автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Совершенствование аэродинамики подднищевой зоны легкового автомобиля

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРОВЕДЕННЫХ РАНЕЕ РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ. &

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБТЕКАНИЯ

ПОДДНИЩЕВОЙ ЗОНЫ АВТОМОБИЛЯ. 2.

2.1. Математическая модель обтекания днища автомобиля. 2.

2.2. Влияние параметров днища и расположения кузова относительно дороги на аэродинамику подднищевой зоны.

2.3. Методика расчета аэродинамического сопротивления подднищевой зоны автомобиля. . Ч\

2.4. Расчетное определение аэродинамического сопротивления колес

2.5.Расчет параметров нижнего обтекателя моторного отсека автомобиля. .G?

2.6.Влияние типа аэродинамического экрана на обтекаемость подднищевой зоны.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ ПО ДДНИЩЕВ ОЙ ЗОНЫ АВТОМОБИЛЯ

3.1. Результаты исследований масштабной модели в аэродинамической трубе

3.2. Результаты дорожных испытаний легкового автомобиля .Y

ГЛАВА 4. ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ ОБТЕКАЕМОСТИ ПОДДНИЩЕВОЙ 30 НЫ.№

4.1. Повышение топливной экономичности и безопасности автомобиля

4.2. Снижение загрязняемости автомобиля . .-М

ГЛАВА 5. МЕТОДИКА И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.№

5.1. Методика модельных испытаний в аэродинамической трубе.MS

5.2. Методика дорожных испытаний легкового автомобиля. J2.&

6. ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИИССЛЕДОВАНИЙ. i

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к аэродинамике автомобиля. На сегодня насчитывается более двадцати сложных аэродинамических и аэроклиматических комплексов, которые стали неотъемлемой частью некоторых автомобильных фирм или научно-технических центров, занимающихся постройкой и доводкой автомобилей. Затраты на строительство таких комплексов и стоимость проведения исследований в них значительны. Так, например, стоимость аэродинамического комплекса на фирме ^Порше» составляет около 37 млн. немецких марок, а один час испытаний в аэродинамической трубе там обходится в 5 тыс.марок. Однако, несмотря на высокую стоимость, строительство подобных комплексов расширяется, поскольку сегодня автомобильная техника стала показателем технического уровня не только фирмы, но и государства в целом. Автомобильное оборудование базируется на сложной электронной технике, к разработке автомобиля привлекаются специалисты из различных областей науки и техники. Одним из важнейших направлений этой работы стало аэродинамическое проектирование автомобильного кузова, поскольку оптимизация его аэродинамических показателей позволяет существенно повысить топливную экономичность, динамические качества, производительность автомобиля, снизить загрязняемость и уровень шума. При этом достижение минимального значения коэффициента аэродинамического сопротивления Сх кузова не является единственной задачей аэродинамического проектирования автомобиля. В ходе его решается целый ряд важных задач, влияющих на технико-экономические и потребительские качества автомобиля.

Выполненная к настоящему времени тщательная, с точки зрения обтекаемости, отработка формы кузова современных легковых автомобилей практически исчерпала возможности улучшения их внешней аэродинамики. Поэтому ведется поиск дополнительных путей совершенствования аэродинамических свойств легковых автомобилей. Одним из них является малоизученное в автомобильной аэродинамике направление, связанное с исследованием и улучшением обтекаемости подднищевой зоны автомобиля, что является предметом рассмотрения данной работы.

По литературным данным аэродинамические потери в подднищевой зоне при высоких скоростях движения составляют 10-15 % от общего аэродинамического сопротивления легкового автомобиля. Наряду с ростом сопротивления движению, затрудненное протекание воздушного потока в подднищевой зоне приводит к увеличению действующей на автомобиль подъемной силы. Это отрицательно сказывается на его курсовой устойчивости и управляемости.

Совершенствование механизма обтекания подднищевой зоны позволит снизить аэродинамическое сопротивление автомобиля и действующую на него подъемную силу, что обеспечит уменьшение расхода топлива, повышение его скоростных свойств и безопасности движения.

6. ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Разработаны математическая модель обтекания днища и алгоритм расчета аэродинамического сопротивления подднищевой зоны легкового автомобиля.

2. Установлена зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления Сх от степени шероховатости днища, а также вертикального и углового расположения кузова автомобиля относительно поверхности дороги.

3. Создана методика расчета аэродинамического сопротивления подднищевой зоны легкового автомобиля, которая может использоваться на стадии его проектирования.

4. Получены расчетные формулы для определения аэродинамического сопротивления колес легкового автомобиля и оценки влияния на его величину их установочных параметров относительно кузова.

5. Разработана методика расчета конструктивных и установочных параметров нижнего обтекателя моторного отсека. Установлено, что наибольшее снижение коэффициентов аэродинамического сопротивления Сх и подъемной силы С2 автомобиля, составляющее 3 % и 6 % соответственно, достигается при следующем соотношении длин отверстия для выброса воздуха и моторного отсека: 0,01 <1ио lLMO < 0,02.

6. Установлена степень влияния неподвижного экрана на результаты испытаний масштабной модели в аэродинамической трубе. Для повышения их точности при использовании неподвижного экрана полученные значения коэффициентов Сх и Cz следует увеличивать на 3 и 5 % соответственно.

7. Улучшение обтекаемости подднищевой зоны путем применения плоского днища в сочетании с нижним обтекателем моторного отсека, установки кузова с отрицательным углом тангажа -1° и оптимальным дорожным просветом относительно дороги снижает аэродинамическое сопротивление автомобиля, его расход топлива и действующую на него подъемную силу на 9-10 %, 3 % и 12 - 15 % соответственно.

1. Аэродинамика автомобиля: Пер. с англ./ Под ред. Э.И.Григолюка.-М.: Машиностроение, 1984.-377с.

2. Аэродинамика автомобиля: Пер. с нем./ Под ред. В.Г. Гухо.-М.: Машиностроение, 1987.-422с.

3. Аэродинамические трубы Института Механики МГУ: Научные труды МГУ // Под ред. С.М.Горлина и Г.Е.Худякова.-М.: МГУ, 1971. №14-53с.

4. Бам-Зеликович Г.М. О критериях отрыва пограничного слоя. Известия АН СССР. Сер. Механика жидкости и газа. М.: 1970, № 4.-С.49-55.

5. Бартеньев С.Л. Влияние аэродинамических характеристик на управляемость автомобиля. Диссертация канд. техн. наук, -М.: 1986.-194с.

6. Безверхий А.С. Разработка и освоение технологии испытаний автомобилей в аэродинамической трубе Научно-исследовательского центра по испытаниям и доводке автомототехники (НРЩИАМТ). Диссертация канд. техн. наук. -М.: -1997.-197с.

7. Белоцерковский С.М., Лифанов И.К., Ништ М.И. Исследование на ЭВМ аэродинамики автомобилей, поездов и других автотранспортных средств // Промышленная аэродинамика. -1991.-№4. -С.5-42.

8. Бернацкий В.В., Зверев И.Н., Смирнов В.А. Определение Сх автомобиля при помощи экрана // Автомобильная промышленность . -1991. -№6. -С.6-7.

9. Бессарабская И.Э., Перминов С.М. Применимость уравнений Навье-Стокса в гидродинамических задачах машиностроения // Доклады АН России. -1995. -ЗИЛ, №5. С.618-622.

10. Ю.Благоразумов В.Е. Исследование взаимосвязи формы кузова с параметрами легкового автомобиля. Диссертация канд. техн. наук. -М.: 1978.-210с.

11. Брянский Ю.А., Галустян Р.Г., Добрынин С.И. Направление исследования численных методов в аэродинамических исследованиях автомобилей. // Сб. науч. тр. НАМИ. -М.: 1991. -С.69-80.

12. Бурков В.В., Индейкин А.И. Автотракторные радиаторы: Справочное пособие. -Д.: 1978. -221с.

13. И.Виноградов Ю.С. Исследование влияния аэродинамических характеристик на эксплуатационные качества легковых автомобилей. Диссертация канд. техн. наук. -Горький. 1974. -210с.

14. Виноградов Ю.С., Круглов В.З., Тур Е.Я., Шапкин J1.H. К вопросу аэродинамики автобуса // Сб. научных трудов ГСХИ. -Г.: 1984. -С.30-32.

15. Возный М.Н. Исследование аэродинамических характеристик автобусов. Диссертация канд. техн. наук, Львов: -1974. -221с.

16. Галустян Р.Г., Кисин В.А. Аэродинамическая труба улучшает эксплуатационные показатели автомобилей // Автомобильная промышленность. -1994. №8. -С. 15-16.

17. Галустян Р.Г., Кисин В.А., Кузьменко В.И., Кутенев В.Ф. Аэродинамические устройства легковых автомобилей // Автомобильная промышленность. -1987. №7. -С. 17-18.

18. Галустян Р.Г., Кисин В.А., Кузьменко В.И., Хорева Н.А. Снижение загрязняемости городских автобусов // Автомобильная промышленность. -1986. №2. -С.21-22.

19. Гельфанд И.М., Глаголева Е.Г., Шноль Э.Э. Функции и графики. М.: Наука, 1971.-120с.

20. Гиневский О.Н. Теория струйных течений. М.: Наука, 1986. -265с.i3

21. Гор А.И., Михайловский Е.В., Тур Е.Я. Определение аэродинамических характеристик масштабных моделей автомобилей в дорожных условиях // Автомобильная промышленность. -1970. -№6. -С. 11-12.

22. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. М.: Высшая школа. -1970. -187с.

23. Госмен А.Д. и др. Численные методы исследования течений вязкой жидкости. М.: -Мир. -1972. -297с.

24. Грузинов А.Б., Иванов О.Е., Дылевская JI.B. Лобовая площадь определяется в аэродинамической трубе // Автомобильная промышленность. -1991.-№6.-С. 16-17.

25. Гутер Р.С., Овчинский В.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука. -1970. —309с.

26. Евграфов А.Н., Медведев Е.Ф., Московкин В.В. и др. Некоторые результаты научно-исследовательских работ по снижению аэродинамического сопротивления автомобилей и автопоездов // Труды НАМИ. —М.: 1980. -вып. 181. -С.52-71.

27. Евграфов А.Н., Медведев Е.Ф., Московкин В.В. Аэродинамическое сопротивление автомобилей и пути его снижения // Научные труды ВЗПИ. -М.: 1982. С.74-86.

28. Евграфов А.Н., Мамедов В.А. Пути улучшения аэродинамики легковых автомобилей // Автомобильная промышленность. 1985. -№3. -С. 1214.

29. Евграфов А.Н. Снижение аэродинамического сопротивления автотранспортных средств резерв экономии топлива// Автомобильная промышленность. - 1983. - №4. -С. 18-19.

30. Евграфов А.Н., Хубаев Б.Г. Совершенствование аэродинамических качеств автомобилей и автопоездов. М.: НИИНАвтопром. -1987. 42с.

31. Евграфов А.Н., Московкин В.В., Романенко Г.А. и др. Взаимосвязь результатов модельных и натурных аэродинамических испытаний автомобилей и автопоездов // Межвузовский сборник. ЭВМ в исследованиях АТС. -М.: Труды МИЛ. -1988. -С.74-78.

32. Евграфов А.Н., Папашев О.Х., Гальчинский И.В. и др. Аэродинамическое проектирование АТС // Автомобильная промышленность. 1991. -№6. -С. 14-16.

33. Евграфов А.Н., Высоцкий М.С. Влияние факторов масштабного моделирования на коэффициент аэродинамического сопротивления // Известия НАН Беларуси.-Минск: 1993.-№>1. -С.33-36.

34. Евграфов А.Н., Абдулкадыров М.В., Петренко С.Н. Загрязняемость автотранспортных средств и ее влияние на безопасность и экологию // Сб. научн. трудов МГИУ. М.: - МГИУ. - 1998. - С. 152-154.

35. Загородников С.П. Моделирование поверхности дороги // Известия вузов. Машиностроение. 1980. -№6. - С.74-78.

36. Загородников С.П. Исследование влияния некоторых геометрических параметров кузова на аэродинамику автомобиля. Диссертация канд. техн. наук. М.: 1981.-228с.

37. Зимелев Г.В. Теория автомобиля. М.: Машгиз. 1957. - 455с.

38. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям: М.: Машиностроение. 1975. -359с.

39. Капустин А.А. Оценка аэродинамических характеристик скоростных автомобилей. Диссертация канд. техн. наук. М.: 1983.-2Юс.

40. Королев Е.В. Оценка и прогнозирование аэродинамических качеств легковых автомобилей на основе испытаний их масштабных моделей в аэродинамических трубах. Диссертация канд. техн. наук. -М.: 1989. 195с.

41. Котляревский В.А., Зинченко Ж.Ф., Олефир А.И., Тимохин В.И. Аэродинамические характеристики автомобилей // Автомобильная промышленность. -1980. №7. С.17-20.

42. Кузин А.С., Пироженко В.В., Чарыков А.А. Оценка места расположения воздухозаборника автомобильного двигателя. -НИИНАВТОПРОМ. ЭИ Конструкции автомобилей. 1982. - №8. - С.29-34.

43. Кульмухамедов Д.Р. Исследование и оценка аэродинамических характеристик легковых автомобилей. Диссертация канд. техн. наук. -М.: 1979. 248с.

44. Кульмухамедов Д.Р., Шухман С.Б., Хикматов Р.С. Аэродинамические характеристики подкапотного пространства автомобилей в условиях жаркого климата// Известия вузов. Машиностроение 1989. - №5. - С.81-84.

45. Кульпина И.Э. Перминов С.М. Численное моделирование трехмерного обтекания автомобиля // Моделирование в механике. 1993. - №1. -С.98-112.

46. Кульпина И.Э., Перминов С.М., Писковский В.О., Соколов А.Г. Численное моделирование обтекания автомобиля // Математическое моделирование. 1994. - №1С.54-68.

47. Лойцанский Л.Г. Механика жидкости и газа: -М.: Наука, 1970.280с.

48. Маркова Е.В., Адлер Ю.П., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных исследований. М.: Наука, 1986. -280с.

49. Математические методы планирования эксперимента // Под ред. Пепенко В.В. Новосибирск: Наука. - 1981. - 240с.

50. Михайловский Е.В. Аэродинамика автомобиля. М.: Машиностроение, 1973.-223с.

51. Моделирование аэродинамических характеристик автомобиля // Автомобильная промышленность США. 1996. - №4-5. - С. 12-14.

52. Палутин Ю.И. Методические основы совершенствования параметров воздушной среды салонов автомобилей. Диссертация докт. техн. наук. -М.: 1998.-375с.

53. Парфенов В.Н. Разработка методов расчета аэродинамического сопротивления движению и воздухообмена в салоне автобуса с кузовом вагонного типа. Диссертация канд. техн. наук. -М.: 1984. 237с.

54. Пенкхерст Р., Холдер Д. Техника эксперимента в аэродинамических трубах. М.: -ИЛ. 1995. - 300с.

55. Петрушов В.А. Новый метод определения сопротивления движению автомобиля // Автомобильный транспорт. 1982. - №11. - С. 12-17.

56. Петрушов В.А. Оценка аэродинамических качеств и сопротивлений качению автомобиля в дорожных условиях. // Автомобильная промышленность. 1985. -№11.- С.14-19.

57. Petrushov V.A. Coast Down Method in Time Distance Variables. SAE/№970408. - 1997.

58. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. М. -Л.: Наука, 1965. -310с.

59. Постоловский С.Н., Ильичев К.П. О ламинарном отрыве потока маловязкой жидкости // Известия вузов. Машиностроение. — 1992. №1-3. -С.50-54.

60. Прандтль Л. Гидроаэродинамика. М.: ИЛ, 1951. 495с.

61. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей. М.: Наука, 1973.-495с.

62. Романенко Г.А., Евграфов А.Н. и др. Сравнительный анализ результатов трубных и натурных исследований автомобилей // Научно-технический отчет Института Механики МГУ им. М.В. Ломоносова, № 01825059735. М.: -1988.-50с.

63. Седов Л.И. Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики. М.: Наука. 1966.-448с.

64. Смирнов В.А., Бартенев СЛ., Балашов В.В. и др. Исследование распределения давления воздуха по поверхности кузова движущегося автомобиля // Межвузовский сборник научных трудов. Безопасность и надежность автомобиля. М.: МАМИ. Вып. 9. - 1981. - С.87-92.

65. Смирнов В.А. Метод определения аэродинамического сопротивления автомобиля в дорожных условиях. Диссертация канд. техн. наук. М.:1983.-240с.

66. Тур Е.Я. Аэродинамические испытания моделей автомобилей на стадии разработки формы кузова // Сб. научн. трудов Нижегородского сельскохозяйственного института. -Н.Новгород. 1993. - С.37-42.

67. Тур Е.Я. Исследование аэродинамических характеристик автомобилей. Диссертация канд. техн. наук. Г.: -ГСХИ. -1969. 215с.

68. Узбеков Ф.М. Оптимизация геометрических параметров кузова автомобиля по аэродинамическим характеристикам. Диссертация канд. техн. наук. М.:-1984.-225с.

69. Федяевский К.К., Блимина JI.X. Гидроаэродинамика отрывного обтекания тел. М.: Машиностроение. 1977. -305с.

70. Чжен П. Отрывные течения. Т 1. -М.: -Мир. 1972. -352с.

71. Чумаков О.И. Влияние конструкции нижней части автомобиля на его аэродинамические свойства: Труды ГСХИ, т.71. — Г: 1975. С.129-133.

72. Чумаков О.И. Исследование зависимости аэродинамических свойств легкового автомобиля от его конструкции. Диссертация канд. техн. наук. Г.: 1975. -239с.

73. Хмельницкий Э.Е. Проблемы подачи охлаждающего двигатель воздуха и аэродинамика автомобиля // Автомобильная промышленность.1984. -№4.-С.11-12.

74. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука. 1969. - 517с.

75. Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений. -JL: Госиздат технико-теоретической литературы. — 1950. 170с.

76. Aerodinamic drag mechnisms of bluff bodiers and vehicles: Plenum press/ New York London.' - 1978. - 357 p.p.

77. Aerodynamic Drag Mechanism of Beuff Bodies and Road Vehicles.: Plenum Publishing. - New York. - 1978. - 398 p.

78. Aerodynamics of Road Vehicles // edited by Wolf-Heinrich Hucho.: Copyrigth. -USA.- 1998.- 918 p.

79. Ahmed S.R. Hucho W.H. The calculation of the flow field past a van with aid of a panel method/ "SAE Prepr", 1977, №770390, 21 p.p., ill.

80. Bocoman W.D. Generalizations on the aerodynamic characteristics of Sedan Type of automobile Bodies. -" Society of automotive engineers " 1966, June 6-10, № 660389, 1-16 p.p.

81. B2. Carr G.W. Wind Tunnel Blockage Correction for Road Vehicles. MIRA Report №1271/4.

82. A3. Carry K.P. Development of container-mounted devices for reducing the aerodynamic drag of commercial vehicles. "J. Wind Eng. and Ind. Aerodyn.", 1981. №1-2, s.584.

83. Der Lastwagen im Windkanal. "Fordertechik.", 1992; 61, №11, s. 47-48.

84. Dominy R.G. A technique for the investigation of the trainsient aerodynamic forces and vehicles in cross winds. " Proc. Inst. Mech. Eng. D. ", 1991; 205, №4, 245-250 p.p.

85. Duell E.G., George A.E. Unsteady wake flows of ground vehicle bodies. "10th AIAA Appl. Aerodyn. Conf., Palo Alto, Calif., June 22-24, 1992 : Collect. Techn. Pap. Pt,1. "Washington (D.C.), 1992, 384-390 p.p.

86. Eaker G.W. Wind Tunnel to -Road Aerodynamic Drag Correlation. SAE. -№880250. - 1988.

87. S8. Gilhaus A. u.a., Uber den Luftwiderstand von Fernlastzugen, Ergebuisse aus Modellmessungen im Windkanal. Teil I, "Automobil Idustrie", 1979, №3, S. 127139

88. Gohring E. Basic comments of the aerodynamics of arodern commercial vehicles. Jng. Automob. 1991. - №663. - 70-76 p.p.

89. Gohring E., Kramer W. Auswirhung aerodynamischez Mabnahmen auf Kraftstoff-verbrauch und Fahrleistung moderner Nutzfahrzeuge. A.T.2., 1985, №7/8, S. 337-342

90. Klier A., Kruger H., Der Einflus von guergerippten bzw. glatten Kofferaufbauseitenwanden auf den Luftwiderstend von GKW., "Kraftfahrzeugtecknik", 1981. №11, s. 336-337.

91. Korst H.H., White R.A. Coastdown Tests: Determining Road Loads Versus Drag Component Evaluation. SAE. №901767. - 1990.

92. Kuhlmann A. Auto und Verkehz bis 2000. Springer Verlag TUV Rheinland, Kohln, 1984.

93. Ю1. Lanser Wendy R., Ross James C., Kaufman Andrew E. Aerodynamic performance of a drag reduction device on a full-scale tractor/trailer. "SAE Tech. Pap. Ser.", 1991, №912125, 1-9 p.p.

94. Lay W.E. Ts 50 miles per gallon possible with conect streamling. SAE, 1933.

95. Losito V., Nicola C., Albertoni S, Berta S. Numerical solutions of potencial and viscous flows around road vehicles: Impact of Aerodynamics on Vehicle Design. -1983. pp. 429-440.

96. Maeda Kazuhiro at al. Analysis of air flow behavior around a vehicle to improve vehicle aerodynamics. "JSAE Rev.", 1990; 11, №1, 18-23 p.p.

97. Marcatos N.G. The theoretical prediction of external aerodynamics of road vehicles: Impact of Aerodynamics on Vehicle Design. 1983. - pp. 387-400.

98. Metz L.D. An improved Technique for theoretically determing the lift distribution on an automobile. "Trans. ASME", 1973, В 95,*№1, 275-279 p.p.

99. Moranne M.P. Systeme de vefroidissement et consommation des Vehicules automobiles. "Ingenieurs de Lautomobile", 1982. №7. - S. 37-39.

100. Morreli, Fieravanti F., Cogotti A. Sulle forme della carrozeria di minima resisten za aerodinamica. -"ATA", 1976, №2, p.p.468-476.

101. MO. Stafford L.G. A higher-order boundary integral equation technique for the computation of vehicle flow fields: Impact of Aerodinamics on Vehicle Design. -1983. pp. 401-428.

102. ИЗ. Prandtl L. FOhrerdurch die Stromungslehre., Braunschweig, 1965.

103. Salmirs Seymour, Reed William H. An application of wing aerodynamic principles to the reduction of road vehicle air drag loads. "SAE Techn. Pap. Ser." 1990, № 901866, p.p.1-9.

104. Sovran Gino. The effect of ambient wind on a road vehicles aerodynamic work requirement and fuel sonsuption. "SAE Techn. Pap. Ser." 1994, № 840, 24 p.p.