Curs  #.  No*uni  teore*ce  privind  studiul  aerodinamicii  autovehiculelor  (I)  

–   Generalita*  

•    Nevoia   constantă   pentru   îmbunătăţirea  consumului  de  combus9bil,  performanţa  mai  mare   a   autovehicule lor ,   reducerea  zgomotului  datorat  vântului  şi  îmbunătăţirea  stabilităţii  în  mers,  a  determinat  constructorii  de   autovehicule   să   inves9gheze   natura  rezistenţei  aerului  sau  rezistenţa  la   înaintare  pentru   diferite   forme   de   caroserii,   sub  diverse  condiţii  de  exploatare.  

•  Compararea    rezistenţei  aerodinamice  cu  rezistenţa  la  rulare    

•  Aerodinamica   este   studiul   corpurilor   solide   care   se  deplasează  prin  atmosferă  şi  interacţiunea  ce  are  loc  între   suprafaţa   corpurilor   şi   aerul   care   îl   înconjoară  cu  viteze  şi  direcţii  de  vânt  rela:v  variabile.  

•  Rezistenţa   aerodinamică   este   nesemnifica9vă   la  viteze   reduse   ale   autovehiculului,   însă   rezistenţa  aerului   devine   considerabilă   odată   cu   creşterea  vitezei.  

•  Acceleraţia   unui   automobil   cu   o   rezistenţă  aerodinamică   mare,   9nde   să   fie   puţin   redusă,   În  schimb   se   reduce   viteza   maximă   şi   determină  creşterea   consumului   de   combus9bil   odată   cu  creşterea  vitezei  maxime    

•  Proiectarea   caroseriei   (designul)   automobilelor   intră   în   conflict   cu  minimizarea   suprafeţei   de   frecare   a   aerului   asIel   încât   designul  final  este  întotdeauna  un  compromis  între  u9l  şi  funcţional.  

Proiectarea  caroseriei  

autovehiculului  

Comfort  pasageri  

Spa*u  bagaje  

Transmisia    

Sistemul  de  direc*e  

Suspensia  

Ro*le  

–   Curgerea  vâscoasă  a  aerului    

•  Orice   fluid,   inclusiv   aerul   are   viscozitate,   ceea   ce  înseamnă   că   există   frecări   interne   între   straturile   de  aer   adiacente   de   fiecare   dată   când   există   mişcare  rela9vă  a  aerului,  în  consecinţă  când  există  alunecare  între  straturile  de  aer  se  disipă  energie.  

•  Când  aerul  curge  peste  o  suprafaţă  solidă  se  formează  un   strat   subţire   între   curentul   principal   şi   suprafaţă,  numit  strat  limită.    

•  Când   aerul   curge   deasupra   oricărei   suprafeţe  par9culele  de  aer  în  contact  cu  suprafaţa  se  ataşează  de  ea  asIel  încât  viteza  rela9vă  a  aerului  la  suprafaţă  devine  zero.  

–   Frecarea  de  suprafaţă  (superficială)  •  Această  forţă  previne  ca  o  placă  subţire  şi  plată,  plasată  orizontal  în  

calea  unui  curent  de  aer  să  fie  deplasată  odată  cu  acesta.  •  Frecarea   de   suprafaţă   este   rezistenţa   vâscoasă   generată   în  

interiorul  stratului  limită  în  momentul  în  care  aerul  curge  deasupra  unei  suprafeţe  solide.  

•  Frecarea   de   suprafaţă   este   dependentă   de   suprafaţa   peste   care  curge  aerul,  rugozitatea  sau  fineţea  suprafeţei  şi  viteza  aerului.  

•  O   suprafaţă   fină   permite   curgerii   aerului   să   a9ngă  viteza   de   curgere   liberă   a   aerului   mai   aproape   de  suprafaţă,   în   9mp   ce   o   suprafaţă   rugoasă   lărgeşte  limitele,   asIel   încât   viteza   maximă   de   curgere   a  aerului   va   fi   a9nsă   la   o   distanţă   mai   mare   de  suprafaţă.  

•  Stratul   limită  mai   gros,   asociat   cu   suprafaţa   rugoasă,  va   determina   forfecarea   mai   multor   straturi   de   aer  adiacente,   determinând   o   rezistenţă   mai   mare   a  mişcării  aerului  în  comparaţie  cu  o  suprafaţă  fină.  

•  Un   automobil   care   se   deplasează   dizlocuieşte   aerul   din   faţa  sa   asIel   încât   aerul   este   obligat   să   curgă   pe   lângă   şi   spre  spatele  automobilului.  

•  Curgerea  aerului  în  jurul  automobilului  poate  fi  vizualizata  cu  ajutorul  liniilor  de  curent,  care  sunt  linii  imaginare  de  curgere.  

•  Spaţiul  dintre  profilul  superior  a   liniilor  de  curenţi  de  aer  orizontali  din  exterior,   in   relaţie  cu  suprafaţa  căii  de   rulare   generată   când   corpul   este   în   mişcare,   se  poate  considera  că  cons9tue  un  efect  “Venturi”.    

•  Distribuţia  presiunii   în   secţiunea   longitudinală  a     structurii   caroseriei  unui  autovehicul    

•  Când   viteza   curgerii   aerului   este   redusă,   substraturile   din  interiorul  stratului  limită  pot  să  alunece  unul  peste  celălalt  la  viteze  diferite,  cu  frecare  foarte  mică  (curgere  laminară).    

•  La  viteze  mari  ale  aerului  substraturile  din  interiorul  stratului  limită   îşi   măresc   de   asemenea   viteza   de   alunecare   rela9vă,  până   când   o   creştere   corespunzătoare   frecării   dintre  straturile   interioare   determină   substraturile   să   se   rupă  aleatoriu  de  la  direcţia  generală  de  mişcare;  apoi  se  rotesc  şi  formează  vârtejuri  (curgere  turbulenta),    

•  Un  strat  limită  deasupra  suprafeţei  frontale  a  unui   corp,   (ex.plafonul),   va   fi   de   obicei  laminar,   dar   cu   cât   se   apropie   de   zona  posterioară  va  fi  a9ns  un  punct  de  tranziţie,  unde   stratul   limită   trece   de   la   o   curgere  laminară  la  una  turbulentă.  

•  În   9mp   ce   viteza   automobilului   creşte,  punctul   de   tranziţie   9nde   să   se   deplaseze  către   zona   frontală,   asIel   zona   laminară   a  stratului   limită   se   va   reduce   şi   se   va   mări  zona   turbulentă   a   stratului   limită   (un   nivel  mai  ridicat  de  frecare  între  aer  si  suprafeţe).  

•  Curenţii   de   aer   care   curg  d e a s u p r a   c a r o s e r i e i  automobilului   9nd   să  urmărească   fidel   conturul  caroseriei   în  afară  de  cazul  când   apara   o   schimbare  bruscă  a  formei  

•  Capota   frontală   este   de  obicei   uşor   curbată   şi  coboară   spre   prabriz,   de  aici   urmează  un  parbriz   cu  profil   ascendent,  urmat  de  un   plafon   curbat,   dar  orizontal;   haionul   are   un  profil   descendent,   iar   la  capătul   lui   se   uneşte   cu  portbagajul   sau   con9nuă  să   coboare   până   când  ajunge  la  limita  posterioară  a  automobilului.    

–  Rezistenţa  aerului  •    C ând   a e ru l   c u r ge  

deasupra   şi   pe   lângă   o  formă   solidă,   se   formează  v â r t e j u r i   î n   z o n a  posterioară   determinând  curgerea   să   devieze   de   la  curgerea  lină  şi  uniformă.  

•  Aparat   experimental   pentru   demonstrarea   rezistenţei   la  înaintare    

•  Formula   pentru   calcularea   rezistenţei   care   se  opune     unui   corp   care   trece   prin   aer   poate   fi  definită  după  cum  urmează:  

•    Să   presupunem   că   un   corp   plat   se   opune   unei  curgeri   de   aer   şi   că   par9culele   de   aer   sunt  inelas9ce   şi   pur   şi   simplu   cad   de   pe   suprafaţa  perpendiculară  a  discului.  

•  Densitatea   aerului   este   unitatea   de   masă   pe  volum  şi  un  metru  cub  de  aer  la  nivelul  mării  are  o  masă  aproxima9vă  de  1.255  kg,  asIel  densitatea  aerului  este  1.255kg/m3.    

•    Cunoastem:  masa    m  [kg],  volumul  Q  [m3],  densitatea  ρ  [kg/m]  

•    Aşadar:  

ρ  =  m/Q  [kg/m3]      

 m  =  ρ·∙Q  [kg]    

Densitatea  aerului      ρ  [kg/m3]  

 Aria  frontală  a  discului  A  [m2]    

Viteza  aerului  care  loveşte  suprafaţa    v  [m/s]    

Volumul  de  aer  care  loveşte  discul  pe  secundă    Q  =  v·∙A  [m3]    

Mişcarea  masică  a  aerului  pe  secundă      ρ·∙Q  =  ρ  ×  v·∙A    

Deci,    Q  =  v·∙A    

Impulsul  aerului  ρ·∙Q·∙v  =  ρ·∙v·∙A·∙v  

AsIel  impulsul  aerului  pierdut  pe  secundă      ρ·∙A·∙v2  

Din  a  doua  lege  a  lui  Newton  rezultă  forţa  pe  disc  

A·∙v2      

!!!  Cu  toate  acestea,  presiunea  experimentală  a  aerului  asupra  discului  

este  aproxima*v  0.6  din  forţa  calculată  !!!  

•  Forţa  teore9că  de  curgere  a  aerului  nu  este  egală  cu   forţa   experimentală   care   exercită   asupra  discului,   dar   s-­‐a  descoperit   că   este  proporţională  cu  forţa  teore9că.    

AsIel:    F  ∝Av2        ,  rezultă  că  rezistenţa  aerului  este  data  de    

 F  =cD�  A�v2      ,unde  cD  este  coeficientul  de  proporţionalitate.  Constanta   cD   este   cunoscută   ca   şi   coeficient   de  rezistenţă   la   înaintare   (coeficient   aerodinamic),  este   adimensional   şi   valoarea   sa   va   depinde   de  forma  corpului  expus  la  curentul  de  aer.    

•  Coeficientul   de   rezistenţă  a   a e r u l u i   e s t e   o  cuan9ficare   a   eficienţei  formei   aerodinamice   a  caroseriei   în   reducerea  rezistenţei   aerului   la  deplasarea   înainte   a   unui  automobil.  

•  Un  coeficient  de  rezistenţă  a  aerului  redus,  presupune  c a   f o rma   c a ro se r i e i  automobilului  să  fie   în  aşa  fel   încât   să   îi   confere   o  deplasare   uşoară   prin  aerul   vâscos   înconjurător  cu  o  rezistenţă  minimă    

Tip  automobil  

Coeficient  de  rezistenta  a  aerului  

Automobil  sport   0,22 – 0,3

Sedan 0,28 – 0,4

Dubă uşoară 0,35 – 0,5

Autobuze şi

autocare 0,4 – 0,8

Autobuze

articulate 0,55 – 0,8

Autotren 0,7 – 0,9

•  Siajul  este  volumul  de  aer  turbulent  produs  în  partea  posterioară  a  unui  automobil  în  mişcare  care  9nde  să  se  deplaseze  odată  cu  el.  

•  Siajul   are   aria   secţiunii   transversale   aproxima9v   egală   cu     cea   a  zonei  ver9cale  a  por9erei  portbagajului  plus  proiecţia  suprafaţei  din  spate,   formată  dintre  nivelul   la  care  curgerea  aerului  se  separă  de  linia   descendentă   a   lunetei   şi   limita   superioară   a   por9erei  portbagajului.      

•  O   comparaţie   a   rezistenţei   curgerii   aerului   pentru   diferite  forme   în   relaţie   cu   coeficientul   de   rezistenţă   al   aerului   este  prezentat  după  cum  urmează:  

•  Disc  circular  :  curgerea  aerului  este  direct  pe  partea  frontală,  şi  apare  o  încetare  bruscă  a  diferenţei  de  presiune.  

•  Separarea   curgerii   are   loc   pe   inel;   aceasta   determină   un  vortex  mare  de  siaj  şi  un  coeficient  aerodinamic  de  1,15.  

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.45

aceasta determin! un vortex mare de siaj "i un coeficient aerodinamic

corespunz!tor de 1,15.

b) Cub (figura 2.15 b): Curgerea aerului este direct pe partea frontal!, dar un strat

limit! determin! întârzierea separ!rii curgerii; cu toate acestea vortexul de siaj creat

r!mâne mare, la fel "i coeficientul aerodinamic de 1,05.

c) Con la 600 (figura 2.15 c): Cu forma desf!cut!, de con, aerul curge spre vârful

conului "i apoi se desparte pe direc#ii paralele cu supraf#a conului. Separarea

curgerii are loc tot la periferie astfel producând un vortex de siaj larg. Acest profil

reduce coeficientul aerodinamic la 0,5 în compara#ie cu discul circular "i cu blocul

cubic.

Figura 15. Coeficientul de rezisten!" a aerului pentru diferite forme solide

d) Sfera (figura 2.15 d): Curgerea de aer în direce#ia sferei, este deviat! astfel încât s!

curg! dinspre centru în jurul suprafe#ei divergente "i peste o mic! por#iune

convergent! a suprafe#ei jum!t!#ii posterioare, înainte ca separarea curgerii s! aib!

loc. Astfel exist! o mic! reducere a vortexului de siaj "i o reducere similar! a

coeficientul aerodinamic pân! la 0,47 comparat cu conul la 600.

e) Emisfer# (figura 2.15 e): Curgerea de aer este în direc#ia "i spre exterior dinspre

interiorul hemisferei. Forma hemisferei se aliniaz! gradual cu direc#ia principal! de

curgere, dup! care separarea curgerii are loc la periferie. Dintr-un motiv necunoscut

(este posibil ca datorit! alinierii graduale a suprafe#ei curburii cu direc#ia de curgere

a aerului lâng! inel) hemisfera ofer! un coeficient aerodinamic mai redus decât al

conului "i sfereie. Acesta este de 0,42.

•  Cub:   Curgerea   aerului   este   direct   pe   partea  frontală,   dar   un   strat   limită   determină  întârzierea   separării   curgerii;   cu   toate  acestea  vortexul  de   siaj   creat   rămâne  mare,  la  fel  şi  coeficientul  aerodinamic  de  1,05.  

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.45

aceasta determin! un vortex mare de siaj "i un coeficient aerodinamic

corespunz!tor de 1,15.

b) Cub (figura 2.15 b): Curgerea aerului este direct pe partea frontal!, dar un strat

limit! determin! întârzierea separ!rii curgerii; cu toate acestea vortexul de siaj creat

r!mâne mare, la fel "i coeficientul aerodinamic de 1,05.

c) Con la 600 (figura 2.15 c): Cu forma desf!cut!, de con, aerul curge spre vârful

conului "i apoi se desparte pe direc#ii paralele cu supraf#a conului. Separarea

curgerii are loc tot la periferie astfel producând un vortex de siaj larg. Acest profil

reduce coeficientul aerodinamic la 0,5 în compara#ie cu discul circular "i cu blocul

cubic.

Figura 15. Coeficientul de rezisten!" a aerului pentru diferite forme solide

d) Sfera (figura 2.15 d): Curgerea de aer în direce#ia sferei, este deviat! astfel încât s!

curg! dinspre centru în jurul suprafe#ei divergente "i peste o mic! por#iune

convergent! a suprafe#ei jum!t!#ii posterioare, înainte ca separarea curgerii s! aib!

loc. Astfel exist! o mic! reducere a vortexului de siaj "i o reducere similar! a

coeficientul aerodinamic pân! la 0,47 comparat cu conul la 600.

e) Emisfer# (figura 2.15 e): Curgerea de aer este în direc#ia "i spre exterior dinspre

interiorul hemisferei. Forma hemisferei se aliniaz! gradual cu direc#ia principal! de

curgere, dup! care separarea curgerii are loc la periferie. Dintr-un motiv necunoscut

(este posibil ca datorit! alinierii graduale a suprafe#ei curburii cu direc#ia de curgere

a aerului lâng! inel) hemisfera ofer! un coeficient aerodinamic mai redus decât al

conului "i sfereie. Acesta este de 0,42.

•  Con  la  600  :  aerul  curge  spre  vârful  conului  şi  apoi   se   desparte   pe   direcţii   paralele   cu  suprafţa   conului.   Separarea   curgerii   are   loc  tot  la  periferie  asIel  producând  un  vortex  de  siaj   larg.   Acest   profil   reduce   coeficientul  aerodinamic   la   0,5   în   comparaţie   cu   discul  circular  şi  cu  blocul  cubic.  

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.45

aceasta determin! un vortex mare de siaj "i un coeficient aerodinamic

corespunz!tor de 1,15.

b) Cub (figura 2.15 b): Curgerea aerului este direct pe partea frontal!, dar un strat

limit! determin! întârzierea separ!rii curgerii; cu toate acestea vortexul de siaj creat

r!mâne mare, la fel "i coeficientul aerodinamic de 1,05.

c) Con la 600 (figura 2.15 c): Cu forma desf!cut!, de con, aerul curge spre vârful

conului "i apoi se desparte pe direc#ii paralele cu supraf#a conului. Separarea

curgerii are loc tot la periferie astfel producând un vortex de siaj larg. Acest profil

reduce coeficientul aerodinamic la 0,5 în compara#ie cu discul circular "i cu blocul

cubic.

Figura 15. Coeficientul de rezisten!" a aerului pentru diferite forme solide

d) Sfera (figura 2.15 d): Curgerea de aer în direce#ia sferei, este deviat! astfel încât s!

curg! dinspre centru în jurul suprafe#ei divergente "i peste o mic! por#iune

convergent! a suprafe#ei jum!t!#ii posterioare, înainte ca separarea curgerii s! aib!

loc. Astfel exist! o mic! reducere a vortexului de siaj "i o reducere similar! a

coeficientul aerodinamic pân! la 0,47 comparat cu conul la 600.

e) Emisfer# (figura 2.15 e): Curgerea de aer este în direc#ia "i spre exterior dinspre

interiorul hemisferei. Forma hemisferei se aliniaz! gradual cu direc#ia principal! de

curgere, dup! care separarea curgerii are loc la periferie. Dintr-un motiv necunoscut

(este posibil ca datorit! alinierii graduale a suprafe#ei curburii cu direc#ia de curgere

a aerului lâng! inel) hemisfera ofer! un coeficient aerodinamic mai redus decât al

conului "i sfereie. Acesta este de 0,42.

•  Sfera:   Curgerea   de   aer   în   direceţia   sferei,   este  deviată  asIel  încât  să  curgă  dinspre  centru  în  jurul  suprafeţei   divergente   şi   peste   o   mică   porţiune  convergentă   a   suprafeţei   jumătăţii   posterioare,  înainte   ca   separarea   curgerii   să   aibă   loc.   AsIel  există   o   mică   reducere   a   vortexului   de   siaj   şi   o  reducere   similară   a   coeficientul   aerodinamic  până  la  0,47.  

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.45

aceasta determin! un vortex mare de siaj "i un coeficient aerodinamic

corespunz!tor de 1,15.

b) Cub (figura 2.15 b): Curgerea aerului este direct pe partea frontal!, dar un strat

limit! determin! întârzierea separ!rii curgerii; cu toate acestea vortexul de siaj creat

r!mâne mare, la fel "i coeficientul aerodinamic de 1,05.

c) Con la 600 (figura 2.15 c): Cu forma desf!cut!, de con, aerul curge spre vârful

conului "i apoi se desparte pe direc#ii paralele cu supraf#a conului. Separarea

curgerii are loc tot la periferie astfel producând un vortex de siaj larg. Acest profil

reduce coeficientul aerodinamic la 0,5 în compara#ie cu discul circular "i cu blocul

cubic.

Figura 15. Coeficientul de rezisten!" a aerului pentru diferite forme solide

d) Sfera (figura 2.15 d): Curgerea de aer în direce#ia sferei, este deviat! astfel încât s!

curg! dinspre centru în jurul suprafe#ei divergente "i peste o mic! por#iune

convergent! a suprafe#ei jum!t!#ii posterioare, înainte ca separarea curgerii s! aib!

loc. Astfel exist! o mic! reducere a vortexului de siaj "i o reducere similar! a

coeficientul aerodinamic pân! la 0,47 comparat cu conul la 600.

e) Emisfer# (figura 2.15 e): Curgerea de aer este în direc#ia "i spre exterior dinspre

interiorul hemisferei. Forma hemisferei se aliniaz! gradual cu direc#ia principal! de

curgere, dup! care separarea curgerii are loc la periferie. Dintr-un motiv necunoscut

(este posibil ca datorit! alinierii graduale a suprafe#ei curburii cu direc#ia de curgere

a aerului lâng! inel) hemisfera ofer! un coeficient aerodinamic mai redus decât al

conului "i sfereie. Acesta este de 0,42.

•  Emisferă:   Curgerea   de   aer   este   în   direcţia   şi   spre  exterior   dinspre   interiorul   hemisferei.   Forma  hemisferei  se  aliniază  gradual  cu  direcţia  principală  de  curgere,   după   care   separarea   curgerii   are   loc   la  periferie.  

•  Datorită   alinierii   graduale   a   suprafeţei   curburii   cu  direcţia   de   curgere   a   aerului   lângă   inel,   hemisfera  oferă   un   coeficient   aerodinamic  mai   redus   decât   al  conului  şi  al  sferei,  de  0,42.  

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.45

aceasta determin! un vortex mare de siaj "i un coeficient aerodinamic

corespunz!tor de 1,15.

b) Cub (figura 2.15 b): Curgerea aerului este direct pe partea frontal!, dar un strat

limit! determin! întârzierea separ!rii curgerii; cu toate acestea vortexul de siaj creat

r!mâne mare, la fel "i coeficientul aerodinamic de 1,05.

c) Con la 600 (figura 2.15 c): Cu forma desf!cut!, de con, aerul curge spre vârful

conului "i apoi se desparte pe direc#ii paralele cu supraf#a conului. Separarea

curgerii are loc tot la periferie astfel producând un vortex de siaj larg. Acest profil

reduce coeficientul aerodinamic la 0,5 în compara#ie cu discul circular "i cu blocul

cubic.

Figura 15. Coeficientul de rezisten!" a aerului pentru diferite forme solide

d) Sfera (figura 2.15 d): Curgerea de aer în direce#ia sferei, este deviat! astfel încât s!

curg! dinspre centru în jurul suprafe#ei divergente "i peste o mic! por#iune

convergent! a suprafe#ei jum!t!#ii posterioare, înainte ca separarea curgerii s! aib!

loc. Astfel exist! o mic! reducere a vortexului de siaj "i o reducere similar! a

coeficientul aerodinamic pân! la 0,47 comparat cu conul la 600.

e) Emisfer# (figura 2.15 e): Curgerea de aer este în direc#ia "i spre exterior dinspre

interiorul hemisferei. Forma hemisferei se aliniaz! gradual cu direc#ia principal! de

curgere, dup! care separarea curgerii are loc la periferie. Dintr-un motiv necunoscut

(este posibil ca datorit! alinierii graduale a suprafe#ei curburii cu direc#ia de curgere

a aerului lâng! inel) hemisfera ofer! un coeficient aerodinamic mai redus decât al

conului "i sfereie. Acesta este de 0,42.

•  Tip   „picătură”:   Dacă   proporţiile   dintre   lungime   şi  diametru  sunt  bine  alese  (0.25),  forma  obţinută  poate  menţine   un   strat   limită   înainte   ca   separarea   curgerii  să  apară,  aproape  până  la  capătul  cozii.  

•  AsIel   rezistenţa   mişcării   corpului   va   fi   datorată  mişcării   vâscoase  a  aerului   şi   foarte  puţin   influenţată  de  către  vortexul  siajului.  Cu  acest  contur  coeficientul  de  rezistenţă  a  aerului  poate  să  scadă  până  la  0,05.  

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.45

aceasta determin! un vortex mare de siaj "i un coeficient aerodinamic

corespunz!tor de 1,15.

b) Cub (figura 2.15 b): Curgerea aerului este direct pe partea frontal!, dar un strat

limit! determin! întârzierea separ!rii curgerii; cu toate acestea vortexul de siaj creat

r!mâne mare, la fel "i coeficientul aerodinamic de 1,05.

c) Con la 600 (figura 2.15 c): Cu forma desf!cut!, de con, aerul curge spre vârful

conului "i apoi se desparte pe direc#ii paralele cu supraf#a conului. Separarea

curgerii are loc tot la periferie astfel producând un vortex de siaj larg. Acest profil

reduce coeficientul aerodinamic la 0,5 în compara#ie cu discul circular "i cu blocul

cubic.

Figura 15. Coeficientul de rezisten!" a aerului pentru diferite forme solide

d) Sfera (figura 2.15 d): Curgerea de aer în direce#ia sferei, este deviat! astfel încât s!

curg! dinspre centru în jurul suprafe#ei divergente "i peste o mic! por#iune

convergent! a suprafe#ei jum!t!#ii posterioare, înainte ca separarea curgerii s! aib!

loc. Astfel exist! o mic! reducere a vortexului de siaj "i o reducere similar! a

coeficientul aerodinamic pân! la 0,47 comparat cu conul la 600.

e) Emisfer# (figura 2.15 e): Curgerea de aer este în direc#ia "i spre exterior dinspre

interiorul hemisferei. Forma hemisferei se aliniaz! gradual cu direc#ia principal! de

curgere, dup! care separarea curgerii are loc la periferie. Dintr-un motiv necunoscut

(este posibil ca datorit! alinierii graduale a suprafe#ei curburii cu direc#ia de curgere

a aerului lâng! inel) hemisfera ofer! un coeficient aerodinamic mai redus decât al

conului "i sfereie. Acesta este de 0,42.

a  

b  

a/b=0.25  

•  Forma   caroseriei   automobilului   influenţează   direct  rezistenţa   la   înaintare.   Dacă   autovehiculul   ar   avea  forma  9p  „picătură”,  conturul  caroseriei  ar  permite  ca  separarea   straturilor   să   aibă   loc   doar   aproape   de  capătul   cozii,   iar   suprafaţa   supusă   vârtejurilor   şi   a  depresiunii  ar  fi  minimă.    

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.46

f) Tip „pic#tur#” (figura 2.15 f): Dac! propor"iile dintre lungime #i diametru sunt

bine ales, de exemplu 0.25, forma ob"inut! poate men"ine un strat limit! înainte ca

separarea curgerii s! apar!, aproape pân! la cap!tul cozii. Astfel rezisten"a mi#c!rii

corpului va fi datorat! mi#c!rii vâscoase a aerului #i foarte pu"in influen"at! de c!tre

vortexul siajului. Cu acest contur coeficientul de rezisten"! a aerului poate s! scad!

pân! la 0,05.

Forma caroseriei automobilului influen"eaz! direct rezisten"a la înaintare. Dac!

conturul caroseriei este în a#a fel încât stratul limit! se ata#eaz! de zona convergent! a

spatelui autovehiculului, zona cu vârtejuri este redus! considerabil, la fel este redus! #i

rezisten"a la înaintare. Dac! autovehiculul ar avea forma tip „pic!tur!”, conturul caroseriei

ar permite ca separarea straturilor s! aib! loc doar aproape de cap!tul cozii (figura 2.16 a),

iar suprafa"a supus! vârtejurilor #i a depresiunii ar fi minim!. Este impractic s! proiect!m o

Figura 2.16. Rezisten!a la înaintare de baz"

caroserie tip „pic!tur!” cu o coad! alungit!, îns!, dac! t!iem coada în punctul în care are

loc separarea curgerii (figura 2.16 b), vârtejurile #i depresiunea este aceea#i ca #i în primul

caz. Suprafa"a sec"iunii transversale unde separarea curgerii ar avea loc se nume#te

suprafa"! de baz!, iar depresiunea creat! se nume#te rezisten"a la înaintare de baz!.

Constructorii de autovehicule proiecteaz! caroseriile pu"in îngustate înspre zona

posterioar!, pentru ca separarea curgerii s! aib! loc pu"in înainte de puntea spate.

Vârtejurile sunt create în jurul diferitelor zone ale unui autovehicul aflat în mi#care.

Vârtejurile pot fi descrise ca mase de aer care se învârtesc sub forma unui cilindru (figura

2.17). Viteza unghiular! periferic! este minim!, iar viteza unghiular! aproape de centrul

cilindrului este maxim!, astfel viteza #i raza fiind într-o rela"ie de propor"ionalitate invers!.

Cu toate acestea, în zona central! a cilindrului exist! o zon! în care nu este mi#care, numit!

•  Nu  este  prac9c  proiectarea  unei  caroseri  9p  „picătură”.  •  Dacă   tăiem   coada   în   punctul   în   care   are   loc   separarea  

curgerii,  vârtejurile  şi  depresiunea  au  aprox.  aceleasi  valori.  •  Constructorii   de   autovehicule   proiectează   caroseriile   puţin  

îngustate   înspre   zona   posterioară,   pentru   ca   separarea  curgerii  să  aibă  loc  puţin  înainte  de  puntea  spate.  

UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.46

f) Tip „pic#tur#” (figura 2.15 f): Dac! propor"iile dintre lungime #i diametru sunt

bine ales, de exemplu 0.25, forma ob"inut! poate men"ine un strat limit! înainte ca

separarea curgerii s! apar!, aproape pân! la cap!tul cozii. Astfel rezisten"a mi#c!rii

corpului va fi datorat! mi#c!rii vâscoase a aerului #i foarte pu"in influen"at! de c!tre

vortexul siajului. Cu acest contur coeficientul de rezisten"! a aerului poate s! scad!

pân! la 0,05.

Forma caroseriei automobilului influen"eaz! direct rezisten"a la înaintare. Dac!

conturul caroseriei este în a#a fel încât stratul limit! se ata#eaz! de zona convergent! a

spatelui autovehiculului, zona cu vârtejuri este redus! considerabil, la fel este redus! #i

rezisten"a la înaintare. Dac! autovehiculul ar avea forma tip „pic!tur!”, conturul caroseriei

ar permite ca separarea straturilor s! aib! loc doar aproape de cap!tul cozii (figura 2.16 a),

iar suprafa"a supus! vârtejurilor #i a depresiunii ar fi minim!. Este impractic s! proiect!m o

Figura 2.16. Rezisten!a la înaintare de baz"

caroserie tip „pic!tur!” cu o coad! alungit!, îns!, dac! t!iem coada în punctul în care are

loc separarea curgerii (figura 2.16 b), vârtejurile #i depresiunea este aceea#i ca #i în primul

caz. Suprafa"a sec"iunii transversale unde separarea curgerii ar avea loc se nume#te

suprafa"! de baz!, iar depresiunea creat! se nume#te rezisten"a la înaintare de baz!.

Constructorii de autovehicule proiecteaz! caroseriile pu"in îngustate înspre zona

posterioar!, pentru ca separarea curgerii s! aib! loc pu"in înainte de puntea spate.

Vârtejurile sunt create în jurul diferitelor zone ale unui autovehicul aflat în mi#care.

Vârtejurile pot fi descrise ca mase de aer care se învârtesc sub forma unui cilindru (figura

2.17). Viteza unghiular! periferic! este minim!, iar viteza unghiular! aproape de centrul

cilindrului este maxim!, astfel viteza #i raza fiind într-o rela"ie de propor"ionalitate invers!.

Cu toate acestea, în zona central! a cilindrului exist! o zon! în care nu este mi#care, numit!

•  Vârtejurile  sunt  create   în   jurul  diferitelor  zone  ale  unui  autovehicul  aflat  în  mişcare.  Vârtejurile  pot  fi  descrise   ca   mase   de   aer   care   se   învârtesc   sub  forma  unui  cilindru.  

•  Viteza  unghiulară  periferică  este  minimă,  iar  viteza  unghiulară   aproape   de   centrul   cilindrului   este  maximă,  asIel  viteza  şi   raza  fiind   într-­‐o   relaţie  de  proporţionalitate  inversă.  

•  În  zona  centrală  a  cilindrului  există  o  zonă   în  care  nu   este   mişcare,   numită   miez   sta9c.   În   această  zonă   are   loc   forfecarea   viscoasă   dintre   straturile  adiacente  a  miezului  sta9c  şi  vârtejul  de  aer,  asIel  în  interiorul  vârtejului  va  fi  o  depresiune.    

•  Pentru   un   autovehicul   in   miscare,   curenţii   de   aer   interacţionează  de-­‐a  lungul  profilului  lateral,  spre  partea  superioară  a  muchiilor,  pe  părţi  opuse,  formând  un  vârtej  orientat  spre  interior  care  con9nuă  să  se  rotească  o  anumită  distanţă  după  automobilul.  UTC – N LUCRARE DE LICEN!" pag.48

Fgura 2.18. Vârtejuri de deplasare

Zonele de separare care se formeaz! între capot! "i parbrizul fa#!, parbrizul spate "i

capota portbagajului "i portbagajul "i farurile spate tind s! genereze vârtejuri transversale

ata"ate (figura 2.19 a "i b). Vârtejurile ata"ate din zona frontal! se formeaz! în zona

stâlpului „A”, "i apoi se extind de-a lungul geamurilor laterale pân! în spatele si dup!

automobil. Orice surplus al vârtejurilor ata"ate parbrizului spate "i farurilor spate se unesc

"i înt!resc vârtejurile laterale (figura 2.19 b); produ"ii acestor vârtejuri transversale

secundare se combin! "i m!resc urma vârtejurilor principale.

Figura 2.19. Vârtejuri transeversale !i de deplasare

–  Fo r ţ e   ae rod inam i ce   c e   a c ţ i onea ză   a sup ra  autovehiculelor  

•    Coeficientul  aerodinamic  ascensional  cL  este  diferenţa  dintre  presiunea  creată  deasupra  şi  sub   caroseria  unui   vehicul   în  9mp  ce  acesta  se  deplasează  în  aerul  viscos  înconjurător.  

•  Se  va  produce  o   forţă   rezultantă   care  apasă  sau   ridică   automobilul,   în   funcţie   de   forma  acestuia;  

•  Forţa  de  ridicare  (forţă  ascensională  pozi9vă)  este   nedorită,   deoarece   reduce   aderenţa  automobilului,   în  9mp   ce   forţă   ascensională  nega9vă  creşte  aderenţa  automobilului.  

•  Efectele  gărzii  la  sol  asupra  vitezei  de  curgere,  presiunii  şi  aerodinamicii    

a)  Garda  la  sol  mare  -­‐>  forta  de  apasare  

b)  Garda  la  sol  mica  -­‐>  forta  de  ridicare  (portanta)  

b  

h  

h/b  

•  Curgerea  aerului  peste  un  disc  plat  şi  un  profil  aerodinamic,  ambele  înclinate    

•  Proporţionalitatea   dintre   cL   (coeficient   aerodinamic  ascensional)  şi  cD  (coeficient  aerodinamic)    şi  unghiul  de  atac  pentru  o  formă  aerodinamică    

cD  cL  

–  Influenţa  formei  frontale    

cD=0.224  ;  cL=+0.20  

cD=0.223  ;  cL=+0.02  

cD=0.240  ;  cL=-­‐0.10  

cL  (coeficient  aerodinamic  ascensional)  şi  cD  (coeficient  aerodinamic)