ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ  ИССЛЕДОВАНИЯ  ВЛИЯНИЯ  ФОРМЫ  АВТОМОБИЛЯ  НА  ЕГО  АЭРОДИНАМИКУ

Анучин  Илья  Евгеньевич

Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород

Погодин  Александр  Вячеславович

Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород

Тумасов  Антон  Владимирович

канд.  техн.  наук,  доцент,  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород,

Катаева  Лилия  Юрьевна

д-р  физ.-мат.  наук,  доцент,  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород,

Масленников  Дмитрий  Александрович

канд.  физ.-мат.  наук,  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород

E-mail:  dmitrymaslenikov@rambler.ru

Исследования  выполнены  при  финансовой  поддержке  Министерства  образования  и  науки  РФ  в  рамках  проекта  по  договору  №  02.G25.31.0006  от  12.02.2013  г.  (постановление  Правительства  Российской  Федерации  от  9  апреля  2010  года  №  218).

Как  указано  в  работе  [1]  аэродинамическое  сопротивление  впервые  стало  предметом  исследования  ещё  в  20-х  годах  прошлого  века.  В  то  время,  динамические  характеристики  автомобиля  были  более  важны,  чем  расход  топлива. 

В  настоящее  время  вопросы  аэродинамики  автомобиля  стали  особенно  актуальными.  Аэродинамика  автомобиля  влияет  не  только  на  расход  топлива,  но  и  на  такие  важные  характеристики  автомобиля  как  управляемость  (подъёмная  сила  и  устойчивость  под  действием  ветра,  направленного  перпендикулярно  движению),  вентиляция  салона,  характер  течения  дыма  и  пыли,  что  сказывается  на  загрязнении  поверхностей  автомобиля  и  безопасность  [2].  Для  испытания  автомобиля  можно  использовать  в  испытании  собранного  автомобиля  в  реальных  условиях,  но  аппаратура,  измеряющая  нагрузку,  является  дорогостоящей  [1],  также  сложно  контролировать  реальные  условия. 

Другим  способом  является  продувание  модели  автомобиля  с  помощью  аэродинамической  трубы.  В  этом  случае  нет  необходимости  в  воспроизведении  внутреннего  устройства  автомобиля.  Основным  условием  аэродинамического  подобие  является  воспроизведение  формы  автомобиля  и  числа  Рейнольдса,  которое  вычисляется  с  помощью  соотношения  ,  где  ρ  —  плотность  газовой  смеси,  V  —  скорость  потока,  L  —  характерная  длина,  μ  —  аэродинамическая  вязкость.  При  проведении  эксперимента  нужно  стремиться  к  приближению  числа  Рейнольдса  модели  автомобиля  к  значению,  имеющему  место  в  реальных  условиях. 

Данная  работа  посвящена  описанию  экспериментов  по  продуванию  уменьшенной  модели  автомобиля  в  аэродинамической  трубе  на  базе  Нижегородской  государственного  технического  университета  им  Р.Е.  Алексеева.  Модели  были  изготовлены  из  вспененного  пенополиуретана  Sterofoam  500  из-за  его  лёгкости  и  прочности.  Для  изготовления  их  использовался  фрезерный  станок  с  ЧПУ.  Вид  моделей  после  такой  обработки  показан  на  рис.  1 

Рисунок  1.  Вид  моделей  автомобиля  после  обработке  на  фрезерном  станке  с  ЧПУ

После  обработки  на  станке  с  ЧПУ  на  моделях  остались  мелкие  неровности  в  виде  борозд  от  прохода  фрезы.  Эти  неровности  негативным  образом  сказываются  на  результатах  измерений  в  аэродинамической  трубе.  Поэтому  для  наиболее  точного  соответствия  трёхмерной  модели,  было  необходимо  произвести  дальнейшую  обработку  внешней  поверхности.  Производилась  обработка  поверхности  шкуркой,  далее  для  выравнивания  наносилась  шпатлевка  и  шлифовалась.  В  итоге  получили  поверхность  моделей  с  минимальной  шероховатостью,  допустимой  при  проведении  эксперимента.  Для  придания  более  эстетичного  вида  моделям,  они  были  покрашены  водоэмульсионной  краской,  что  также  уменьшило  шероховатость  внешней  поверхности.  Вид  модели,  установленной  в  аэродинамической  трубе,  показан  на  рис.  2.  Перед  проведением  экспериментов  необходимо  произвести  тарировку  показаний  микроамперметров. 

Рисунок  2  Модель  автомобиля  в  аэродинамической  трубе

Тарировка  производится  следующим  образом:

1.  Установка  модели  на  аэродинамические  весы.

2.  Нагружение  модели  заведомо  известной  массой  и  запись  показаний  микроамперметров.

3.  Построение  графиков  и  определение  градуировочных  коэффициентов.

После  установки  модели  автомобиля  на  аэродинамические  весы  сверху  опускалась  металлическая  плита,  имитирующая  дорожное  полотно.  Расстояние  между  колесом  модели  и  плитой  равнялось  10  мм.  Тарировка  необходима  для  перевода  показаний  микроамперметров  в  силы,  возникающие  при  проведении  эксперимента.  Результаты  тарировки  показаны  в  таблицах  1—3.  Затем  вычислялись  градуировочные  коэффициенты:  К_х  =  0,1332  Н/дел,  К_y  =  0,7614  Н/дел,  К_M  =  0,2538  Н/дел. 

Таблица  1.

Тарировка  силы  сопротивления  (нулевое  положение  0мА)

Таблица  2.

Тарировка  подъемной  силы  (нулевое  положение  50мА)

Таблица  3.

Тарировка  опрокидывающего  момента  (нулевое  положение  50мА)

При  проведении  экспериментов  исследовались  9  моделей  автомобиля,  показанных  в  таблице  4. 

Таблица  4. 

Исследуемые  конфигурации  автомобилей

При  проведении  экспериментов  были  измерены  следующие  характеристики  моделей:  C_x  коэффициент  лобового  сопротивления,  коэффициент  подъёмной  силы  C_y,  опрокидывающий  момент  M.  Данные  параметры  для  всех  рассмотренных  моделей  автомобилей  показаны  на  рис.  3—5  соответственно. 

Рисунок  3  Коэффициент  лобового  сопротивления  различных  конфигураций  модели

Рисунок  4  Коэффициент  подъёмной  силы  различных  конфигураций  модели

Рисунок  5  Опрокидывающий  момент  различных  конфигураций  модели

В  результате  проведённых  экспериментов,  лучшими  с  аэродинамической  точки  зрения,  были  выделены  следующие  модели:  «Модель  1  седан»,  «Модель  1  хетчбек»,  «Модель  1  универсал»,  «Модель  3  универсал». 

Список  литературы: 

1.Гросс  Д.С.,  Сексинский  У.С.  Некоторые  проблемы  испытаний  автомобилей  в  аэродинамических  трубах  //  Аэродинамика  автомобиля.  Сб.  статей.  Пер.  с  англ.  Ф.Н.  Шклярчука.  Под  ред.  Чл.-кор.  АН  СССР  Э.И.  Григолюка.  М.:  Машиностроение,  1984.  —  376  с.,  ил.

2.Келли  К.В.,  Колкомб  Х.Дж.  Аэродинамика  для  конструктора  кузова  автомобиля  //  Аэродинамика  автомобиля.  Сб.  статей.  Пер.  с  англ.  Ф.Н.  Шклярчука.  Под  ред.  Чл.-кор.  АН  СССР  Э.И.  Григолюка.  М.:  Машиностроение,  1984.  —  376  с.,  ил.