تبلیغات
انجمن مهندسی مکانیک دانشگاه علم و فن - آیرودینامیک اتومبیل
 
انجمن مهندسی مکانیک دانشگاه علم و فن
نمی توان جلوی وزیدن باد را گرفت،اما می توان آسیاب بادی ساخت
درباره وبلاگ


به سایت انجمن علمی مکانیک دانشگاه علم و فن اورمیه خوش آمدید.سایت انجمن علمی مكانیك مفتخر است که اولین حرکت نوین را در اطلاع رسانی مجازی در دانشگاه علم و فن اورمیه با ویژگیهای منحصر به فرد ارائه می نماید.

مدیر وبلاگ : مجید فرج فائد

آیرودینامیک اتومبیل

اثرهای جریان هوا در اطراف اجسام متحرک تنها به هواپیما سازی خلاصه نمیشود، بلکه با سرعتهایی که اکنون دست یافته اند ، در اغلب شکلهای حرکت ، با مسئله ای به نام مقاومت هوا مواجه اند.
یکی از نمونه های آن رکورد سرعت روی خط آهن است.
بدون مطالعه ی دقیق روی پروفیل آیرودینامیکی موتورهایی که در مقابل باد کمترین مقاومت هوا را متحمل شود ، رسیدن به چنین سرعتهایی نا ممکن بود.

در اتومبیل نیز نتیجه بهتر از این نیست، با این نتیجه ی مستقیم که هر گونه توفیق در مقابل کاهش مقاومت در مقابل پیشروی وسیله ،به کاهش توان لازم و سرانجام کاهش سوخت بازتاب دارد.ولی از طرف دیگر،شکل آیرودینامیکی ایده آل همواره با کیفیت مطلوب از لحاظ جای سرنشینان و راحتی آنان متناسب نیست . همین امر ایجاب میکند که چیزی در بینابین انتخاب شود.
از نظر آیرودینامیکی ،تنها خودروهای مسابقه که به منظور راندن در خط مستقیم و روی پیست مطلقا هموار طراحی میشوند، میتوانند به وضع ایده آل ساخته شوند
.

برآیند اثرهای هوا روی اتومبیل را نیز میتوان ،مانند بال هواپیما، به سه نیروی پورتانس کشند،نیروی سوق و رانش تقسیم کرد.
اولی عملا قابل چشمپوشی است ؛ با وجود این لازم است خاطر نشان شود که در اتومبیل های مسابقه که سرعتشان خیلی زیاد است ، در جستجوی پورتانس کم ولی ضعیفند تا موجب شود اتومبیل بیشتر به زمین بچسبد.
نیروی سوق در واقع وارد خط محاسبه نمیشود، مگر به مقدارهای خیلی مهم مولفه ی جانبی سرعت باد .بر عکس ، کشند با مجذور سرعت اتومبیل متناسب است ومساحت مترکوپل ، حتی در مورد اتومبیلهای سری معمولی، نقش عمده بازی میکند.
مطالعه روی شکل بالها و بدنه ی هواپیما به ما نشان داده است که با افزایش پروفیل (پروفیل لایه ای، بدنه های خیلی کشیده)میتوان از حضور کنش در اطراف جسم پیشگیری کرد.
در مورد اتومبیل نیز چنین است ، یعنی جسم دوکی شکل که نسبت طول بر قطر در آن حدود 3 خواهد بود.در این حالت، رشته های هوایی که از جسم فاصله گرفته بودند به دیواره ی جسم میچسبند و در عقب به هم ملحق میشوند؛در این صورت ، کشند عملا تنها کشند اصطکاک است وکشند شکل تقریبا صفر است. بنابراین، تمام هنر دانشمندان آیرودینامیک تطبیق این شکل نظری با نیازهای سرنشینان اتومبیل است.
مطالعه شکلهای مختلف اتومبیلها در طول دهه های اخیر به تکاملهای زیر انجامیده است :

_آیرودینامیکی کردن لوازم گوناگون مانند چراغها،چرخها ...
_قرار دادن سپر در خط کلی اتومبیل
_پروفیلاژ عقب اتومبیل
_از بین بردن یالهای زنده یا تیز.

ژاك لاشنیت(كاشیگر)

 

تئوری‌ حركت‌ سیال‌

 

از مشخصات‌ سیال‌ و حركت‌ آن‌ می‌توان‌ فشار، تنش‌ برشی‌، دانستیه‌، درجه‌ حرارت‌، سرعت‌ و شتاب‌ را برشمرد بررسی‌ نظری‌حركت‌ سیال‌ به‌ معنی‌ محاسبه‌ این‌ مشخصات‌ با توجه‌ به‌ شرایط‌ اولیه‌ و مرزی‌ هر مسئله‌ است‌ كه‌ از حل‌ معادلات‌ اساسی‌ جریان‌ وروابط‌ بین‌ مشخصات‌ ترمودینامیكی‌ و مكانیكی‌ سیال‌ بدست‌ می‌آید. به‌ خاطر صرفه‌ جویی‌ در هزینه‌ها و امكان‌ پذیری‌ آزمایش‌حتی‌ المقدور سعی‌ می‌شود بر روی‌ نمونه‌ با اندازه‌ كوچكتر آزمایش‌ صورت‌ داد كه‌ در این‌ صورت‌ باید شرایط‌ مكانیكی‌ مشابه‌ ایجادكرد كه‌ شرط‌ لازم‌ و كافی‌ برای‌ وجود تشابه‌، تشابه‌ هندسی‌ بین‌ مدل‌ و اصل‌ و برابری‌ اعداد بی‌ بعد جریان‌ است‌. عدد بی‌بعد هم‌ دراكثر موارد عدد رینولدز Re است‌ كه‌ در صورت‌ نبودن‌ اثر تراكم‌ پذیری‌ و ثقلی‌ (كه‌ در مورد خودرو چنین‌ است‌) می‌توان‌ نیروها وكمیات‌ بی‌ بعد مربوط‌ به‌ اثرهای‌ گفته‌ شده‌ بالا را تابعی‌ از آن‌ دانست‌.

 

نیروها و كشتاورهای‌ منتقل‌ شده‌ به‌ بدنه‌ یا در آزمایش‌ مستقیم‌ بدست‌ می‌آید و یا از انتگرال‌گیری‌ تنش‌ برشی‌ و فشارهای‌ محاسبه‌شده‌ بر روی‌ بدنه‌ حاصل‌ می‌شود. ویژگی‌ جریانهای‌ با عدد رینولدز زیاد آن‌ است‌ كه‌ تغییر سرعت‌ شدید و در نتیجه‌ تنش‌ برشی‌، تنهادر ناحیه‌ای‌ بسیار نزدیك‌ به‌ بدنه‌ پیش‌ می‌آید و به‌ جز در این‌ ناحیه‌ و ناحیه‌هایی‌ در پشت‌ جسم‌ كه‌ جریان‌ این‌ لایه‌ پخش‌ می‌شود،می‌توان‌ جریان‌ را بدون‌ را بدون‌ اصطكاك‌ در نظر گرفت‌ لایه‌ نزدیك‌ به‌ دیواره‌ موسوم‌ به‌ لایه‌ مرزی‌ بوده‌ كه‌ در ابتدا جسم‌ همیشه‌ آرام‌و بسته‌ به‌ شرایط‌، در جایی‌ روی‌ جسم‌ می‌تواند توربولانت‌ شود. این‌ لایه‌ نازك‌ نقش‌ عمده‌ای‌ بر نیروهای‌ ایرودینامیكی‌ داشته‌ وبویژه‌ هنگامیكه‌ از روی‌ جسم‌ جدا می‌شود (جدایی‌ لایه‌ مرزی‌) تأثیر عمده‌ای‌ بر كل‌ میدان‌ جریان‌ و آثار آن‌ می‌گذارد.

 

در بررسی‌ نظری‌ جریان‌، ابتدا وجود لایه‌ مرزی‌ نادیده‌ گرفته‌ می‌شود و جریان‌ را بطور غیر چسبنده‌ (بی‌ اصطكاك‌) مطالعه‌ می‌كنند وسرعت‌ فشار وارد بر بدنه‌ را بدست‌ می‌آورند. سرعت‌ و فشار بدست‌ آمده‌ را سرعت‌ و فشاربر روی‌ لایه‌ مرزی‌ روی‌ جسم‌ می‌گیرند.این‌ سرعت‌ و فشار نقش‌ اساسی‌ بر شكل‌گیری‌ و ماندگاری‌ لایه‌ مرزی‌ روی‌ بدنه‌ دارد.

 

از پدیده‌های‌ مهم‌ جریان‌ خارجی‌ جدایی‌ لایه‌ مرزی‌ است‌، و آن‌ در قسمت‌ هایی‌ پیش‌ می‌آید كه‌ تغییر فشار بر روی‌ بدنه‌ مثبت‌ و از حدی‌ بیشتر باشد.

 

جریان‌ روی‌ استوانه‌، نمونه‌ای‌ است‌ كه‌ می‌توان‌ این‌ پدیده‌ و آثار آن‌ را نشان‌ داد. در حالت‌ (b) عدد رنیولدز 105 *Re=1.9 كه‌ لایه‌ مرزی‌ آرام‌ بوده‌ و از روی‌ بدنه‌جدا شده‌ است‌ و در حالت‌ (C) عدد رینولدز 105*Re=6.7 لایه‌ مرزی‌ ابتدا توربولانت‌ شده‌ و سپس‌ جدا شده‌ است‌. دیده‌ می‌شودكه‌ اولاً با جدا شدن‌ لایه‌ شكل‌ جدید و واقعی‌ جریان‌ بدست‌ می‌آید. ثانیاً شكل‌ جریان‌ و محل‌ جدایی‌ بستگی‌ به‌ توربولانت‌ شدن‌لایه‌ مرزی‌ و یا عدد Re دارد.

 

برای‌ این‌ منظور بدنه‌ خودرو به‌ گونه‌ای‌ طراحی‌ می‌شود كه‌ محل‌ جدایی‌ لایه‌ در محلی‌، برای‌ مثال‌ بالای‌ شیشه‌ عقب‌ ثابت‌ بماند.شیب‌ سقف‌ تا محل‌ شیشه‌ عقب‌ را باید بنحوی‌ ساخت‌ كه‌ ضمن‌ بازیافت‌ بیشتر فشار، جریان‌ نیز بر روی‌ بدنه‌ بماند و از روی‌ شیشه عقب‌ جدا شود.

 

روش‌های‌ اندازه‌گیری‌ ممانها نیروهای‌ آیرودینامیكی‌ (روشهای‌ اندازه‌گیری‌ و محاسبه‌ نیروهای‌ وارد برخودرو)

 

مقدار دقیق‌ ممانها و نیروهای‌ آیرودینامیكی‌ وارده‌ بر بدنة‌ خودرو معمولاً در تونل‌ توسط‌ بالانس‌ آیرودینامیكی‌ بدست‌ می‌آید. یك‌سیستم‌ دارای‌ محورهای‌ مستطیلی‌ است‌ كه‌ بعنوان‌ سیستم‌ مختصات‌ استفاده‌ می‌شودكه‌ مركز آن‌ در مركز نقاط‌ برخورد (تماس‌)چرخهااست‌ و بستگی‌ به‌ خودرو و سیستم‌ مختصاتی‌ بكار گرفته‌ شده‌ در دینامیك‌ خودرو دارد (مانند خصوصیات‌ فنی‌ دینامیك‌خودرو) به‌ همین‌ علت‌ انتقال‌ داده‌ها از یك‌ تونل‌ باد با همان‌ نشانه‌ها و خواص‌ برای‌ مطالعه‌ اثرات‌ نیروها و ممانهای‌ آیرودینامیكی‌روی‌ خواص‌ حركتی‌ امكانپذیر است‌. اما این‌ سیستم‌ مختصاتی‌ با سیستم‌ مورد استفاده‌ در علوم‌ هوا- فضا متفاوت‌ است‌ زیرامحورهای‌ x و z دارای‌ جهات‌ متفاوتی‌ هستند.

 

اما اینكه‌ بالانس‌ تونل‌ باد چگونه‌ است‌ به‌ بررسی‌ آن‌ می‌پردازیم.

 

بالانس‌ تونل‌ باد

 

مهارت‌ بالانس‌ تونل‌ باد عبارتست‌ از اندازه‌گیری‌ ممانها و نیروهای‌ آیرودینامیكی‌ عمل‌ كننده‌ روی‌ خودرو و تجزیه‌ آن‌ به‌ سه‌ مؤلفه‌سیستم‌ مختصاتی‌ (بالانس‌ شش‌ مؤلفه‌ای‌). توسط‌ جریان‌ متقارن‌ (زاویه‌ برخورد 0=b )نیروها فقط‌ در جهات‌ x و z و ممان‌ در جهت‌ yبوجود می‌آیند، مقیاس‌ سه‌ مؤلفه‌ای‌ برای‌ تحلیل‌ ساده‌تر خواهد بود. برای‌ اندازه‌گیری‌ دقیق‌ ممانها و نیروها، بالانس‌ تونل‌ باد بایددارای‌ خصوصیات‌ زیر باشد.

 

1- ساختار بالانس‌ نباید اجازة‌ عبور جریان‌ در اطراف‌ خودرو را بدهد. اگر از یك‌ وسیله‌ كمكی‌ استفاده‌ شود (مانند اتصال‌ خودروبه‌ یك‌ پایه‌) تأثیرآن‌ روی‌ نتایج‌ باید قبلاً تعیین‌ شود تا بتوان‌ مقادیر را تصحیح‌ كرد.

 

2- وضعیت‌ خودرو در حین‌ اندازه‌گیری‌ نباید تغییری‌ داشته‌ باشد.

 

3- از آنجا كه‌ نیروهای‌ بالابر آیرودینامیكی‌ كه‌ باید محاسبه‌ شوند تنها جزیی‌ از وزن‌ خودرو هستند برای‌ دقت‌ بیشتر باید نیروهای‌در جهت‌ محورz توسط‌ وزنه‌های‌ مجازی‌ جبران‌ شوند.

 

4- اگر اندازه‌گیریها تحت‌ زاویه‌ برخورد صورت‌ می‌گیرند، بالانس‌ بایستی‌ حول‌ محور z قابلیت‌ چرخشی‌ داشته‌ باشد.

 

5- انتقال‌ نیرو بین‌ جسم‌ تحت‌ آزمایش‌ و تجهیزات‌ تنظیم‌ نیرو باید بدون‌ اصطكاك‌ و هیسترزیس‌ باشد. به‌ این‌ علت‌ استفاده‌ ازاجزاء دقیق‌ مانند تركیبات‌ نوك‌ تیز و شیار دار، لوله‌های‌ الاستیك‌ یا یاتاقانهای‌ نیوماتیكی‌ و هیدروستاتیكی‌ و...ضروری‌ است‌.

 

در حال‌ حاضر بالانسهای‌ اتوماتیك‌ دارای‌ بیشترین‌ استفاده‌ هستند. برای‌ مدت‌ زمان‌ طولانی‌ از بالانسهای‌ میله‌ای‌ (beam-scade)استفاده‌ می‌شد كه‌ اجزاء آنها عبارتند از میله‌های‌ بالانس‌ با قابلیت‌ تنظیم‌ از طریق‌ برق‌.

 

وقتی‌ میله‌ به‌ سمت‌ پائین‌ حركت‌ می‌كند، یك‌ موتور بصورت‌ اتوماتیك‌ وزن‌ موثر را در جهت‌ خلاف‌ آن‌ تغییر می‌دهد تامیله‌ دوباره‌بالانس‌ شود. روش‌ دقیق‌تر و سریعتر اندازه‌گیری نیروها عبارتست‌ از سلولهای‌ الكتریكی‌ (electricload cell) دارای‌ دقت‌ بالا.

این‌ روش‌ها هم‌ اكنون‌ در بالانس‌ تونلهای‌ بادی‌ پیشرفته‌ استفاده‌ می‌شوند زیرا دارای‌ ظرفیت‌ بالا و مصرف‌ كم‌ انرژی‌ هستند.





نوع مطلب : مكانیك سیالات، 
برچسب ها : آیرودینامیک سیالات، آیرودینامیک اتومبیل، آیرودینامیک،
لینک های مرتبط :
جمعه 17 آذر 1396 07:25 ب.ظ
I've learn a few excellent stuff here. Definitely value bookmarking for
revisiting. I wonder how so much attempt you set to make such a great informative website.
دوشنبه 27 شهریور 1396 12:31 ق.ظ
wonderful issues altogether, you simply won a new reader.

What would you suggest in regards to your post that you simply made some days ago?

Any sure?
چهارشنبه 18 مرداد 1396 11:29 ق.ظ
I want to to thank you for this wonderful read!!

I definitely loved every little bit of it.
I have you book marked to check out new stuff you post…
سه شنبه 6 تیر 1396 11:50 ق.ظ
I am very happy to read this. This is the type of manual that needs to be given and not
the random misinformation that is at the other blogs.
Appreciate your sharing this greatest doc.
یکشنبه 31 اردیبهشت 1396 01:52 ق.ظ
Hi, the whole thing is going perfectly here and ofcourse every one is sharing
data, that's truly good, keep up writing.
شنبه 25 آذر 1391 11:36 ب.ظ
ممنون،خیلی مفید بود در مورد آیرودینامیک خودروها!!ممنون آقای فائد
مجید فرج فائد/عرض سلام!!خواهش میکنم،ممنون از بازدیدتون!!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر





كد تقویم

آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
خطاطی نستعلیق آنلاین
امکانات جانبی
 
 
بالای صفحه