Основы аэродинамики автомобилей
Выполнил:
Грязнов Максим Олегович
Ученик 10А класса.
Руководитель:
Курзанова М.А.
г. Нижний Новгород
2012 год
Содержание
Введение. …………………………………………………………………......2
1. Общие понятия…………………………………………..3-11
1.1. Аэродинамика………………...………….………….………….3
1.2. Лобовое сопротивление……….………………...…….……….4
1.3. Подъемная сида..……………….………………..……………...4
1.4. Закон Бернулли………………..…………………...…………...5
1.5. Миделево сечение………………..………………...…………...5
2. Аэродинамика автомобилей и различные способы её улучшения….6-13
2.1. Задачи аэродинамики..…………………….…………………...6-13
a)Уменьшение сопротивления воздуха и, как следствие, увеличение максимальной скорости и снижение расхода топлива....................7
b)Предотвращение появления поднимающих сил (обеспечение прижимной силы) и других проявлений аэродинамической неустойчивости………………………………………………….….7
c)Исключение загрязнения и скапливания дождевой воды на стеклах и фонарях автомобиля……………………………………………….10
d)Организация эффективного охлаждения двигателя и колесных тормозных механизмов…………………………………………….11
e) Уменьшение давления внутри колесной арки…………………13
3. Аэродинамическая труба………………………...………………..….14-15
Заключение…………………………..……………………………………….1,,
Литература……………..……………………………………..…………........1,,
Приложение……………………………..………………………….………...17-26
Введение
Тема нашей работы – основы аэродинамики автомобилей.
Объект исследования – влияние потока воздуха на поведение автомобилей
Предмет исследования – автомобили, крылья самолетов.
Цель работы – исследовать различные свойства влияния набегающего потока воздуха, изучая историческую и научную литературу.
Цель предполагает следующие задачи:
1. Ознакомиться с современными понятиями аэродинамики автомобилей и изучить решение важных проблем.
2. Провести анализ изученного теоретического материала по данной теме.
3. Рассмотреть интересные примеры, закономерности.
Практическая значимость исследования заключается в расширении кругозора учеников.
Работа состоит из введения, основной части, заключения и прилагается список литературы.
Общие понятия и первые автомобили с а-кой заморочкой
1.1. Аэродинамика — раздел гидроаэромеханики, в котором изучаются законы движения воздуха и силы, возникающие на поверхности тел, относительно которых происходит его движение. В Аэродинамике рассматривают движение с дозвуковыми скоростями, то есть в нормальных условиях до 340 м/сек (1200 км/ч).
Аэродинамика автомобиля — это раздел аэродинамики
изучающий аэродинамику автомобилей и другого
дорожного транспорта, здесь много неразрешенных вопросов и чуть-чуть черной магии. Но некоторые вещи вполне понятны.
К числу первых автомобилей
с кузовами удобообтекаемых форм следует отнести
автомобили, построенные Женетти, Бергманом,
Альфа-Ромео, Румплером и Яраем, появившиеся
не столько в связи с изучением законов аэродинамики,
сколько в результате чисто механического заимствования форм, используемых в снарядо-, корабле-, дирижабле- и самолетостроении.
Также существует такое понятие, как сила сопротивления воздуха вычисляется по формуле:
Где ρ — плотность воздуха, S — площадь поперечной проекции автомобиля, Cx - коэффициент аэродинамического сопротивления. Из формулы видно, что сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости. На больших скоростях сила сопротивления воздуха превосходит другие силы сопротивления. Из формулы также видно, что уменьшить силу сопротивления можно путем уменьшения коэффициента Cx и уменьшения площади поперечной проекции. Наличие силы сопротивления воздуха объясняется тем, что при движении автомобиль сжимает воздух, находящийся перед ним, и там образуется область повышенного давления, и разрежает воздух позади себя, где образуется область пониженного давления.
1.2. Лобовое сопротивление — сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах. Сила сопротивления является диссипативной силой и всегда направлена против вектора скорости тела в среде. Наряду с подъёмной силой является составляющей полной аэродинамической силы.
| Поток и форма препятствия | Профильное сопротивление | Сопротивление обшивки |
| 0% | 100% |
| ~10% | ~90% |
| ~90% | ~10% |
| 100% | 0% |
1.3. Подъёмная сила — составляющая полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком.
| Лобовое сопротивление |
| Подъемная сила |
В соответствии с законом Бернулли, статическое давление среды в тех областях, где скорость потока более высока, будет ниже, и наоборот. Например, крыло самолета имеет несимметричный профиль (верхняя часть крыла более выпуклая), вследствие чего скорость потока по верхней кромке крыла будет выше, чем над нижней. Создавшаяся разница давлений и порождает подъёмную силу.
1.4. Закон Бернулли – При уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, то есть динамического давления, статическое давление падает. Иначе говоря, чем больше скорость, тем меньше давление, и наоборот.
— плотность жидкости,
— скорость потока,
— высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости (если труба не горизонтальна, а имеет различные диаметры в разных местах),
— давление
— ускорение свободного падения.
Размерность всех слагаемых — единица энергии, приходящаяся на единицу объёма жидкости.
1.5. Миделево сечение — наибольшее по площади поперечное сечение тела, движущегося в воде или воздухе. Можно сказать, что это тень тела, если светить фонарем, расположенным в бесконечно удаленной точке от лицевой стороны данного тела.
2. Аэродинамика автомобилей и различные способы её улучшения.
Задачи аэродинамики
Обтекание внешним потоком воздуха приводит к возникновению сил и моментов, действующих на автомобиль, которые весьма существенно влияют на потребляемую мощность и курсовую устойчивость. Долгое время автомобильная аэродинамика занималась исключительно этими двумя эффектами обтекания. В последнее время круг задач расширился, и решается ряд следующих проблем:
a) уменьшение сопротивления воздуха и, как следствие, увеличение максимальной скорости и снижение расхода топлива.
b) предотвращение появления поднимающих сил (обеспечение прижимной силы) и других проявлений аэродинамической неустойчивости.
c) исключение загрязнения и скапливания дождевой воды на стеклах и фонарях автомобиля.
d) организация эффективного охлаждения двигателя и колесных тормозных механизмов.
e) уменьшение давления внутри колесной арки