Строение кузова: аэродинамика Перевод

Сила сопротивления наиболее легко понятна, если она разбита на пять составляющих элементов. Самым значительным из пяти по отношению к дорожным транспортным средствам является сила лобового сопротивления  или торможение под давлением, которое является компонентом, который наиболее точно идентифицируется с внешней формой транспортного средства. Когда транспортное средство движется вперед, движение воздуха вокруг него вызывает давление, которое изменяется по всей поверхности тела, как показано на рисунке 19.1-2a.  Если учитывать небольшой элемент площади поверхности, то силовая составляющая, действующая вдоль оси автомобиля, сила сопротивления зависит от величины давления, площади элемента, на котором он действует, и наклона этого поверхностного элемента Рисунок 19.1-2b. Таким образом, возможны две разные конструкции, каждая из которых имеет одинаковую фронтальную область, чтобы иметь очень разные значения формы.

По мере того, как воздух течет по поверхности автомобиля, возникают силы трения, приводящие к возникновению второго компонента сопротивления, который обычно называют силой сопротивления или трением. Если плотность воздуха считается почти постоянной, силы трения в любой точке поверхности тела зависят от сдвиговых напряжений, генерируемых в пограничном слое. Пограничный слой - это слой жидкости, близкий к поверхности, в которой скорость воздуха изменяется с нуля на поверхности (относительно транспортного средства) до  максимума на некотором расстоянии от поверхности. Этот максимум сам изменяется по поверхности автомобиля и напрямую связан с местным давлением. Как локальная скорость, так и толщина и характер пограничного слоя во многом зависят от размера, формы и скорости транспортного средства.

Данные многочисленных исследователей свидетельствуют о том, что система охлаждения двигателя отвечает от 10% до 15% от общего сопротивления транспортного средства, поэтому неудивительно отметить, что значительные усилия были направлены на оптимизацию этих потоков. Традиционно охлаждающее сопротивление определялось по измерениям сопротивления аэродинамической трубе с использованием и без охлаждения. Результаты этих испытаний аэродинамической трубы следует рассматривать с осторожностью, так как закрытие поглотителей может изменить все поле потока вокруг автомобиля. Ограничения потолочного потока, возникающие из-за постоянно растущего объема вспомогательного оборудования под капотом, еще больше сосредоточили внимание на потоках охлаждающего воздуха, и теперь это одно из основных применений для разработки схем моделирования вычислительного потока. Многие из источников охлаждающего сопротивления легко видны, такие как сопротивление, создаваемое относительно плотной матрицей радиатора, и сопротивление, связанное с извилистым потоком через моторный отсек. В общем случае любое сглаживание траектории потока уменьшит сопротивление, а также уменьшит скорость диффузии вверх по потоку от системы охлаждения, хотя следует учитывать последствия последнего при передаче тепла. Менее очевидным, но также важным является взаимодействие между потоком подкачки и потоком охлаждения на его выходе, где могут возникать высокие уровни турбулентности и разделение потоков. Тщательный дизайн для контроля потока охлаждающего потока с точки зрения его скорости и направления может уменьшить сопротивление, связанное с потоками слияния, но в целом аэродинамика скомпрометирована для достижения требуемого охлаждения.

В настоящее время очень мало новых автомобилей без не связанной с испытанием аэродинамической трубы. Существует  множество различных конфигураций аэродинамической трубы, так как есть аэродинамические трубы и сравнительные испытания, которые последовательно показывают, что силы и моменты, полученные из разных установок, могут значительно отличаться. Однако большинство производителей используют только один или два разных аэродинамических туннеля, и наиболее важным требованием является повторяемость и правильные сравнительные измерения при совершении аэродинамических изменений. На ранних этапах процесса проектирования и разработки большинство испытаний выполняется с использованием малогабаритных моделей, где самая популярная шкала 1/4. Использование небольших моделей позволяет проверять многочисленные конструктивные особенности экономически эффективным способом с достаточной точностью.

Для действительно точного моделирования полномасштабного потока необходимо достичь геометрического и динамического подобия.