Цель работы

Изучить аэродинамические свойства автомобилей на примере ВАЗ 2107:

• влияние сопротивления на автомобиль;

• рассчитать коэффициенты подъемной силы Cy и лобового сопротивления Cx;

• составить графики зависимости;

• сопоставить полученные данные с современными показателями

Задачи

• Создать модель автомобиля по чертежам в SolidWorks;

• Используя модуль гидрогазодинамического анализа Flow Simulation, произвести расчет лобового сопротивления и подъемной силы при разных скоростях;

• Рассчитать коэффициенты подъемной силы Cy и лобового сопротивления Cx;

• Составить графики зависимости коэффициентов от угла атаки, начертить поляру и сделать выводы.

Конструкторская часть.

1. Создаем три эскиза по плоскостям (Оxy // Oyz // Oxz) . Добавляем в каждый эскиз чертеж.

2. Для создания создаем эскиз. (front)

Обводим авто по контуру и через спец. опцию «вытягиваем» твердое тело.

3. Второй (left) и третий (top) аналогично, но с тем изменением, что контур «не тянем» а вырезаем.

4. Поскольку много углов, то убираем часть от модели.

5. Благодаря возможности создавать поверхности, мы можем создать требуемую часть.

6. Прорезаем фальшь - решетку радиатора.

7. Создаем бампер и добавляем его к модели.

8. Создаем дополнительные предметы, участвующие в расчетах ( колеса).

Исследовательская часть работы

1. Постановка задачи. В программе были заданы следующие условия для проведения расчетов:

• Воздействие гравитации по оси Y (-9.81 м/c²);

• Внешняя среда – атмосферный воздух;

• Давление и температура среды соответственно 10 кПа и 273 К (для воздуха при 0’С);

• Постоянная скорость течения среды по оси Z, равная 140 км/ч;

• Боковая сила Q не учитывалась;

• Сила трения F_тр о дорогу не учитывалась;

• Колеса установлены в прямое положение.

Направление осей.

Создание рабочей области.

Выбор системы ( в нашей работе СИ).

Внешнее обтекание и факторы, воздействующие на модель во внешней среде.

Выбор среды.

Параметры внешней среды.

Параметры сетки.

2. Система автоматически создает расчетную область для внешней задачи, охватывающую как собственно модель, так и область с текучей средой вокруг нее. Модифицируя область в предположении симметрии относительно плоскости X_max, а также с учетом имеющегося опыта назначая ее размеры, получаем ее в ином виде.

Сопротивление формы или сопротивление давления – главный фактор, определяющий значение Cx. Именно эти показатели и рассматривает флоу симулэйшн. Причина возникновения перепадов давления заключается в том, что спереди на автомобиль давит набегающий поток воздуха, а позади его «оттягивает» назад зона разряжения, образующаяся в результате отрыва потока от резко заканчивающегося кузова.

Из верхней картинка видно, как линии воздуха рассекают кузов автомобиля, двигаясь вдоль него. В крации опишем что же происходит. На изображении нам дана цветовая шкала скорости, обозначающая скорость воздуха вдоль движения кузова. Чем светлее оттенок синего, тем она выше. Рассмотрим это подробней.

Причинами возникновения сопротивления Cx – набегающий поток спереди и разряженная зона сзади. Темно синий ярко выделяется в передней части автомобиля – это первый контакт воздуха с машиной. В нашем случае, рассматривая Ваз 2107, видно, как набегающий воздух врезается в переднюю часть автомобиля, как в стену.

Далее преодолев переднюю часть машины и заканчивая крышей, стоит рассмотреть второй случай воздействия воздуха на Cx. На втором этапе весь процесс изображают синие потоки, которые создают область низкого давления, за счет формы кузова. Воздух ускоряется, проходя заднее лобовое стекло, за счет чего машина притягивается назад. Рассмотрев случаи лобового сопротивления, так же разберем причины возникновения подъемной силы.

Почему крыло самолета создает подъемную силу? Не из-за угла между ним и набегающим потоком, потому что он может быть и нулевым (хотя при его увеличении подъемная сила и возрастает). Все особенности кроются в особом профиле крыла. Оказывается, оно разрезает набегающий воздух таким образом, что верхний поток проходит больший путь, чем нижний. С учетом несжимаемости воздуха (на малых скоростях) это означает, что над крылом скорость потока выше, а статическое давление, соответственно, ниже. Эта разность давлений и создает подъемную силу. Так же разница в давлениях присутствует и у машин, особенно у машин в кузове седан, из-за их заднего профиля, который мы уже рассмотрели.

3. Выбор Goals (Цели) для отображения результатов расчета (силы по осям Y и Z и максимально достигнутая скорость.

C_y=2Y/ρSv², где

C_y – коэффициент подъемной силы;

Y – подъемная сила, Н;

ρ – плотность воздуха, кг/м³;

S – площадь «переда ваз-07», м²;

v – скорость авто, м/c.

K=Y/X=C_y/C_x, где

K – аэродинамическое качество;

Y – подъемная сила, Н;

X – лобовое сопротивление, Н;

C_x – коэффициент лобового сопротивления.