η πρακτικότητα, η υκολία στην καθηρινή χρήση καθώς και οι παραχωρήσις χάριν της αζικής παραγωγής δν αποτλούν -10-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 προτραιότητς. Το γγονός αυτό δίνι γαλύτρη υχέρια κινήσων στον Μηχανικό να φαρόσι δικές του λύσις, που αρχικά θα πορούσαν να χαρακτηριστούν ανορθόδοξς. Πριγραφή του προβλήατος. Συνθήκς φόρτισης: Η λέτη του πλαισίου πριλαβάνι την ανάλυση των τατοπίσων και των τάσων που αναπτύσσονται σ αυτό υπό συνθήκς στρέψης, κάψης και την ύρση των ιδιοσυχνοτήτων. Πιο συγκκριένα, η στρπτική ακαψία ίναι αναφίβολα το σηαντικότρο κριτήριο βάση το οποίο σχδιάζται ένα πλαίσιο. Έχι αποδιχτί ότι ένα πλαίσιο παρκή αντοχή σ στρέψη συνήθως ανταποκρίνται ικανοποιητικά και σ κάψη. Στην πρίπτωση η παρκούς στρπτικής ακαψίας, οι γάλς σχτικά τατοπίσις και οι έντονοι κραδασοί ποδίζουν τη σωστή λιτουργία της ανάρτησης και προκαλούν αίσθηα ανασφάλιας στον οδηγό. Ο βασικός ρόλος του πλαισίου ίναι η ταφορά του βάρους του οδηγού, των παταριών, των φωτοβολταϊκών στοιχίων καθώς και του ιδίου του βάρους. Εποένως, κρίνται απαραίτητη η λέτη της συπριφοράς του σ κάψη. Επιλογή υλικού κατασκυής: Το πλαίσιο του αγωνιστικού ηλιακού οχήατος πλέγη να χρησιοποιί δοή τύπου sandwch, δηλαδή αλλπάλληλς στρώσις συνθέτου υλικού, συγκκριένα ποξικής ρητίνης νισχυένης ίνς άνθρακα, κατέρωθν νός υλικού πυρήνα από αφρό. Ανάλυση ππρασένα στοιχία. Σύντοη πριγραφή της θόδου: Η ανάλυση της ηχανικής συπριφοράς γωτρικά απλών κατασκυών πορί να γίνι την χρήση των αναλυτικών ξισώσων της τρισδιάστατης θωρίας λαστικότητας, υπό την προϋπόθση πως για τη δδοένη γωτρία υπάρχουν λύσις κλιστής ορφής (closed form soluons). Όως, τέτοις λύσις ίναι διαθέσις για σχτικά απλές γωτρίς. Έτσι, για τη γνώση της ηχανικής συπριφοράς τέτοιων κατασκυών, χρησιοποιούνται προσγγιστικές αριθητικές έθοδοι πίλυσης των ξισώσων που διέπουν το πρόβληα, ή η έθοδος των ππρασένων στοιχίων. Συπληρωατικά τέτοιου ίδους προβλήατα πορούν να πιλυθούν και τη έθοδο των συνοριακών στοιχίων (διακριτοποίηση όνο της πιφάνιας του σώατος) υπό την προϋπόθση ότι στη συγκκριένη γωτρία και υπάρχι διαθέσιη η θλιώδης λύση του προβλήατος. Η έθοδος των ππρασένων στοιχίων, βασίζται στην λογική του διαχωρισού ίας κατασκυής σ ππρασένο αριθό διακριτών στοιχίων στα οποία πιλύονται αριθητικά οι ξισώσις και ξασφαλίζται η συνέχια της λύσης στα όριά τους. άποια από τα πλονκτήατα που παρουσιάζι η έθοδος των ππρασένων στοιχίων ίναι: Είναι πιστηονικά τκηριωένη δώ και πολλά χρόνια Επιτρέπι την χρήση Η/Υ για την γρήγορη (αριθητική) της πίλυση και την διακριτοποίηση της κατασκυής Υπάρχι γάλη ποικιλία πορικών κωδίκων οι οποίοι έχουν αποδίξι την ακρίβιά τους Επιτρέπι λόγω της ταχύτητάς την λέτη πολλαπλών πιλογών ως προς τον σχδιασό. Στον τοέα των λαφρών κατασκυών από σύνθτα υλικά, η έθοδος των ππρασένων στοιχίων πιτρέπι γαλύτρη υλιξία και ακρίβια στους υπολογισούς όπως πίσης παρέχι δυνατότητς βλτιστοποίησης της ακολουθίας των στρώσων που θα χρησιοποιηθί. Στην παρούσα λέτη χρησιοποιήθηκ για τον σχδιασό και την ανάλυση του πλαισίου και του ααξώατος της κατασκυής η έθοδος των Ππρασένων Στοιχίων. Μ τη χρήση της θόδου έχουν λγχθί οι ιδιοσυχνότητς της κατασκυής και έχουν γίνι οι απαραίτητς αναλύσις. Μοντέλο Ππρασένων Στοιχίων: Για το οντέλο ππρασένων στοιχίων του προβλήατος χρησιοποιήθηκαν συνολικά 5331 στοιχία τύπου quad4 (4-κοβο) PATRAN. Το συγκκριένο στοιχίο πιτρέπι την ισαγωγή των ηχανικών ιδιοτήτων και της διύθυνσης της κάθ στρώσης ξχωριστά και ποένως και τον έλγχο των τάσων σ κάθ ία στρώση, όπως και την πιλογή από τον σχδιαστή κριτηρίου αστοχίας. Στο οντέλο του πλαισίου, χρησιοποιήθηκαν συνολικά έξι τοπικά συστήατα συντταγένων. Αυτό κρίθηκ αναγκαίο ξαιτίας του διαφορτικού προσανατολισού των πλακών τύπου sandwch που συνθέτουν το πλαίσιο. Οι ιδιότητς των στρώσων κάθ πλακός ισήχθησαν ως προς το δικό της τοπικό σύστηα συντταγένων. Οι τατοπίσις που λήφθησαν ίναι ως προς το ολικό σύστηα συντταγένων νώ οι τάσις, για υνόητους λόγους, δόθησαν ως προς το κάστοτ τοπικό σύστηα συντταγένων για να ίναι δυνατός ο έλγχος για αστοχία σ οποιοδήποτ σηίο του πλαισίου ύκολο τρόπο δίχως την ανάγκη οποιουδήποτ τασχηατισού. -11-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Σχήα 14: ιακριτοποίηση του πλαισίου. Σχήα 15: ύτρη όψη του διακριτοποιηένου πλαισίου. Υπολογισός της αντοχής σ στρέψη: Ακολουθί η ύρση της στρπτικής δυσκαψίας του οντέλου καθώς και η ύρση των τάσων που αναπτύσσονται σ αυτό στην δυσνέστρη συνθήκη στρέψης. Για την ύρση της στρπτικής δυσκαψίας του οντέλου ασκήθηκ ία ροπή γέθους ίσο 1Nm στο πρός έρος του πλαισίου, κί ακριβώς όπου δράζται η ανάρτηση και πακτώθηκαν οι κόβοι στα σηία όπου δράζται η πίσω ανάρτηση. Από την έγιστη τατόπιση που προκύπτι και από την γραικότητα του οντέλου ξάγται ια στρπτική δυσκαψία ίση 1015Nm/deg που ίναι ικανοποιητική για όχηα αυτού του ίδους. Σχήα 16: Γραφική απικόνιση των τατοπίσων του πλαισίου για 1Nm ροπή στρέψης. Ακολουθί ο έλγχος των τάσων που αναπτύσσονται στο πλαίσιο για την δυσνέστρη ροπή στρέψης που νδχοένως θα το καταπονήσι. Η θοδολογία για την ύρση της ροπής αυτής ίναι αρκτά συντηρητική και χρησιοποιίται αρκτά χρόνια από τους κατασκυαστές οχηάτων. Το έγθος αυτό υπολογίζται ως το γινόνο νός συντλστή (dynamc facor) πί το έγιστο στατικό φορτίο πί το ισό του τατροχίου του οχήατος. Ο συντλστής που πλέγη ήταν 1.5 που προβλέπται για κίνηση σ δρόο -1-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 κακής ποιότητας και το έγιστο στατικό φορτίο υπολογίστηκ για πρόσκρουση του οχήατος σ ικρό πόδιο πιτάχυνση g, όπως προβλέπται από τον αρικανικό κανονισό NAS005 για αγωνιστικά ηλιακά οχήατα. ΤΑΣΗ ΣΤΡΩΣΗ ΜΟΝΑ ΕΣ ΜΕΓΕΘΟΣ Sx (enson) 6,7 MPa 1.9 Sx (compresson) MPa 1.9 Sy (enson) 1 MPa 9.8 Sy (compresson) 7 MPa 9.8 Sxy 7,1 MPa 6.49 Max Shear ORE MPa 0.049 Πίνακας : Μέγιστς τάσις που αναπτύσσονται ανά στρώση. Παρατηρίται ότι οι τάσις που αναπτύσσονται στο οντέλο ίναι πολύ ικρές για να οδηγήσουν οποιαδήποτ στρώση σ αστοχία. άτωθι παρατίθνται ορισένα γραφήατα νδικτικά των τάσων και τατοπίσων που αναπτύσσονται στο πλαίσιο. Σχήα 17: Μτατοπίσις λόγω δυσνέστρης ροπής στρέψης που ασκίται στο πλαίσιο Σχήα 18: Τάσις στην διύθυνση χ για ία στρώση του υλικού. Μλέτη της συπριφοράς του πλαισίου σ κάψη: Ακολουθί η ύρση των τάσων και των τατοπίσων που αναπτύσσονται στο πλαίσιο υπό συνθήκς κάψης. Οι δυνάις που δέχται το πλαίσιο συνοψίζονται στον κάτωθι πίνακα: -13-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 ΦΟΡΤΙΟ ΜΕΓΕΘΟΣ (Newon) Βάρος οδηγού 750 Βάρος παταριών 300 Βάρος άνω αροδυναικού καλύατος Βάρος πλαισίου (ίδιο βάρος) 300 80 Πίνακας 3: Σύνοψη αζών που ταφέρι το πλαίσιο. Αξίζι να σηιωθί ότι το βάρος του οδηγού και των παταριών δν οντλοποιήθηκαν σαν συγκντρωένς άζς ή σαν δυνάις πάνω σ κόβους όπως θα πρίν κανίς αλλά κατανήθηκαν στις πριοχές όπου δράζονται, για γαλύτρη ακρίβια στην προσέγγιση της πραγατικότητας.. Επίσης, το βάρος των 30 κιλών του πάνω καλύατος που ταφέρι τα φωτοβολταϊκά στοιχία, οιράστηκ στα 4 άκρα του πλαισίου όπου και θα δράζται. Το ίδιο βάρος του πλαισίου οντλοποιήθηκ ισάγοντας την πιτάχυνση της βαρύτητας (9.81m/s ) στο οντέλο και πυκνότητα για τα υλικά που χρησιοποιούνται. Ακολουθούν οι τατοπίσις και οι τάσις που αναπτύσσονται: ΤΑΣΗ ΣΤΡΩΣΗ ΜΟΝΑ ΕΣ ΜΕΓΕΘΟΣ Sx (enson) 1 MPa 3.65 Sx (compresson) 7 MPa 4.98 Sy (enson) 7 MPa 4.13 Sy (compresson) 1 MPa 4.58 Sxy 1 MPa 1.7 Max Shear ORE MPa 0.0356 Πίνακας 4: Μέγιστς τάσις που αναπτύσσονται ανά στρώση όταν το πλαίσιο καταπονίται σ κάψη. Όπως φαίνται και από τον συγκντρωτικό πίνακα, οι τάσις που αναπτύσσονται στο πλαίσιο ίναι πολύ ικρές για να προκαλέσουν αστοχία. Παράλληλα, η έγιστη τατόπιση του πλαισίου ίναι όλις 0.7mm. Ακολουθούν ρικά γραφήατα νδικτικά της συπριφοράς του πλαισίου σ κάψη: Σχήα 19: Μτατοπίσις στο πλαίσιο λόγω κάψης. -14-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Σχήα 0: Τάσις Sx στην πρώτη στρώση Σχήα 1: ιατητικές τάσις στο υλικό πυρήνα. Συπράσατα: Η έθοδος των ππρασένων στοιχίων πιτρέπι την ύκολη και γρήγορη οντλοποίηση κατασκυών σύνθτα υλικά αρκτά γάλη ακρίβια. Όσον αφορά το οντέλο του πλαισίου που λτήθηκ, ξάγται το συπέρασα ότι οι προδιαγραφές που τέθηκαν αρχικά πληρούνται από την υπάρχουσα αλληλουχία και από τον αριθό των στρώσων όπως πίσης και από το πάχος του υλικού πυρήνα. Το βάρος του πριορίζται στα 6 χιλιόγραα νώ η στιβαρότητά του ικανοποιί απόλυτα. Εισαγωγή Μέθοδος ατασκυής του πλαισίου του αγωνιστικού οχήατος τη έθοδο του Infuson Ο σχδιασός στοιχίων από σύνθτα υλικά πραγατοποιίται την φιλοσοφία να πιτυχθούν άριστς ιδικές ηχανικές ιδιότητς όσο το δυνατό ικρότρο κόστος κατασκυής. Η πίτυξη αυτού του στόχου, συνδέται άσα και υλοποιίται πιλέγοντας την κατάλληλη έθοδο. Οι έθοδοι αυτές πορούν να διαχωριστούν κυρίως όσον αφορά τα παρακάτω: -15-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Τλικές ηχανικές ιδιότητς ιαστάσις στοιχίου (όγκος, πιφάνια) Επιλογή θόδου κατασκυής Απαιτούνη πιστηονική και τχνική κατάρτιση Ολικό κόστος κατασκυής Οι τλικές ηχανικές ιδιότητς του στοιχίου ξαρτώνται από τους φυσικούς παράγοντς που πιδρούν στην διαδικασία της κάστοτ θόδου (πίση, θροκρασία, υγρασία, ροή διαέσου πορώδους υλικού) αλλά και από το σφάλα του ανθρώπινου παράγοντα που υπισέρχται σ ρικές από αυτές τις διαδικασίς. Για τους λόγους που γράφθηκαν προηγουένως κρίνται σκόπιο να γίνι ία σύντοη σύγκριση όσον αφορά την αποτλέσατα της διαδικασίας κατασκυής του πλαισίου του «Ερή Ι» και του «Ερή ΙΙ». Ερής Ι Ερής ΙΙ Μέθοδος ατασκυής «Hand lay up» «Infuson» ατ όγκο Πρικτικότητα σ Ίνς 30% - 35% 55% - 65% Πριβάλλον Ελγχόνης Υγρασίας, Θροκρασίας ΟΧΙ ΝΑΙ Βάρος Πλαισίου 95kg 9kg Έκθση σ Εισπνόνς Χηικές Ουσίς ΝΑΙ (κποπή στηυρνίου) ΟΧΙ Απαιτούνο Προσωπικό 3 5 άτοα 1 άτοα (max) Σχδιασός και κατασκυή Πραγατοποιήθηκ παρατρικός σχδιασός του πλαισίου την βοήθια κατάλληλων σχδιαστικών λογισικών. Μέσω του παρατρικού σχδιασού το πλαίσιο δύναται να αλλάξι ορφή, διαστάσις αλλά και να προστθούν ή να τροποποιηθούν σχδιαστικές λπτοέρις, νώ ταυτόχρονα νηρώνονται όλα τα αρχία από το οποία αποτλίται το τλικό σχέδιο. Όλα τα υλικά που χρησιοποιήθηκαν (ίνς νίσχυσης, ρητίνς, υλικά πυρήνα) και βοηθητικά ργαλία ίναι πληρούν τις αροπορικές προδιαγραφές. Μέθοδος διάχυσης ρητίνης πίση 1am. Μέθοδος Vacuum Bag πίση 1am. Σχήα. Μέθοδοι που φαρόσθηκαν στα διάφορα στοιχία. Μέθοδος απυθίας διάχυσης ρητίνης και ένωσης το υπόλοιπο πλαίσιο χωρίς την βοήθια άλλων συνδτικών υλικών πίση 1am. -16-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Το πλαίσιο διαστασιολογήθηκ σύφωνα τα τχνικά χαρακτηριστικά και τα ανθρωποτρικά στοιχία που προέκυψαν. Στη συνέχια το πλαίσιο χωρίστηκ σ πίπδς πιφάνις, σ νύρα δυσκαψίας και συνδέσους. Όλα τα στοιχία, κτός των συνδέσων έχουν κατασκυαστί από σύνθτα υλικά δοής τύπου Sandwch. Οι έθοδοι κατασκυής που φαρόσθηκαν ήταν κατά κύριο λόγο, η έθοδος του Infuson και σ ρικά από αυτά τα στοιχία η έθοδος Vacuum Bag. Παρακάτω παρουσιάζται η δοή και τα υλικά από τα οποία αποτλίται κάθ στοιχίο. Sandwch, πυρήνα Rohacell Foam. Στοιχία συνδέσων χωρίς πυρήνα. Sandwch, πυρήνα Nomex Honeycomb. Σχήα 3α. Τύπος πυρήνα στα διάφορα στοιχία. Sandwch, νίσχυσης (arbon Twll, Baxal) Sandwch, νίσχυσης (arbon Twll) Sandwch, νίσχυσης (Baxal) Σύνδσοι νίσχυσης (arbon Twll) Σχήα 3β. Είδος νίσχυσης στα διάφορα στοιχία. ιάχυση Ρητίνης Σ αντίθση άλλς θόδους παραγωγής στοιχίων από σύνθτα υλικά η έθοδος του Infuson διάχυση ρητίνης την βοήθια ξωτρικής πίσης ίναι ία οικονοικά συφέρουσα έθοδος για κατασκυές ικρού ίτ γάλου όγκου παραγωγής, ικρό κόστος κατασκυής, δίνοντας άριστς τλικές ιδικές ηχανικές ιδιότητς στο υπό κατασκυή στοιχίο. Μ την συγκκριένη διαδικασία κατασκυάζονται στοιχία απλής αλλά και πρίπλοκης γωτρίας και υπάρχι η δυνατότητα προ - ρύθισης της διύθυνσης των ινών στον πιθυητό σχδιασό. ατά την διαδικασία, το αρχικό υλικό σ ορφή που έχι καθοριστί από πριν τοποθτίται στην κοιλότητα του καλουπιού. Το καλούπι κλίνι αροστγώς τοποθτώντας και ασφαλίζοντας ία διάφανη λαστική πιφάνια. Στη συνέχια αφαιρίται ο αέρας την βοήθια αντλίας κνού ώστ να αποφυχθί η δηιουργία πόρων αέρα και ταυτόχρονα η συγκέντρωση τάσων στο τλικό στοιχίο. Σχήα 4. ιαδικασία διάχυσης της ρητίνης για απυθίας κατασκυή στοιχίων δοής Sandwch. -17-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Η ρητίνη ισέρχται στο σωτρικό των ινών (υφασάτων) αζί τον καταλύτη, υπό πίση από ία ή πρισσότρς ισόδους. Το στοιχίο παραένι στο σωτρικό του καλουπιού (ανάλογα τις προδιαγραφές της ρητίνης) και θραίνται έχρι ο πολυρισός να φτάσι στο τέλος. Το στοιχίο αφαιρίται από την κοιλότητα έχοντας πολύ ικρή πιφανιακή τραχύτητα από την ία κ των δύο πιφανιών. Τα κυρίως φυσικά γγονότα που λαβάνουν έρος ίναι: η ροή της ρητίνης, ο πολυρισός και η τάδοση θρότητας στο πορώδς υλικό. Η διαδικασία πριλαβάνι την ροή της προ - αναιγένης ρητίνης τον καταλύτη έσω πορώδους υλικού υπό από την πιβολή πίσης και θέρανσης της κοιλότητας του καλουπιού. ατά την διάρκια της έκχυσης πραγατοποιίται ξώθρη αντίδραση προκαλώντας αύξηση του ιξώδους την δηιουργία σταυροδσών κατά την διάρκια του χρόνου. Το στοιχίο αφαιρίται νώ έχι διαποτιστί και πολυριστί πλήρως. Πορώδς: Το πορώδς νός υλικού έχι δύο ρηνίς όσο αφορά τα σύνθτα υλικά. Η πρώτη έχι σχέση, την απουσία ινών και αυτός ο παράγοντας ίναι απλά το αντίθτο της πρικτικότητας του στοιχίου σ ίνς. αι η άλλη σηασία του πορώδους έχι σχέση τα ικροσκοπικά κνά ή τους θύλακς αέρα που υπάρχουν στο στοιχίο τά το διαποτισό των ινών από την ρητίνη. Αυτός ο τύπος του πορώδους πορί να ίναι πιβλαβής για τις ηχανικές ιδιότητς του στοιχίου. Οι πόροι πορούν να προκαλέσουν συγκέντρωση τάσων και αυτό φυσικά ίναι σηαντικό για τις ιδιότητς του υλικού σ κατάσταση κόπωσης. Ένας από τους καλύτρους τρόπους να ιωθί το πορώδς στην κατασκυή ίναι η φαρογή κνού ώστ να αντληθί ο αέρας από το καλούπι. Ροή Sokes: Η ροή ανάσα από τα διάφορα τήατα του καλουπιού και κατά το πάχος του στοιχίου πριγράφονται από την ξίσωση Naver Sokes. Η ξίσωση Naver Sokes ίναι : Όταν η ροή ίναι σταθρή τότ η ξίσωση τατρέπται σ ία ξίσωση Hagen Poseulle : Μ βάση αυτή την ξίσωση υπολογίζονται οι ταχύτητς και η πτώσης πίσης σ προβλήατα σωτρικής ροής. Το πρόβληα της διάχυσης χωρίζται σ τρία τήατα : Σύστηα ισόδου. Σύστηα καναλιών διάχυσης. Ροής έσω πορώδους υλικού. Σχήα 5 α.) Σχηατική αναπαράσταση της ροής του προβλήατος β.) Ροή διαέσου των ινών. -18-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 Η ρητίνη διαχέται λόγω του βοηθητικού καναλιού και ρέι ανάσα στις ίνς του στοιχίου. Η πίση στο σωτρικό, ίναι σχδόν ίση το ηδέν και η ροή πιβραδύνται συνχώς συναρτήσι του ήκους κατά το οποίο διαχέται η ρητίνη. Η ροή πιβραδύνται ακόα πρισσότρο όταν το έσο στο οποίο διαχέται το ρυστό, λόγω της φύσης του γίνται λιγότρο διαπρατό. Προκύπτι ότι οι νισχυτικές ίνς σ ορφή πλκτών υφασάτων έχουν ικρότρη κατ όγκο πρικτικότητα σ σχέση τις ονοδιυθυντικές πρώτς ύλς πρί το 5% - 15% (πρικτικότητα ινών), ανάλογα τον τύπο του υφάσατος. Πιραατικός Προσδιορισός και κατασκυή στοιχίων δοής sandwch τη έθοδο του Infuson Το πλαίσιο χωρίστηκ σ τοίς στοιχίων ανάλογα τη διάσταση του πλάτους. Πρωταρχικός σκοπός ήταν να προσδιοριστί πιραατικά και να κατασκυαστί στοιχιώδς τήα το οποίο τις κατάλληλς αρχικές συνθήκς, α.) σωτρικά και ξωτρικά κανάλια διάχυσης, β) παροχή, γ) πίση, δ) θροκρασία πριβάλλοντος ) χρόνος ανάιξης / ανάδυσης) θα ολοκληρωθί η διαδικασία διάχυσης ντός του χρόνου πξργασίας της ρητίνης, όσο το δυνατό λιγότρς σ έγθος και αριθό ατέλις. Σχήα 6. ιαδικασία διάχυσης ρητίνης στοιχιώδους τήατος ικρού πλάτους. Παρατηρίται ότι το προφίλ της ροής κατά την πίπδη πιφάνια του στοιχίου τίνι την πάροδο του χρόνου να γίνι πίπδο ανξάρτητα του σηίου που ξκινά ή της ακολουθίας που πιλέγται να ισέλθι η ρητίνη. Το προφίλ στην άλλη πιφάνια του στοιχίου ακολουθί τα κανάλια διάχυσης και ολοκληρώνται πιτυχώς γάλη διαφορά χρόνου. Η πιφάνια που φάπτται το καλούπι παρουσιάζι πολύ ικρή τραχύτητα και δν παρατηρούνται γκλίσατα αέρα. Σχήα 7α. ατασκυή στοιχίου δοής Sandwch διαστάσις.9m x 0.4m ντός χρονικού διαστήατος 30mn. Σχήα 7β. ατασκυή στοιχίου δοής Sandwch διαστάσις 1.m x 0.7m ντός χρονικού διαστήατος 30mn. Η αρχική ποσότητα της ρητίνης προσδιορίσθηκ πιραατικά και συγκριτικά την ναποένουσα ρητίνη στο «resn rap» και στα δοχία όπου τοποθτίται αρχικά το ρυστό. Μ αυτόν τον τρόπο και κατασκυάζοντας ένα απλό πρόγραα ισάγται το βάρος της ναποένουσας ρητίνης τά από κάθ πίραα ώστ να προσδιορισθί η απορρόφηση αυτής από τον πυρήνα «αφρός». Έτσι το αρχικό βάρος της ρητίνης που τοποθτίται στα σηία ισαγωγής γίνται λάχιστο και ιώνται το κόστος της κατασκυής. -19-
Ηλκτροκίνητα μέσα μταφοράς στην Ελλάδα Υφιστάμνη κατάσταση και προοπτικές, ΤΕΕ, Αθήνα, 1-13 Ιαν., 006 νά ανάσα στους θυσάνους που κτίνονται σ γάλο έρος της πιφάνιας. Σχήα 8α. Επιτυχηένη διάχυση της ρητίνης σ όλη την πιφάνια του στοιχίου. Σχήα 8β. Αποτυχηένη διάχυση της ρητίνης σ τήατα της πιφάνιας του στοιχίου λόγω κακής απαριοποίησης της ρητίνης. Βάση της πιλογής της θόδου, το πλαίσιο κατασκυάστηκ υψηλή κατ όγκο πρικτικότητα σ ίνς όπως παρουσιάζται και στο πόνο διάγραα. Επακόλουθο ίναι τα στοιχία να έχουν πολύ καλές ιδικές ηχανικές ιδιότητς. Το αποτέλσα αυτό γίνται πρισσότρο φανές συγκρίνοντας το βάρος του πλαίσιο του «ΕΡΜΗ Ι» και του «ΕΡΜΗ ΙΙ» καθώς οι διαστάσις και των δύο πλαισίων ίναι σχδόν όοις. Απορρόφηση ρητίνης συναρτήσι της κατ' όγκο πρικτικότητας των ινών. 50 00 ΕΡΜΗΣ Ι 95kg Βάρος ( gr /m) 150 100 50 ΕΡΜΗΣ ΙΙ 8kg 0 0 5 30 35 40 45 50 55 60 65 ατ' όγκο Πρικτικότητα ινών ( % ) ιάγραα 1. Στο διάγραα παρουσιάζται το βάρος συναρτήσι της κατ όγκο πρικτικότητας των ινών και γίνται φανές η γάλη διαφορά στην ποιότητα κατασκυής των δύο πλαισίων και η σηαντικότητα της πιλογής της θόδου κατασκυής των σύνθτων υλικών. Η έθοδος του Infuson πιλέγται για τις άριστς ιδικές ηχανικές ιδιότητς, για την πληθώρα στο έγθος και σχήα στοιχίων που δύναται να κατασκυάσι, για την οοιόορφη διασπορά της ρητίνης σ όλη την πιφάνια της κατασκυής, αποφύγονται τα κνά αέρα στο σωτρικό της κατασκυής, για την αποφυγή σφαλάτων από των ανθρώπινο παράγοντα αλλά και για το πολύ ικρό κόστος κατασκυής λόγω του ικρού ανθρώπινου δυναικού που απαιτίται. Βιβλιογραφία: [1] Μ. H. Daoo, Mechancs of Fbrous omposes, Elsever Appled Scence. [] O..Zenkewcz, Fne Elemen Mehod, Volume 1, Buerworh-Henemann, 000. [3] D. Hull, Inroducon o ompose Maerals. [4] K. J. Bahe, Fne Elemens Procedures -0-