Метод определения аэродинамического сопротивления автомобиля в дорожных условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат наук Смирнов, Владимир Анатольевич

• Смирнов, Владимир Анатольевич
• кандидат наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат наук Смирнов, Владимир Анатольевич

ВВВДШИЕ......................

Глава I. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ АВТОМОБИЛЕЙ

1.1. Модельные испытания..........................2

1.2. Испытания натурных макетов автомобилей в аэродинамических трубах..........................II

1.3. Другие методы аэродинамических испытаний автомобиля ................................14

1.4. Испытания в реальных дорожных условиях ... 18

1.5. Выводы.........................26

Глава П. МЕТОДИКА ДОРОЖНЫХ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Силы и моменты, действующие на автомобиль, движущийся прямолинейно по инерции по горизонтальной дороге................ 29

2.2. Силы и моменты, действующие на автомобиль, движущийся на буксире прямолинейно с постоянной

скоростью по горизонтальной дороге ....... 32

2.3. Силы и моменты, действующие на автомобиль, движущийся на буксире под аэродинамическим экраном 34

2.4. Сравнительный анализ различных режимов движения

и методик испытания ..............34

2.5. Учет влияния подъемной силы ......... . 36

2.6. Особенности методики дорожных испытаний .... 39

стр.

Глава Ш. ОБОРУДОВАНИЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.

3.1. Конструкция аэродинамического экрана ... 53

Зд2. Конструкция сцепного устройства..... 57

3.3. Описание измерительных систем ....... 66

Глава 1У. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ.

4.1. Тарировка измерительных систем ...... 71

4.2. Результаты измерения суммы сил сопротивления качению и вращению трансмиссии ...... 72

4.3. Результаты определения суммарной силы сопротивления движению автомобиля методом буксировки на длинной сцепке .......... 74

4.4. Результаты определения суммарной силы сопротивления движению автомобиля методом выбега 78

4.5. Результаты определения коэффициента аэродинамического сопротивления......... 83

4.6. Погрешность определения аэродинамического сопротивления............... 87

Основные результаты работы и выводы........ 91

ЛИТЕРАТУРА.................... . 93

ПРИЛОЖЕНИЯ..................... 99

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод определения аэродинамического сопротивления автомобиля в дорожных условиях»

ВВВДЕНИЕ

"Основные направления развития народного хозяйства СССР на 1981-1985 гг. и на период до 1990 г.*, принятые на ХХУ1 съезде КПСС, предусматривают,в частности, и дальнейшее повышение топливной экономичности отечественных автомобилей, т.к. экономия топливных ресурсов страны является общегосударственной проблемой.

Одним из путей решения этой крупной народнохозяйственной проблемы является снижение затрат энергии на преодоление автомобилем аэродинамического сопротивления.

Решение этой задачи связано с отысканием рациональных внешних форм автомобиля, а также с правильной организацией его внутренней аэродинамики.

Создание хороших аэродинамических форм автомобиля должно начинаться на стадии компоновочной и дизайнерской проработки нового автомобиля, продолжаться при проработке его макетных образцов и заканчиваться при создании опытных образцов автомобиля.

В практике мирового автомобилестроения сложилась определенная схема проработки формы автомобиля с точки зрения его аэродинамики. Так, на ранних стадиях проектирования, исследования форм будущего автомобиля ведется на масштабных моделях в малых аэродинамических трубах с применением методов планирования эксперимента и многофакторного регрессионного анализа. Выбранные варианты формы и созданные по ним макетные образцы исследуются в натурных" : аэродинамических трубах.

По результатам этих продувок выбирается рациональный вариант внешней формы автомобиля.

После создания опытных образцов для получения окончательного суждения об аэродинамическом совершенстве нового автомобиля, его

образцы продуваются в натуральных аэродинамических трубах или исследуются в реальных дорожных условиях.

Естественно, что наиболее объективные результаты можно получить только в ходе дорожных испытаний.

Однако, на этом пути встречается много технических трудностей. Все сказанное позволяет сформулировать конкретную научно-техническую задачу, поставленную в настоящей работе, - исследование и разработка рационального метода определения аэродинамического сопротивления легкового автомобиля в реальных дорожных условиях.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Смирнов, Владимир Анатольевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен метод дорожных аэродинамических испытаний, заключающийся в определении суммарной силы сопротивления движению автомобиля путем измерения его замедления при выбеге, и сил сопротивления качению и вращению трансмиссии» путем буксировки автомобиля под аэродинамическим экраном.

2. Применение трубки Дито-Прандтля совместно со специально разработанным пьезооптическим микроманометром позволяет надежно определять скорость автомобиля относительно воздуха и повышает точность дорожных аэродинамических исследований.

3. Применение акселерометров с малыми пределами измерений позволяет определять замедление автомобиля при выбеге с достаточной точностью. Однако, ввиду наличия тангажа автомобиля и относительной трудности его учета при обработке результатов, точность измерений может быть дополнительно повышена путем применения бес-креновых датчиков горизонтальных ускорений.

4. Пренебрежение влиянием подъемной силы при экспериментальном определении силы аэродинамического сопротивления,, приводит к ошибке в ее вычислении, доходящей до 1,5-2,0 %.

5. Предложенный метод определения силы сопротивления качению и вращению трансмиссии позволяет учесть уменьшение силы сопротивления качению вследствие действия подъемной силы.

6. Учет влияния подъемной силы можно с достаточной точностью вести на основании значения коэффициента подъемной силы, полученного при испытании масштабной модели автомобиля в аэродинамической трубе. При этом 10$ ошибка в определении коэффициента подъемной силы приводит к относительной погрешности вычисления силы аэродинамического сопротивления,не превышающей 0,3-0,5 % даже при больших значениях подъемной силы.

7. Определение силы сопротивления качению и вращению трансмио сии методом буксировки автомобиля под аэродинамическим экраном требует применения специального сцепного устройства, уменьшающего продольные колебания центра масс автомобиля.

8. Эксперимент с экранированием колес автомобиля при его буксировке под аэродинамическим экраном показал, что взаимодействие вращающихся колес с неподвижным воздухом осуществляется в виде небольшого по величине крутящего момента и не создает ощутимого аэродинамического сопротивления.

9. Способ определения суммарной силы сопротивления движению методом буксировки автомобиля на длинной сцепке неприемлем ввиду того, что пограничный слой буксирного троса искажает взаимодействие воздуха с автомобилем.

10. Значения коэффициентов аэродинамического сопротивления автомобилей, полученные в дорожных условиях, заметно выше значений этого коэффициента, полученных при испытании автомобилей в аэродинамических трубах. Это происходит в основном вследствие вращения колес автомобиля и неподвижности воздуха относительно дороги.

11. Предлагаемый в работе метод определения аэродинамического сопротивления позволяет сократить время и средства на доводку формы автомобиля, он обладает достаточной точностью и может быть рекомендован для практического применения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смирнов, Владимир Анатольевич, 1983 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Материалы ХШ съезда КПСС.

2. Благоразумов В.Е. Исследование взаимосвязи формы кузова с параметрами лещового автомобиля. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, Москва, 1978 г.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М., "Наука", 1964 г.

4. Виноградов Ю.С. Исследование влияния аэродинамических характеристик на эксплуатационные качества легковых автомобилей. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, Горький, 1974 г.

5. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. М., "Наука", 1964.

6. Горлин С.М. Экспериментальная аэромеханика. Изд. "Высшая школа", 1970.

7. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М., "Наука", 1963 г.

8. Долматовский Ю.А., Зейванг К.В. Исследование обтекаемости современного легкового автомобиля. Труды НАМИ, вып. 58, 1950 г.

9. Жуковский Н.Е. О присоединенных вихрях. Собрание сочинений, Том 4, Гостехиздат, М., 1949 г.

10. Зверев И.Н. Исследование возможности создания простейшего бескренового датчика горизонтальных ускорений. "Безопасность и надежность автомобиля", МВиССО, РСФСР, МАМИ, М.,1982.

11. Илларионов В.А. Об определении сопротивлений движению автомобиля методом затухающего движения. "Автомобильная и тракторная промышленность, 1954, №9.

12. Загородаиков С.П. Планирование и результаты исследования влияние некоторых эленентов кузова легкового автомобиля на его аэродинамику. Межвузовский сборник научных трудов "Безопасность и надежность автомобиля". М., 1980.

13. Краснов Н.Ф. Аэродинамика. 4.1., М., "Высшая школа", 1976.

14. Прикладная аэродинамика. Под общей редакцией Краснова Н.Ф. М., "Высшая школа", 1974.

15. Лойцянский Л.Г. К теории |физиса сопротивления плохообтека-емых тел. Труды ЦАГИ, вып. 237, 1935.

16. Минский Е.М. Влияние турбулентности набегающего потока на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентное состояние и на отрыв слоя. Труды ДАШ, вып. 415, 1939 г.

17. Михайловский Е.В., Чумаков О.И. Влияние формы передней и задней части легкового автомобиля на его аэродинамическое сопротивление. Труды ГСХИ, том 87, 1977.

18. Михайловский Е.В. Аэродинамика автомобиля. М., "Машиностроение", 1973.

19. Никитин А.И. Исследование обтекаемости автомобиля. 0НТИ-НКШ-СССР, 1936.

20. Никитин А.И. Обтекаемость автомобиля. М., "Госмашиздат", ОНТИ, 1934.

21. Петрушов В. А. Новый метод определения сопротивления движению автомобиля. "Автомобильный транспорт", № II, 1982.

22. Прицкер Д.М., Сахаров Г.И. Аэродинамика. М., "Машиностроение", 1968.

23. Тур Е.Я. Исследование аэродинамических характеристик автомобилей. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, Горький, 1969.

24. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. М., "Машгиз", 1963.

25. Фалькевич Б.С., Загородников С.П. Исследование влияния наклона заднего стекла на лобовое сопротивление воздуха движению легкового автомобиля. БИИНавтопром "Конструкции автомобилей" Эй, вшх. 12, М., 1979.

26. Чудаков Е.А. Избранные труды. T.I. "Теория автомобиля", Изд-во АН СССР, 1961.

27. Чумаков О.И. Исследование зависимости аэродинамических свойств легкового автомобиля от его конструкции. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Горький, 1973.

28. Bowman W.D. Generalization on the aerodynamic characteristics of Sedan Type automobile Bodies. SAE prepr. ,№.660389, 1966.

29. Carг G.W. Aerodynamic Effects of Modifications to a Typical Car Model. MIRA Report., 1963/4, 196330. Carr G.W. Aerodynamics of saloon Cars. ITo 1, Engineer, 219,

5693, 1965.

31» Carr G.W., Rose M.J. Wind tunnel tests of vehicle models using a moving ground surface. MIRA Report., 1966/13,1966.

32. Carr G.W. Aerodynamics Effects of Underbody Details on a Typical Car Model. MIRA Report., 1965/7, 1965.

33. Cogotti A. Ricerca a carattere aerodinamico per valutazione degli effetti di raffiche di vento trasversale sulla capacita direzionale di un veicolo, mediante prove condotte stati-

" eaaentr in galleria del vento. ATA, 11, 1977.

34- Crimi P., Johnson R. Aerodynamic looding on hight speed ground vehicles. Journal Aircraft, 10, 1°.5, 1973*

35« Deberenz M.S., Selberg B.P. A parametric Investigation of the validity of 1/25 Scale Automobile Aerodynamic Testing. SAE Prepr., 1°.760189«

36. Posberry R.A.C. The Aerodynamics of Road Vehicles. Motor Body, June, 1959.

37. Fosberry R.A.C. The Aerodinamics of Road Vehicles. Motor Body, April, 1959.

38. Fosberry R.A.C. The Aerodynamics of Road Vehicles. Motor Body, May, 1959.

39. Fosberry R.A.C., White R.G.S. The Aerodinamics of Road Vehicles. MIRA Report, 1950/9, 1958.

40. Hawks R.J., Sayre C.L. Aerodynamics and Automobile performance. Advances Road Vehicle Aerodynamics. 1973.

41. Hirohisa Ichimura. Jidosha gijutsu. Journal of SAB Japan, 32, JT°.4, 1978.

42. Hoerner S.F. Determining Drag of an Automobile Under Actual Road Conditions. Automotive Industry, 103, U°.6, 1950.

43. Hocho W.-H., Janssen L.J., Schwartz G. The wind Tunnel's Ground Plane Boundary Layer Its Interference with the Flow Underneath Cars. SAE Prepr., 750066.

44. Janssen L.J., Hucho W.-H. The Effect of various parameters on the aerodynamic drag of passenger cars. Advanced Road Vehicle Aerodynamics, 1973.

45. Kelly k.B., Holcombe H.I. Aerodynamics for Body Engineers. SAE Trans., 72, 1964.

46. Kent K., Kyropoulos P., Tunner W. Automobile Aerodynamics. SAE Spec.Pabl., s.a.H°.180.

47. Kessler J.C., Wallis S.B. Aerodynamic test techniques. SAE Prepr., s.a. 3ff°.660464.

48. Korff w.h. The body Engineer's role in automotive aerodynamics. SAE Trans., 72, 1964.

49. bay ff.e. Is 50 Milles Per Gallon Possible with Correct Stremlining. SAE Journal, 32, H°.4, 5. 1933.

50. bind Walker G.E. Car Aerodynamics. Automobile Engineer, June, 1958.

51. Ludvigsen K.E. The Time Tunnel - an Historical survey of automotive aerodynamics. SAE Prepr., s.a. 3J°. 700035.

52. Morel T. Aerodynamic drag of bluff body shapes characteristic of hatc^-back cars. SAE Techn.Pap.Ser.,1978,780267.

53. Mason w.t., Sovran G. Ground—Plan Effects on the aerodynamics characteristic of automobile models - an examination of wind tunnel test technique. Advances Road Vehicle Aerodynamics, 1973.

54. Marcell R.P., Romberg G.P. The aerodynamic Development of the Charger Daytona for Stock Car Competition. SAE Prepr.,

700036.

55. Metz L.D. The Influence of Roughness Elements on Laminar to Turbulent Boundary Layer Transition as Applied to Scale Model Testing of Automobiles. SAE Prepr., 73023356. Morelli A., Piaravanti L., Cogotti A. The Body Shape of

Minium drag. SAE Prepr., 1°.760186, 1976.

57. Morelli A. Theoretical Method for determining the lift distribution on a vehickle. FISITA Congress, Tokyo, 1964.

58. Potthoff I. Drag and lift of modern vehicles. MIRA translation Ж°.40/71 of paper 12. Proc.1st.Symp.Road Vehicles Aerodynamics, 1969, 1970 (The City Universiti, London).

59. Schmid C. Aerodynamic Drag of Motor Vehicles; Experiments with Full Scale Car and Model. Deutsche Krafftfahrtforschung, Ж°.1, 1938, VDI Verlag.

60* Smith E".D. Some aerodynamic aspect of safety in road Chicles» Wind gusts measured on hi^oads. Proc.Mech. Eng., 30,1973.

61. Scibor-Rylski A. Economy of automobile aerodinamics. Autocar, 196?.

62» Scibor-Rylski A. The Aerodinamics of Road Vehicles, Pentech Press•Limited., 1975•

63. Tustin R.O., Carг G.W. Aerodynamics of Basic Shapes for Smoll Salton Cars. MIRA Report., №.1963/10, 1963.

64. Vehicle aerodinamics the next fuel economy frontier. Automotive engineers, 86, Ж°.7, 1978.

65. Woolard H.W. Slender-Body-Aerodynamics for High Speed Ground Vehicles. AIAA, Paper H°.3, Hew York, 1970.