Aerodynamika vozu, vnější proudění J. Jagrik Škoda Auto TFA – Aerodynamika a výpočty 11.3.2015
1 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
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, expertní znalosti
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
2 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Historie aerodynamiky ve Škoda Auto • 1970-80 – měření modelů 1:4 (VZLÚ) a dojezdové zkoušky • 1981 – 1. měření v aerodynamickém tunelu (MIRA) • od 1991 – systematická měření v aerodynamických tunelech VW-Group • od 2001 – CFD simulace (Fluent ANSYS) • od 2003 – laboratorní testování špinění (CSTB) • od 2008 – modely 1:4 plně nahrazeny CFD simulacemi • od 2011 – CFD simulace (OpenFOAM)
3 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Aerodynamický odpor : Těžiště vývojových aktivit cca 80%
= cW∙ A
FW =
Při 120 km/h tvoří odpor vzduchu 75% spotřeby paliva 4 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Aerodyn. odporová síla
→ CO2
½ ∙ ρ ∙ v2 ∙ cW∙ A Hustota vzd.
Čelní plocha
Souč. aero. odporu
Rychlost
Aerodynamický odpor Podíl částí vozu na celkovém aerodynamickém odporu cW∙A a optimalizační potenciál
Karoserie
Motorový prostor
(Package + Design)
5% 10% 10%
40%
25%
Podlaha a podvozek
25% 5%
10%
Kola a pneu
Celkový optimalizační potenciál: 30% 5 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
CFD-Simulace = základní nástroj
Škoda Auto
Standard v oboru
20% Aerodynamický tunel
70% Aerodynamický tunel
80% CFD simulace
30% CFD simulace
ŠKODA nemá aerodynamický tunel Simulace jsou základním nástrojem
6 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Standard v: Mercedes, Audi, VW … Simulace jako podpora k exerimentům
Vnější aerodynamika vozu - nástroje
Expertní znalosti Aerodynamické koeficienty cW, cAV, cAH, cN … špinění, chlazení Design Odborné útvary
CFD výpočty
Vyhodnocení a výpověď Návrh opatření pro splnění cílů
Jízdní zkoušky 7 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Měření
Vnější aerodynamika vozu – CFD
Design Odborné útvary
Scan
Nastavení výpočtu
Objemová Síť Změny
CAD data
Povrchová Síť
Příprava 3D modelu
Vyhlazení, spojení dat, podvozku a karoserie Tvorba sítě ve zkoumaném prostoru, prismatické vrstvy
8 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Úpravy
Výpočet CFD
Zpráva + Návrh opatření Vyhodnocení
Simulace proudění na 3D modelu
Volba parametrů proudění, definice okrajových podmínek, sledování konvergence Postprocessing, vizualizace fyz. parametrů
Externí aerodynamika – ŠKODA OCTAVIA Příklady optimalizace designu rozložení tlaku bez spoileru rozložení tlaku se spoilerem
spoiler na víku kufru pro nejvyšší motorizaci
ověření měřením v tunelu
Příklady optimalizace techniky
optimalizace velikosti vstupů pro chlazení 9 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
aerodynamické kryty podlahy
optimalizace kanálů chlazení brzd
Externí aerodynamika – ŠKODA OCTAVIA Aerodynamická opatření:
Výsledné parametry a porovnání s konkurencí: cW = 0,288 A = 2,21 m2 cW x A = 0,636 m2
10 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Dcw ≈ -0,040
optimalizace tvaru karoserie – zejména víko kufru, zadní skupinové svítilny, A-sloupky, zrcátka, střecha, C-sloupky, přední nárazník vstupní otvory pro chlazení, navádění vzduchu k chladiči aerodynamické kryty podlahy optimalizované kanály chlazení brzd spoiler pod předním nárazníkem a spoilery před koly
Externí aerodynamika s motorovým prostorem Tlaky na kapotě (à pevnostní výpočty)
Bilance na netěsnostech (à doporučení pro konstrukci)
Tlaky na světlometech (à odmlžování světlometů)
Rychlostní pole na výměnících (à tepelné bilance)
11 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Externí aerodynamika s motorovým prostorem Aerodynamická opatření: Nová generace navaděčů vzduchu na chladící modul: Objektivně: zvětšila efektivitu vstupujícího vzduchu à množství vzduchu vstupujícího do MP a přímo ovlivňujícího aerodynamický odpor sníženo, zvýšený průtok přes chladiče umožní chladit silnější motorizace Subjektivně: Zahlazení proudu vstupujícího vzduchu (bez parazitního zavíření)
Výsledné parametry:
Octavia II
Octavia II vs. Octavia III
Octavia III
(obdobná konfigurace chlazení, stejná rychlost vozu)
Parametr
Octavia II
Octavia III
Efektivita vstupujícího vzduchu
-
+24%
Nátok vzduchu do MP
100%
94%
Průtok vzduchu chladičem vody
100%
120%
12 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Vnější aerodynamika vozu - špinění Špinění bočního skla - déšť
Účinnost stírací soustavy
13 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Špinění vozu - sníh
odpor, stabilita, špinění
Vnější aerodynamika vozu - validace
TT
CFD
ZKOUŠKA
VALIDACE výpočtů: Aerodynamické koeficienty, chlazení, špinění Prototyp
Série
ü
• 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
14 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Vnější aerodynamika vozu – 3D vizualizace (VR) Dimenzování vstupních otvorů
15 FD - 16PDP – Aerodynamika, Jan Jagrik, 11.3.2015
Děkuji za pozornost … dotazy?
