Розрахунок коефіцієнтів опору руху по вибіжу автомобіля при наявності вітру

РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТІВ ОПОРУ РУХУ

В.П. Волков, професор, д.т.н. Е.Х. Рабинович, доцент, к.т.н. Е.А. Белогуров, аспірант, С.С. Польовий, В.А. Павлов, студенти,

Анотація. Виведено і підтверджені експериментально залежності для розрахунку швидкості вітру і коефіцієнтів опорів повітря і коченню за результатами вибігу автомобіля.

Ключові слова: вибіг, опір коченню, опір повітря, вітер.

Суму опорів руху автомобіл-ля визначають по уповільненню його вибігу. Найпростіший шлях поділу опорів такий: по уповільненню вибігання на малій ско-рости, коли опір повітря можна вважати нульовим, обчислити коефіцієнт сумарного дорожнього опору у (на горизонтальній гладкій дорозі дорівнює коеф-фициент опору коченню /), а потім підставити його в рівняння для більшої швидкості і розрахувати коефіцієнт аероді-наміческіх опору Сх, приймаючи, що зі збільшенням швидкості коефіцієнти у і / не змінюються [1]. Слабкі місця цього підходу - допущення, що на малій швидкості опір повітря дуже малий і що коефіцієнт у не залежить від швидкості. Перший недолік легко подолати, якщо прийняти хоча б приблизне значення Сх, обчислити відповідне опираючись-ня повітря і відняти від сумарного опору-тивления на малій швидкості.

Більш точний метод описаний в [2]. Там теж приймають допущення про сталість у, але обмежують можливість застосування методу скоро-ня не більше 100 км / ч. В роботі [3] введено коефіцієнт К, який характеризує очікуване зростання у від у2 на малій швидкості у2 до у: на більшій швидкості VI і таким чином дозволяє розширити діапа-зон тестових швидкостей.

Але всі ці методи обмежені вимогою проводити випробування лише в безвітряну погоду. При вітрі вибіг в різні боки дає різні уповільнення, і тому неможливість-но отримати однозначне рішення. Заїзди в протилежні сторони можуть компенсуючого-ровать ухили дороги, але не вітер - адже со-опір повітря пропорційно не першої ступеня, а квадрату швидкості. Так, наприклад, якщо автомобіль рухається зі ско-ростью 90 км / год, а швидкість вітру всього 5,5 м / с, тобто 20 км / год, то швидкість повітряного потоку щодо автомобіля в одну сто-рону складе 110 км / ч, а в протилежний-ву - 70 км / ч. Сила опору повітря проти вітру буде більше, ніж за вітром, в (110/70) 2 = 2,5 рази [4].

Рішення завдання при наявності вітру

Як в [3], складемо два рівняння: для вибе-гов туди і назад з однаковою швидкістю VI (м / с) при наявності вітру з невідомої швидкістю У двох вибігаючи буде різний уповільнення -і] 2 (м / с2). тоді:

де т - маса автомобіля, кг; до ¥ - фактор обтічності; в - коефіцієнт обліку вра-щающую мас автомобіля.

Виконаємо очевидні перетворення:

Зводимо в квадрат ліві частини і вичі-таем:

Повертаємося до вихідного рівняння дві-вання проти вітру:

Мал. 1. Вибіг автомобіля «Москвич-2140»

Для вибігання за вітром: 100. 90 км / год (за результатами перевірки спи-дометра за допомогою GPS - 88. 79,2 км / год), середня швидкість vj = 83,6 км / год = 23,22 м / с. У 9 заїздах середній час вибігу за вітром со-ставило 6,6 с, проти вітру - 5,5 с (рис. 1).

На малих швидкостях, від 30 до 20 км / год (від 26,4 до 17,6, середня 22 км / ч = 6,111 м / с), середній час вибігу в двох напрямках склало 80,8 - 65,5 = 15, 3 с, уповільнення

Коефіцієнт Сх краще обчислювати по замед-лення при високій швидкості, коли сила со-спротиву повітря проявляється сильніше, - тоді неточності вимірювань будуть впливати менше. Потрібно пам'ятати, що невідоме значення Сх неявно входить в формулу скоро-сті вітру і в обчислення у2. Тому розрахунок треба виконувати в кілька ітерацій, по-статечно наближаючись до точного відповіді.

Визначення коефіцієнтів опорів для автомобіля «Москвич-2140»

Маса автомобіля з водієм і пасажира-ми в цьому експерименті становила тисячу триста дев'яносто п'ять кг, приведена маса чотирьох коліс 7,81x4 = = 31,2 кг, трансмісії - 4,70 кг. Сумарна приведена маса +1431 кг, коефіцієнт обліку обертових мас при вибігу Р = 1,0258.

Сума опорів на малих швидкостях:

Погодні умови: t = 10 ° С, р = 750 мм рт. ст. відносна вологість Н = 81%. Щільність повітря по формулі Міжнародного бюро мір і ваг

На дорозі коефіцієнт аеродинамічного опору «Москвич-2140» Сх = 0,56 [5], лобова площа за нашою оцінкою Е = 1,9 м2.

Сила опору повітря на малій скоро-сті буде

На частку дорожнього опору (разом з втратами в трансмісії) залишається

Відповідний коефіцієнт сумарного дорожнього опору

По верхній лінії поля можливих значень / для шин SR, ТЯ при = 83,6 км / год, у2 = 22 км / год (23,22 і 6,11 м / с) знайдемо К = 1,0929.

Обчислимо Ку - коефіцієнт, характери-зующий зміна опору коченню при переході від малій швидкості до великої (коефіцієнти А, В і С - відповідно до табл. 1):

Таблиця 1 Функції апроксимації залежності коефіцієнта опору коченню _ / "від швидкості в км / год [2, 3]

Cx за результатами вибігання проти вітру той же за вітром

Середнє значення Сх = 0,5679. Откорректі-рова розрахунки по цьому значенню, отримаємо швидкість вітру 1,7241 м / с, Сх по вибіжу про-тив вітру 0,5683, за вітром - 0,5685. Відзначимо, що, за даними сайту Gismeteo.ua, де приво-диться швидкість вітру, округлена до цілого числа, вона в той час становила 2 м / с.

Подальші ітерації не потрібні. Середнє значення Сх = 0,5684 близько до отриманого в аеродинамічній трубі значенням, увели-ченному на 10% для приведення до дорожніх умов, тобто Сх = 0,5-1,1 = 0,55. Ще ближче до значення Сх = 0,56, отриманого методом дорожніх випробувань в закритому аеродинамікою-номічному каналі [5].

Визначення коефіцієнтів опорів для автомобіля Skoda Fabia

Дані експерименту В. Павлова, виконан-ненного 26.08.08 на тій же дорозі.

Маса автомобіля з учасниками експери-мента 1378 кг, сума наведених мас ко-ліс і трансмісії 36 кг. Коефіцієнт обліку обертових мас при вибігу ß= 1,0261. Шини HR. На дорозі Сх = 0,35-1,1 = 0,385, лобова площа F = 2,08 м2 [6]. Погодні умови (архів Meteoprog.ua): t = 24 ° C, p = 747 мм рт. ст. відносна вологість H = 81%. Щільність повітря 1,1648 кг / м3. Вітер за-Падни, від 1 до 4 м / с.

На швидкості 22,49 км / год середнє уповільнення 0,1326 м / с2, відповідно у = 0,0125.

У таблиці 2 свеедени виміряні в експери-ріменте значення швидкості Vi в км / год, замед-лений вибігання проти вітру j1 і за вітром j2, м / с2, і обчислені за описаною методикою значення коефіцієнта аеродинамічного опору Cx і коефіцієнта опору коченню f .

Середня розрахункова швидкість вітру 2,54 м / с = 9,1 км / год, середні значення коефіцієнтів опорів: Cx cp = 0,3996, f cp = 0,01244.

Мал. 2. Вибіг автомобіля Skoda Fabia

Слід враховувати, що ми відчували ав-автомобіль українського складання, адаптований-ний до наших умов, зокрема, з увели-ченним кліренсом - з 0,14 до 0,16 м. Повели-чення кліренсу підвищує Сх - рис. 3.

Мал. 3. Вплив кліренсу е на коефіцієнт аеродинамічного опору Сх [7] З наведених на рис. 3 кривих ближче все-го до нашого випадку графік 2, який мож-но приблизно описати виразом

де Cx0 - значення Cx при номінальному клі-Ренс, 5e - зміна кліренсу по порівняй-нію з номінальним, м (з урахуванням знака). У нашому випадку

що досить близько до нашого результату 0,3996. Виконана нами за методикою [3] обробка значень шляху вибігу, отриманий-них при випробуваннях автомобіля Skoda Fabia на автополігоні [8], дала також близьке зна-чення 0,3928.

Потрібно сказати, що розрахунок за усередненими значеннями уповільнення, без поправки на ве-тер, дав для цих двох автомобілів значення Сх = 0,5718 і 0,3915. Розбіжності невеликі:

6.і 2,1% відповідно. Однак і ско-кість вітру в наших експериментах була до-вільно мала - 6,2 і 9,1 км / год. Ми плануємо повторити вимірювання при більш сильному вет-ре і на інших автомобілях, але теж таких, для яких є надійні дані по аеро-динамічних властивостей.

Ми вважаємо, що в цілому експериментальна перевірка підтвердила правильність запропонованого-женной методики.

Рабинович Е.Х. Волков В.П. Белогуров Е.А. Визначення опорів руху

Петрушов В.А. Оцінка аеродінамічен-ських якостей і опорів коченню ав-автомобіля в дорожніх умовах // Автомо-більних промисловість, 1985, № 11. с. 14.

Аеродинаміка автомобіля. / Под ред. В.- Г. Гухо; пер. з нім. - М. Машинобудування, 1987. - 424 с. мул.

Рецензент: М.А. Подригало, професор, д.т.н. ХНАДУ.