Az Áramlástan Tanszék szélcsatornáinak korábbi és jelenlegi alkalmazásai
Mőegyetem Áramlástan Tanszék 2007
Motorkerékpárra és motorosra ható áramlási ellenállás erı mérése Kutatók éjszakája 2008
Mőegyetem Áramlástan Tanszék
Óriás mőlesiklóra ható áramlási ellenállás erı mérése, Kutatók éjszakája 2009
Berecz Anna Mőegyetem Áramlástan Tanszék
Síugróra ható áramlási ellenállás erı mérése Kutatók éjszakája 2009
Szilágyi Ákos Mőegyetem Áramlástan Tanszék
A Magyar Bobcsapat kétszemélyes bobjára ható ellenállás erı mérése Kutatók éjszakája 2010
Szilágyi Ákos Mőegyetem Áramlástan Tanszék
Concorde modell szárnyán keletkezı örvények szemléltetése Kutatók éjszakája 2010
Szilágyi Ákos Mőegyetem Áramlástan Tanszék
JÁRMŐÁRAMLÁSTAN közúti jármővek I. személygépkocsik
ÁRAMVONALAS ÉS TOMPA TESTEK Súrlódásmentes esetben
Henger
∑F = 0
Gömb
∑F ≠ 0
ÁRAMVONALAS ÉS TOMPA TESTEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA Áramvonalas testek felületét „követik” az áramvonalak, a nyomásból származó erı hatása kicsi, az ellenálláserı fıként a τ nyírófeszültségbıl származik, ezért cD viszonylag kicsi. Tompa testekre jellemzı a határréteg leválás, a leválási buborék, amely megváltoztatja a test körüláramlását. Az ellenállást fıként a nyomásból származó erı okozza. Miután p-p0>> τ, a cD nagy.
TOMPA TESTEK Leválási buborék
R
Görbült áramvonalak esetén a nyomás az áramvonalakra merılegesen a görbületi középponttól kifelé nı a leggyorsabban
∂p v2 =ρ R ∂n v = 0,2 v∞, p ≈ áll. A leválási buborékban depresszió van. A depresszió annál nagyobb, minél Schärschicht nagyobb a szög a nyíróréteg érintıje és a zavartalan megfúvási szög között.
v Ablöseblase ≈ 0.2 ⋅V∞
LAMINÁRIS ÉS TURBULENS HATÁRRÉTEG Turbulens határréteg jobban ellenáll a nyomásnövekedésnek és a csúsztatófeszültségnek. lamináris
turbulent KISEBB LEVÁLÁSI BUBORÉK
FW , Lam > FW ,Turb
Golflabda felülete
HASÁB ALAKÚ TOMPA TEST Az ellenállás erıt a homlokfalon a külsı nyomásnál nagyobb túlnyomás, a hátfalon a külsı nyomásnál kisebb nyomás depresszió és az oldalfalakon a csúsztatófeszültség okozza. Éles élek esetén az ellenállás erı 99%-át a nyomásból származó erı okozza.
Lekerekített homlokfal esetén az ellenállás erı kb. 80%-kal csökken, a csúsztatófeszültség részaránya 10% fölé nıhet.
A TALAJ KÖZELSÉGÉNEK HATÁSA •Talajjal aszimmetrikus nyomáseloszlás, •a torlópont lefelé tolódik •A hátfali nyomás nem állandó
•Talaj nélkül, a nyomáseloszlás szimmetrikus, •a hátfali nyomás közelítıleg állandó
AERODINAMIKA SZEREPE LÉGI ÉS SZÁRAZFÖLDI JÁRMŐVEKNÉL Földi jármővek
Légi jármővek
Közös: kis ellenállás, összehangolt haladásra merıleges erık és nyomatékok - Formaterv, belsı szerkezetek funkcionalitása, a technológia mindenek elıtt - Jelentıs részben határréteg leválás jellemzı
- Alapvetı szerep, a stílus „másodlagos” - Nem jellemzı határréteg leválás
- Talaj hatás
- Talaj hatás csak „off design” körülmények között
- 3D áramlás
- Részben 2D áramlás
ÁRAMLÁSTANNAL ÖSSZEFÜGGİ TERÜLETEK SZEMÉLYAUTÓN Komfort
Teljesítmény •Üzemanyag fogyasztás •Emisszió •Max. sebesség •Gyorsulás
Hőtés •Motor •Hajtómővek •Fékek •Légkondicionáló kondenzátora
•Szellızés •Főtés •Légkondicionálás •Szélzaj
Stabilitás •Iránytartás •Oldalszél érzékenység
Látási viszonyok •Elpiszkolódás •Fröccsenés, vízpermet •Ablaktörlı elemelkedés
A KÖZÚTI JÁRMŐVEKRE HATÓ ELLENÁLLÁS ÖSSZETEVİI Gördülési ellenállás:
FR = (mg − FL ) ⋅ f R (v ) Haladás dombon:
FT = mg ⋅ sin α
α
Gyorsulási ellenállás:
dv FA = ⋅ m(1 + ε i ) dt
Fokozat i
εi
Aerodinamikai ellenállás:
ρ 2 FD = c D v A = p din (c D A) 2
1
2
3
4
0,25
0,15
0,10
0,075
A FEJLİDÉS ÉS AZ ÁRAMLÁSI ELLENÁLLÁS c D
CD =
Pae =
FD ρ 2 v A 2
ρ 3 v Ac D 2
ÁRAMLÁSI ELLENÁLLÁS RÉSZARÁNYA A SEBESSÉG FÜGGVÉNYÉBEN
A HAJTÁSI TELJESÍTMÉNY FÜGGÉSE AZ ÁRAMLÁSI ELLENÁLLÁSTÓL
MENETCIKLUSOK
TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS I. 1900-1920 Forma kölcsönzése más területekrıl
Léghajó
Torpedó
Hajó
TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS II. 1920-1970 Léghajó és repülıgép tervezés eredményeinek alkalmazása: áramvonalazás Járay Pál gondolata alapján épült autók
Volvo concept 2006
JÁRAI KONSTRUKCIÓK JELLEMZİI
TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS III. 1970-1990 Forma optimalizálás: alig látható, mégis jelentıs hatással jellemezhetı változtatások Volvo 960 CD = 0.36
Volvo S80 CD = 0.28
HÁTUL LEVÁLIK A HATÁRRÉTEG…
Lay USA (1933)
Kamm Heck cD=0,37 (1934)
JELEN KONCEPCIÓ 1990 - .... Napjainkban: ideális alaptestek utáni kutatásokon alapuló jármővek, egyre hasonlóbb geometria
Skoda Fabia 2005
Opel Astra 2005
A FEJLESZTÉSI KONCEPCIÓK EREDMÉNYEI
AZ AUTÓ KÖRÜLI ÁRAMLÁS ELEMEI
ÁRAMVONALAK GÖRBÜLETE ÉS A NYOMÁSMEGOSZLÁS ∂p v2 =ρ ∂n R
Görbült áramvonalak esetén a nyomás a görbületi középponttól kifelé haladva nı.
HOL VÁRHATÓ HATÁRRÉTEG LEVÁLÁS? Leválás ott lehet, ahol a nyomás a fal mentén áramlás irányában nı.
a) 7-9 pontok között a homlokfal felsı vízszintes belépıéle mögött, a motorháztetın b) 13-15 pontok között motorháztetın a szélvédı elıtt c) 21-23 a felsı vízszintes belépıél mögött a tetın d) 31-35 a felsı vízszintes kilépıél mögött a hátsó ablak mögött
Ad a)
Ad b), d)
LÉGELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE Homlokfali túlnyomás csökkentése, hátfali nyomás növelése, karosszéria alsó részére ható erı csökkentése A határréteg leválás a nagy (azaz csökkenthetı) ellenállás erı indikátora.
A homlokfalat felülrıl és oldalról körülvevı élek lekerekítése
HOMLOKFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE KIS MÓDOSÍTÁSOKKAL
Homlokfali spoiler alkalmazása a karosszéria alsó részén keletkezı ellenállás és az elsı tengelyen ható felhajtóerı csökkentésére a) A legnagyobb ellenállás csökkenés a homlokfal vízszintes és függıleges belépı éleinek lekerekítésével érhetı el, b) Kis változások nagy ellenállás csökkenést okozhatnak, c) A homlokfali spoiler különösen akkor hatásos az ellenállásra vonatkozóan, ha lekerekített belépıélekkel kombináljuk.
HOMLOKFALI ÉS OLDALFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE
HÁTFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE Cél: a hátfali átlagos nyomás növelése
Összehúzással csökken a leválási buborék mérete és a depresszió (szög)
Hátfali spoiler csökkenti az ellenállást és a hátsó tengelyen a felhajtóerıt.
Kis módosításokkal jelentıs ellenállás csökkenés
Csomagtartó magasság csökkentése, növelése
HÁTFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE II.
KÜLÖNÖSEN FERDE HÁTFAL ESETÉN HOSSZANTI ÖRVÉNYEK
α≈30 α≈ 0 hosszanti örvénycsövek keletkezketnek a ferde kilépı , élen megnövelve az ellenállást és a felhajtóerıt. Az ablak nincs a leválási buborékban.
Következmények: a) Hátsó leválási buborék összehúzódik, ϕ értéke és a depresszió csökken, b) Ferde kilépı élek hosszanti örvény-párt hoznak létre, ami növeli az ellenállást és a felhajtóerıt, az ablak nem sárosodik, c) A hátsó spoiler, vagy a csomagtartó emelése egyszerre csökkenti az ellenállást és a felhajtóerıt.
A KERÉK, A KERÉKSZEKRÉNY, A HŐTİ ÉS A DIFFÚZOR HATÁSA
ÁRAMLÁS KERÉKHÁZBAN Kerékház és kerék 30%-kal növeli a légellenállást és 40%-kal a felhajtóerőt PIV korlátozottan használható → numerikus szimuláció + validálás 2.5 Exp-Fackrell
2
Exp-Skea
1.5
CFD-'real.' k-eps CFD-k-omeg(SST)
Cp [-]
1 0.5 0 0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
-0.5 -1 -1.5 fi [°]
Mőegyetem Áramlástan Tanszék
KAMION FÉKTÁRCSA HŐTÉSE (BERGISCHE ACHSEN)
Mőegyetem Áramlástan Tanszék
A TETİRE, AZ OLDALFALRA ÉS A KAROSSZÉRIA ALJÁRA HATÓ ERİ A tetı és az oldalfalakra ható erı csökkenthetı a fali érdesség csökkentésével (kiugró részek, keretek megszüntetése) Karosszéria alsó részén keletkezı ellenállás csökkenthetı az érdesség csökkentésével (lefedés), a kerékszekrény térfogatának csökkentésével és a karosszéria alatti sebesség csökkentésével: kisebb rés, homlokfali spoiler.
A FELHAJTÓERİ CSÖKKENTÉSE
OLDALSZÉL HATÁSA: INSTABILITÁS cN
cD
A fordítónyomatékot fıként a szél alatti lekerekített függıleges belépıéleken keletkezı depresszió okozza Csökkentése határréteg leválás szándékos elıidézésével, vagy/és az autó hátsó részén vezérsík alkalmazásával
A LEGKISEBB ELLENÁLLÁSTÉNYEZİ
