Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) J. Ota Škoda Auto TF/1 – Technické výpočty a aerodynamika 3.12.2010 J. Slavík, J. Klimeš a kol. TF/1 Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.
Aerodynamika vozu, vnější proudění J. Ota Škoda Auto TF/1 – Technické výpočty a aerodynamika 3.12.2010 J.Slavík a kol. TF/1 Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu - přehled
Cíle: • bezpečnost – aerodynamická stabilita, špinění • ekonomicky a ekologicky příznivé parametry vozu – aerodyn. odpor • funkčnost – chlazení, sání, technické detaily • komfort - špinění vozu Prostředky : CFD výpočty (predikce, optimalizace), měření a zkoušky Základní sledované oblasti: • • • • • •
určení aerodynamických koeficientů odporu a vztlaků na nápravách koncepční návrhy, optimalizace základních tvarů karosérie dimenzování vstupních mřížek a proudění motorovým prostorem proudění pod vozem, chlazení brzd optimalizace dílů (světlomety, stěrače, spoilery, střešní nosiče,…) simulace špinění, tlakové zatížení dílů karosérie, aerohluky INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu - nástroje Měření 1:4 Aerodynamické koeficienty cW, cAV, cAH, cN … špinění, chlazení Design Odborné útvary
CFD výpočty
Vyhodnocení a výpověď Návrh opatření pro splnění cílů
Jízdní zkoušky
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Měření 1:1
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu – CFD
Odborné útvary
Design
Scan
Nastavení výpočtu
Objemová Síť Změny
CAD data
Povrchová Síť
Úpravy
Výpočet CFD
Zpráva + Návrh opatření Vyhodnocení
Simulace proudění na 3D modelu
Příprava 3D modelu Vyhlazení, spojení dat, podvozku a karoserie Tvorba sítě ve zkoumaném prostoru, prismatické vrstvy
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Volba parametrů proudění, definice okrajových podmínek, sledování konvergence Postprocessing, vizualizace fyz. parametrů
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu – dosahování cílů
–
+
–
Designový stav
+ Zlepšení cW dle CFD
Ověření při měření 1:1
Ověření při měření 1:4
odpor, stabilita, špinění INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu – opatření
Aerodynamická opatření: • spoiler na 5.dveřích • odtrhové hrany na koncových svítilnách • vstupní otvory pro chlazení • aerodynamické kryty podvozku a deflektory před koly Výsledné parametry & Porovnání s konkurencí: cW = 0,37 A = 2,47 m2 cW x A = 0,914 m2
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
cW = - 0,014 cW = - 0,003 cW = - 0,005 cW = - 0,022
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu – motorový prostor, chlazení Dimenzování vstupních otvorů
Simulace proudění - motorový prostor
Optimalizace kanálu k přídavnému chladiči
Koncept
1.BS
2.BS
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
proudění pod vozem chlazení brzd
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu - špinění Špinění bočního skla - déšť
Špinění vozu - sníh
Účinnost stírací soustavy
odpor, stabilita, špinění INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu - validace VALIDACE výpočtů:
1:4
1:1
Serie
CFD
ZKOUŠKA
Aerodynamické koeficienty, chlazení, špinění
• Minimální četnost validací je ke statutárním výpočtům k milníkům s fyzickým vozem • Mezi milníky není většinou potřeba validací, je však vhodné ověřit výsledky na TT • NUTNÁ VALIDACE na SÉRIOVÉM voze
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnější aerodynamika vozu – 3D vizualizace (VR) Dimenzování vstupních otvorů
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní proudění (CFD) J. Ota Škoda Auto TF/1 – Technické výpočty a aerodynamika 3.12.2010 J. Klimeš a kol. TF/1 Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu - přehled
Cíle: • bezpečnost, kvalita a homologace • klima-komfort pasažérů • efektivní součinnost systémů, inovativní řešení Prostředky : CFD výpočty (predikce, optimalizace), zkoušky Základní sledované oblasti: • defrost (odmražení) • defog (odmlžení, vyhřívání) • klimatizování (ofukování, zchlazování) • solární zatížení • vyplachování, odvětrávání
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu - proces CFD v průběhu vývoje vozidla: časová osa vývoje vozidla PR1
PR0
Inovace
podpora DESIGNU
Výběr vhodných inovacích
SOP
PR2
podpora KONSTRUKCE Optimalizovaný stav
CFD hodnocení návrhů a výběr vhodných variant
CFD výpočty Měření, zkoušky DEFROST
kontury ledu na předním skle
1.návrh
mezistav optimalizace
Finální stav 17.min
17.min
časová osa vývoje vozidla
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu – reţimy distribuce Režimy distribuce: symbolika
… OFUKOVÁNÍ +
… DEFROST (STŘEDNÍ ofukovače vypnuty)
… NOHY +
+
… DEFOG (STŘEDNÍ ofukovače vypnuty)
CFD model Foto interiéru INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD)
Posouzení koncepčních změn
Vnitřní aerodynamika vozu - koncept
varianta 1
varianta 2
Integrovány do ofukovačů
Na přístrojové desce
Umístění bočních defrostů Cíle bočních defrostů: - zajištění viditelnosti přes výhledovou plochu zrcátka pro všechna nastavení ofukovačů
kontury tání ledu na skle
Výrazné ovlivnění prouděním z bočních ofukovačů (interakce 2 proudů)
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
kontury tání ledu na skle
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu – defrost, defog důvod • Bezpečnost • homologace vozidla • identifikace rizikových míst
DEFROST
optimalizovaný
17.min kontury ledu na předním skle
(s distribucí na nohy)
DEFOG
základní stav
• Bezpečnost • identifikace rizikových míst • proudění v oblasti nohou • klimakomfort - vyhřívání UŢIVATELSKY NEJČASTĚJŠÍ REŢIM
Teplotní pole v oblasti nohou řidiče (pohled od motoru) volant
pravá noha
levá noha
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Řez X
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu - klimatizování
(zchlazování, ofukování)
Klimatizování
důvod • klima-komfort • distribuce vzduchu • směrování ofukovačů • vyplněnost ofukovačů • vyplachování interiéru • aero-hluky • minimalizace tlakových ztrát • rozvážení hmotnostních toků jednotlivými ofukovači • cílené změny charakteru proudění
základní stav
optimalizovaný
Směrování ofukovačů
Optimalizace geometrie – vyplněnost ofukovačů
• PMV – střední tepelný pocit • DR – obtěžování průvanem
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu – solární zatíţení interiéru
Solární zatíţení interiéru
důvod
Výpočetní STAV
Měření
• Koncepční návrhy skel pro snížení solárního zatížení (fyzikální parametry, rozměry) • Ověření použitých materiálů v interiéru vozidla
• Sledované parametry • maximální dosažená teplota na jednotlivých dílech • dlouhodobé zatížení jednotlivých dílů
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu - validace VALIDACE výpočtů:
12.5 Min
10.0 Min
7.5 Min
CFD
ZKOUŠKA
DEFROST
• Minimální četnost validací je ke statutárním výpočtům k milníkům s fyzickým vozem • Mezi milníky není většinou potřeba validací, je však vhodné ověřit výsledky na TT • NUTNÁ VALIDACE na SÉRIOVÉM voze
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Vnitřní aerodynamika vozu – 3D vizualizace (VR)
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
Aerodynamika vozu, vnitřní a vnější proudění (CFD) Děkuji za pozornost … dotazy?
INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
