Введение Необходимость улучшения топливной экономичности транспортных средств является основным мотиватором в попытках лучше понять аэродинамику наземных транспортных средств. Сопротивление @ подъем @ и устойчивость - три понятия, которые составляют краеугольный камень в изучении аэродинамики наземных транспортных средств. Учет устойчивости обычно влияет на конструкцию рулевых поверхностей, что является общей чертой гоночных автомобилей. Хотя подъемная сила является желательным явлением в полете@ заземление@, цель, обратная подъемной силе@, является целью при проектировании наземного транспортного средства. Эту отрицательную подъемную силу в аэродинамике наземных транспортных средств часто называют прижимной силой. Пожалуй, самым важным аэродинамическим фактором при проектировании наземной техники является сопротивление. Основной целью усилий по лучшему пониманию аэродинамики наземных транспортных средств является оптимальное снижение аэродинамического сопротивления. Преимущества успешного снижения сопротивления очевидны. К ним относятся повышение топливной эффективности@ улучшение характеристик автомобиля@ и повышение комфорта пассажиров. Что на самом деле такое сопротивление? Чтобы ответить на этот вопрос@, возможно, нам следует сначала рассмотреть вопрос@ Что такое аэродинамика на самом деле?@ и@ в более широком смысле@ обратиться к концепции аэродинамики наземных транспортных средств. Аэродинамика – это просто изучение сил, участвующих в движении объекта по воздуху. Различные объекты??самолеты@ автомобили@ поезда@ футбольные мячи@ мячи для крикета@ теннисные мячи@ бейсбольные мячи@ перья@ даже агбада (рис. 1.1)??взаимодействуют с динамикой окружающего воздуха и, следовательно, на нее влияют. Из-за общего значения термина «транспортное средство» аэродинамика транспортного средства сужает наше рассмотрение до транспорта. Наземные транспортные средства еще больше сужают его до транспортных средств, которые соприкасаются с землей на протяжении всего своего движения. Итак, аэродинамика наземных транспортных средств — это аэродинамические исследования автомобилей@ поездов@ грузовиков@ прицепов@ мотоциклов@ тележек@ велосипедов@ и@ чтобы мы не забыли@ людей??идущих@ бегущих@ или ползающих. Молекулы воздуха бомбардируют все, с чем сталкиваются, и текут навстречу или мимо него. Когда молекулы воздуха не ограничены@, поток обычно называют несжимаемым@, и когда этот несжимаемый поток проходит мимо взаимодействующего объекта, такого как аэродинамический профиль@, мы имеем линию тока потока. Линии тока обычно представляют собой ламинарный поток. По мере быстрого увеличения скорости потока или увеличения препятствий потоку в виде трения или тупого препятствия склонность к турбулентности возрастает. Линии тока вскоре уступают место развороту микропотоков и образованию слоя сдвига в начале турбулентности. Будь то ламинарный или турбулентный поток@, сопротивление возникает как реакция на поток@, и все объекты изо всех сил пытаются преодолеть это сопротивление@, которое проявляется либо в форме давления, либо в форме трения. Форма сопротивления давления преобладает в потоке против тупых предметов, таких как плоская пластина или обтекаемое тело, расположенное лицом вперед против потока. Сопротивление в форме трения является наиболее распространенной формой сопротивления, испытываемого движущимися телами; последнее эволюционировало для минимизации сопротивления под давлением. Хотя аэродинамический профиль считается наиболее эффективной формой конструкции для снижения сопротивления, по иронии судьбы, выступы почти аэродинамического профиля на самом деле помогают уменьшить сопротивление тела @, особенно на высокой скорости. Точно так же, как вращающиеся стежки бейсбольного мяча помогают мячу двигаться по воздуху, разбивая воздух @, экструдированные части транспортного средства?? Дверная ручка и зеркало@, например?? Также помогают разбивать воздух и уменьшать сопротивление воздуха. Снижение аэродинамического сопротивления@, которое является основной целью аэродинамического проектирования транспортного средства@, является, таким образом, не просто простым проектом горизонтального каплевидного проектирования, а комплексным подходом, при котором особое внимание уделяется частям транспортного средства в разных местах, чтобы коллектив был хорошо интегрированы в общую аэродинамическую картину. Написанная для студентов старших курсов и аспирантов@, эта книга будет полезна практикующему инженеру@ аэродинамике@ проектировщику транспортных средств@ и художнику по визуализации транспортных средств. Он состоит из 13 глав, некоторые из которых можно пропустить без потери непрерывности. Глава 1 представляет собой прежде всего аэродинамический обзор. Естественно, все начинается с рассмотрения темы сопротивления. Далее описываются причины и последствия сопротивления в целом и наземной техники в частности. Главу 1 можно пропустить, если читатель уже имеет знания в области аэродинамики. В главе 2 обсуждается влияние шума и загрязнения транспортных средств на наземные транспортные средства@, особенно на автомобили. Комфорт пассажиров в этой главе представляет больший интерес (чем аэродинамика). В главе 3 обсуждаются испытания в аэродинамической трубе, а также испытания на треке и дороге — оба экспериментальных метода испытаний транспортных средств. Представлены типы и функции аэродинамических труб. Рассмотрены присущие и потенциальные ошибки при испытаниях в аэродинамической трубе и представлены методы их исправления. Представлены методы проектирования стендов для дорожных испытаний и методы сбора данных для дорожных испытаний. Глава 4 представляет собой введение в численные методы. Приводятся аргументы в пользу CFD, а не методов аэродинамических труб и дорожных испытаний в конкретных условиях. Перечислены различные типы вычислительных моделей с указанием их преимуществ и недостатков. Рассмотрена последовательность численного решения от построения модели через задание пограничного слоя до решения и интерпретации результатов. В главе 5@ рассматриваются темы устойчивости и управляемости автомобиля, а также его ходовые качества. Представлены основные поверхности управления, такие как спойлеры @ крылышки @ и концевые пластины. Обрабатываются вторичные поверхности управления и среды, такие как днище автомобиля и боковой ветер. Подробное рассмотрение взаимодействия грузового автомобиля представлено на основе обширных исследований автора. В главе 6 собраны базовые знания из предыдущих глав по проектированию аэродинамически обоснованной конструкции@ автомобиля, разбитого на переднюю@ среднюю часть @ и заднюю часть. Капот@лобовое стекло@нос@ и облицовка составляют переднюю часть. Крыша и стойки, поддерживающие кабину (A@ B@ C@ и иногда D), составляют среднюю часть@, а багажник и задний бампер составляют заднюю часть. Главу 7 можно рассматривать как введение в аэродинамику больших транспортных средств. От легких грузовиков до прицепов и автобусов@ представлены аэродинамические факторы в конструкции транспортных средств. Представлен подробный аэродинамический анализ боковых юбок — недавнего дополнения к большим грузовикам. Тема взаимодействия автомобиля и грузовика, начатая в главе 5, получает дальнейшее развитие в связи с критически важным вопросом безопасности, который, по мнению автора, находится под угрозой в общей среде между легковым автомобилем и грузовиком. Если глава 7 представляет собой введение в аэродинамику крупных транспортных средств@, то глава 8 представляет собой продолжение темы аэродинамики крупных транспортных средств@ с упором на поезда. Обсуждаются низкоскоростные@высокоскоростные@ и сверхскоростные пассажирские поезда. Вибрация является актуальной проблемой высокоскоростных поездов, движущихся по туннелям. Представлены силы и моменты, вызывающие такую вибрацию, а также конструктивные особенности, которые могут ее уменьшить. Главы 9 и 10 находятся на противоположных концах аэродинамического спектра. Транспортные средства для тяжелых условий эксплуатации и внедорожники рассматриваются в главе 9@, а в главе 10 рассматриваются гоночные автомобили. Хотя аэродинамика – это не то, что приходит на ум при проектировании транспортных средств для тяжелых условий эксплуатации и внедорожников, существуют недорогие модификации, которые можно внести, что приведет к повышению топливной эффективности. Примером таких улучшений является аэродинамическое профилирование днища автомобилей для тяжелых условий эксплуатации. Гоночные и спортивные автомобили являются воплощением аэродинамических наземных транспортных средств. Рекомендуется просмотреть главу 5, прежде чем переходить к главе 10. Аэродинамика мотоцикла представлена в главе 11. Те же характеристики, которые обсуждались в предыдущих главах, здесь применимы и к мотоциклам. Серьезность проблемы безопасности при взаимодействии мотоцикла и грузовика подчеркивается тем вниманием, которое ей уделяется в последующих главах 5 и 7. Глава 12 посвящена теме внутренней аэродинамики и потока в системе охлаждения наземных транспортных средств. Хотя некоторые аспекты этой главы рассматриваются в главах 5 и 6@, главу@, как и главу 2@, можно изучать независимо. Глава 13 является открытой главой. Вместо названия «Концептуальные наземные транспортные средства» оно вполне может называться «Квест продолжается».
SAE R-392-2014 История
2014SAE R-392-2014 Теория и приложения аэродинамики наземной техники