Determinarea coeficientului de rezisten]@ a aerului prin ^ncercarea autovehiculului pe drum

LUCRAREA 3Determinarea coeficientului de rezisten a aerului prin ncercarea autovehiculului pe drum

1.Consideraii generale

Fora de rezisten a aerului acioneaz paralel cu direcia de naintare a autovehiculului i n sens opus micrii acestuia i ea natere din cauza suprapresiunii aerului pe zonele frontale i depre-siunii formate n spatele autovehiculului (datorat formei autovehiculului), precum i din cauza frecrilor dintre particulele de aer pe suprafaa acestuia (determinat de dimensiunile i de rugozitatea suprafeelor autovehiculului), la care se adaug fora de rezisten a curenilor interiori de rcire ai motorului i de aerisire a interiorului caroseriei (Fig. 1). Fora datorat suprapresiunii frontale i depresiunii posterioare se numete rezistena aerului datorit presiunii i depinde de forma autovehiculului (rezistena datorat formei), iar forele de frecare dintre particulele de aer i suprafaa autovehiculului se numesc rezistena datorit frecrii de suprafa.

Fig. 1. Distribuia presiunii aerului n jurul autovehiculului.

Repartiia procentual a rezistenei totale ntre cele dou componente depinde de forma exterioar a autovehiculului, de mrimea i de rugozitatea suprafeelor; n cazul autoturismelor rezistena datorit formei este de 85...90% din rezistena aerului, iar celelalte rezistene (de frecare i a curenilor interiori) sunt de 10...15%.

Eforturile pentru reducerea forei de rezisten a aerului sunt concentrate asupra perfecionrii formei, rezistena datorat frecrilor nu se mai poate reduce n mod semnificativ.

2. Bazele teoretice ale lucrrii

La baza determinrii rezistenei aerului st relaia stabilit de Newton:

[N],(1)

n care: cx este coeficientul de rezisten a aerului (coeficient de form) care caracterizeaz fiecare autovehicul n parte; densitatea aerului n condiii de referin, n kg/m3; A suprafaa seciunii transversale, perpendicular pe direcia de mers, n m2; v viteza relativ dintre aer i autovehicul, n m/s. Relaia de mai sus este valabil pentru viteze v cuprinse ntre 1 ...300 m/s (( 1000 km/h).

Avnd n vedere faptul c densitatea aerului poate fi considerat constant, produsul poate fi exprimat de un singur coeficient:

(2)

numit coeficient aerodinamic, iar produsul dintre acesta i suprafaa seciunii frontale K(A se numete factor aerodinamic, care reprezint rezistena aerului pentru o vitez de 1 m/s i se exprim n [kg/m] sau [N(s/m].Astfel, relaia (1) se poate scrie:

(3)

n care viteza v este exprimat n m/s sau

(4)

dac viteza V se exprim n km/h.

3.Lucrri pregtitoare i condiii de ncercare

3.1. Lucrri pregtitoare

nainte de nceperea ncercrilor se va verifica starea tehnic a autovehiculului care trebuie s corespund conform STAS 6926/1-90 cu precizrile:

motorul, transmisia i pneurile trebuie s fie rodate corespunztor instruciunilor productorului;

nainte de nceperea ncercrii se vor nclzi motorul i agregatele asiului pn la temperatura de regim, prin deplasarea autovehiculului pe o distan corespunztoare;

se va verifica reglajul ansamblelor care pot produce rezistene anormale n deplasarea autovehiculului; autovehiculele cu prelat sau acoperi demontabil, vor fi prevzute cu prelat sau acoperi;

autovehiculele cu portbagaj exterior vor fi prevzute cu un panou frontal de nlimea bagajului;

pe durata ncercrilor vor fi nchise toate uile, geamurile, trapa precum si toate cile de acces a aerului n interiorul autovehiculului. presiunea din pneuri, tipul i calitatea uleiurilor de ungere s fie conform indicaiilor productorului,

ncrcarea autovehiculului va fi: masa proprie + 180 kg sau masa proprie + jumtate din masa util, dac aceasta depete 180 kg;

se va utiliza combustibil comercial, de calitate corespunztoare tipului de vehicul, recomandat de constructor.

3.2. Traseul de ncercare

Traseul de ncercare pe care sunt efectuate ncercrile trebuie s fie uscat, drept, cu mbrcminte dur i neted (asfalt sau beton), cu aderen bun.Traseul este compus din trei sectoare: dou de stabilizare (accelerare i frnare) i un sector de msurare. Lungimea traseului de ncercare trebuie s fie n corelaie cu metoda de ncercare utilizat (vezi subcap. 5), astfel nct s permite accelerarea autovehiculului la viteza la care are loc msurarea i stabilizarea acestei viteze, efectuarea msurtorilor i frnarea autovehiculului pn la oprire n condiii de siguran n ambele sensuri de parcurgere ale acestuia (Fig. 2). Aceste condiii se vor verifica prin 2-4 ncercri preliminare.

Fig. 2. Configuraia traseului de ncercareSectoarele de stabilizare trebuie s aib caracteristici similare sectorului de msurare. Att pe sectorul de ncercare ct i pe cel de stabilizare se admit pante de maxim 0,5% pe direcia longitudinal i maxim 3% pe direcia transversal.

3.3. Condiii atmosferice(ncercrile nu se efectueaz pe timp cu precipitaii atmosferice;

(viteza vntului msurat la 1 m deasupra drumului nu va depi 1 m/s pe direcia traseului i 0,5 m/s perpendicular pe aceasta;

( presiunea atmosferic nu trebuie s fie mai redus de 910 mbari;( temperatura aerului trebuie s fie mai mare de 278 K (5C);(Densitatea aerului pe durata ncercrii nu trebuie s difere cu mai mult de 7,5% fa de condiiile de referin. Densitatea aerului se va determina cu relaia:

(5)

unde (T este densitatea aerului pe durata ncercrii, n kg/m3; (0 densitatea aerului n condiii de referin, n kg/m3; pT presiunea atmosferic msurat pe durata ncercrii, n mbari; p0 presiunea atmosferic n condiii de referin, n mbari; TT temperatura aerului n timpul ncercrii, n K; T0 temperatura de referin, n K. Condiiile de referin sunt: p0=1000 mbari, T0=293K (20C), pentru care (0 =1,202 kg/m3 coespunztor unei altitunini de 200 m deasupra nivelului mrii;(umiditatea relativ a aerului trebuie s fie sub 95%, iar suprafaa drumului s fie uscat.4.Utilaje, aparatur i materiale utilizate

Pentru msurarea distanelor se va folosi o roat de msurat lungimi mecanic sau electronic sau o rulet de 50 m, iar pentru msurarea timpului un cronometru mecanic sau electronic cu o precizie de (0,1 sec. Pentru msurarea forei de traciune se va utiliza un dinamograf cu nregistrare mecanic sau cu sistem de achiziie de date pe calculator.

Dac ncercrile sunt efectuate n scop didactic, pentru msurarea vitezei de deplasare se poate utiliza vitezometrul autovehiculului, altfel se vor utiliza aparate corespunztoare cerinelor descrise n standardele specifice.

5.Metodologia de ncercare

Coeficientul aerodinamic K poate fi determinat direct prin ncercarea autovehiculului pe drum, urmrind una din cele trei metode prezentate n cele ce urmeaz. Pentru marcarea sectorului de msurare pe traseul de ncercare se vor efectua 3-4 ncercri preliminare. La fiecare metod se vor efectua 6 ncercri, cte 3 n ambele sensuri de parcurgere al traseului de msurare. La efectuarea ncercrilor prin ambele metode este interzis folosirea frnelor (nu i n caz de urgen!), ns sunt permise micri uoare ale volanului pentru corectarea traiectoriei autovehiculelor.

(Metoda prin remorcare const n tractarea autovehiculului de ncercat cu o vitez constant suficient de mare pentru a pune n eviden rezistena aerului (V ( 80 km/h), avnd cutia de viteze n punctul mort, cu ajutorul unui alt autovehicul printr-un cablu suficient de lung pentru nlturarea influenelor vrtejurilor de aer din spatele autovehiculului tractor. Se recomand ca lungimea cablului de tractare Lc s fie cel puin de cinci ori mai mare dect lungimea autovehiculului tractor Lt [3] sau minim 15m [5]. (Fig. 3). Pe durata ncercrii se nregistreaz cu ajutorul unui dinamograf fora de tractare Ft.

Fig. 3. Metoda de determinare a coeficientului aerodinamic prin remorcare.

Dezavantajele metodei sunt dificultile privind eliminarea influenelor autovehiculului tractor (vrtejuri) i oscilaiile forei de tractare.

( Metoda prin lansare i rulare liber are avantajul c nltur paial deficienele metodei prin remorcare privind imprecizia msurtorilor datorate vrtejurilor de aer generate de autovehiculul tractor i oscilaiilor forei de tractare.

Metoda const n accelerarea autovehiculului cu ajutorul motorului propriu, la o vitez ct mai apropiat de viteza maxim, care trebuie s fie mai mare de 50 km/h pentru a putea pune n eviden fora de rezisten a aerului i mai mic de 80-100 km/h din motive de siguran (valabil pentru ncercrile efectuate de studeni). Dup stabilizarea vitezei de lansare, autovehiculul este lsat s-i continue drumul cu maneta schimbtorului de viteze n punctul mort i motorul oprit (se apas ambreiajul, se aduce maneta schimbtorului de viteze n poziia neutr, se oprete motorul i se las ambreiajul) n dreptul jalonului, care marcheaz zona de nceput al msurtorilor (Fig. 4). n acest moment se pornete cronometrul, msurnd timpul n care viteza autovehiculului scade cu 10-20 km/h.

Fig. 4. Metoda de determinare a coeficientului aerodinamic prin lansare i rulare liber.

( Metoda semiempiric pentru determinarea coeficienilor de rezisten a aerului i la rulare prin lansare i rulare liber const n efectuarea a dou ncercri conform metodei anterioare, una de la o vitez superioar V1a = 60-80 km/h i alta de la o vitez inferioar, V2a = 15-20 km/m. Se cronometreaz timpul t1 i t2 n care viteza autovehiculului scade cu 5-10 km/h pn la vitezele V1b, respectiv V2b. Aceast metod se poate utiliza la viteze de deplasare a autovehiculului de pn la 100 km/h.

6. Prelucrarea datelor EXPERIMENTALE (Metoda prin remorcareValoarea medie a forei de traciune nregistrate pe durata fiecrei ncercri se determin prin planimetrare, apoi se calculeaz media aritmetic a rezultatelor.

Fora de traciune Ft reprezint rezistena la naintare a autovehiculului remorcat:

(6)

de unde, aproximnd (3,6)2 ( 13, se obine coeficientul aerodinamic:

,(7)

n care Rr este fora de rezisten la rulare, n N; Ra fora de rezisten a aerului i datorat frecrilor din transmisie de la arborele secundar al cutiei de viteze pn la roile motoare, care de obicei pot fi neglijate, n N; f coeficientul de rezisten la rulare; Ga greutatea autovehiculului, n N; A aria seciunii transversale a acestuia, n m2, iar V viteza de deplasare a autovehiculului, n km/h.

Aria seciunii transversale poate fi aproximat prin relaia:

(8)

n care H este nlimea autovehiculului, iar E reprezint ecartamentul acestuia, exprimate n m.

Greutatea autovehiculului este dat de expresia:

, (9)

unde Mexp reprezint masa proprie n stare de exploatare, n kg; n numrul persoanelor la bord; g acceleraia gravitaional, n m/s2.

Deoarece metoda presupune cunoaterea valorii coeficientului de rezisten la rulare, ncercrile se vor efectua asupra autovehiculelor pentru care aceasta a fost determinat prin ncercri preliminare conform lucrrii anterioare.

(Metoda prin lansare i rulare libern acest caz, dup lansare, autovehiculul se va deplasa n virtutea forei de inerie, care trebuie s nving forele de rezisten la rulare i rezisten a aerului:

(10)sau:

,(11)

unde ma este masa autovehiculului, n kg; Ga greutatea autovehiculului, n N; coeficientul de calcul al influenei maselor n rotaie corespunztor autovehiculului avnd cutia de viteze n punctul mort; g acceleraia gravitaional, n m/s2.

Deceleraia medie pe sectorul de msurare se poate aproxima cu relaia:

i(12)

iar viteza medie cu expresia:

(13)

n care V1 reprezint viteza de lansare, n km/h; V2 viteza pn la care se efectueaz cronometrarea, n km/h; t timpul n care viteza autovehiculului scade de la V1 la V2, n s.Exprimnd coeficientul aerodinamic K din relaia (11), rezult:

.(14)

Pentru valoarea coeficientului se poate adopta o valoare medie ntre 1,00 i 1,10 [2]; informativ = 1,03 pentru automobile de construcii obinuite [3].

Ca i la metoda de tractare valoarea coeficientului de rezisten la rulare f se consider cunoscut n urma ncercrilor anterioare.

( Metoda semiempiric pentru determinarea coeficienilor de rezisten a aerului i la rulare prin lansare i rulare liberSe determin vitezele medii pentru cele dou ncercri cu relaiile:

; (15)i deceleraiile medii utiliznd formulele:

; .(16)Coeficientul de rezisten a aerului se calculeaz cu relaia [2, 7]:

, (17)iar coeficientul de rezisten la rulare este dat de relaia:

. (18)7. prezentarea I Interpretarea rezultatelor

Pe baza documentaiei tehnice furnizat de ctre firma constructoare i a msurtorilor efectuate calculnd parametri propui se completeaz o fi de ncercare.

Pe baza datelor obinute n urma ncercrilor, urmrind metodele prezentate la punctul 5 se va determina cu ajutorul relaiilor (6)((18) coeficientul aerodinamic K i se vor calcula coeficientul de form cx i factorul aerodinamic K(A. Rezultatele obinute se vor compara cu valorile indicate n bibliografia de specialitate, cuprinse n tabelul 1 [1,2,3,4,5].

Tabelul 1

Parametrii ce caracterizeaz rezistena aeruluipentru diferite tipuri de autovehicule

Tipul autovehicululuicxK,kg/m3A,m3K(A,kg/m

Autoturisme0,2 ( 0,40,12...0,241,4 ( 2,81,17...0,70

Autoutilitare i maini agricole0,5 ( 0,80,30...0,483,0 ( 5,50,90..2,64

Autobuze0,5 ( 0,60,30...0,364,5 ( 6,51,35...2,35

Autocamioane acoperite0,8 ( 1,150,48...0,693,0 ( 6,01,45...4,15

Se va reprezenta grafic variaia forei de rezisten a aerului n funcie de viteza de deplasare a autovehiculului utiliznd relaia:

(15)i puterea consumat pentru nvingerea rezistenei la rulare i suma celor dou. Variaia puterii pierdute pentru nvingerea rezistenei la rulare se va prelua din lucrarea anterioar. Puterea absorbit de rezistena aerului se va calcula cu relaia:

(16)

unde viteza de deplasare a autovehicululi V este n km/h, v n m/s.

Domeniul vitezelor va fi de la 0 la viteza maxim.

Intersecia curbei de variaie a puterilor consumate pentru nvingerea rezistenei la rulare i a rezistenei aerului indic viteza maxim aproximativ cu care autovehiculul ncercat se poate deplasa n condiii n care au fost efectuate ncercrile (pe un drum orizontal i drept).

8. BIBLIOGRAFIE1. Hilohi, C. .a.: Metode i mijloace de ncercare a autovehiculelor. Bucureti, Editura tehnic, 1982.2. Ilosvai, L.: Gpjrmvek mszeres vizsglata. Budapesti Mszaki s gazdasgi Egyetem, 2002-2005.3. Negru, E. .a.: ncercarea autovehiculelor. Bucureti, Editura didactic i pedagogic, 1983.4. Ot, V., Cismaru, Loreta: ncercarea autovehiculelor. Reprografia Universitii din Craiova, 1997.5. Terpln, S.: Gpjrm vizsglatok. Budapest, Tanknykiad, 1961.6. Todoru, A.: Bazele dinamicii autovehiculelor. Algoritmi de calcul. Teste. Aplicaii. Cluj-Napoca, Editura Sincron, 2005.

7. *** Automotive handbook. Plochingen, Robert Bosch GmbH, 2004.

8. *** STAS 6926/1-90: Vehicule rutiere. Metode de ncercare. Prescripii generale.65

_1266474150.unknown

_1266501528.unknown

_1266506189.unknown

_1266636688.unknown

_1266646904.unknown

_1266647145.unknown

_1266637118.unknown

_1266506257.unknown

_1266501844.unknown

_1266506087.unknown

_1266501579.unknown

_1266501309.unknown

_1266501470.unknown

_1266474892.unknown

_1264757746.unknown

_1266473171.unknown

_1266473453.unknown

_1266457551.unknown

_1264747896.unknown

_1264748023.unknown

_1264748036.unknown

_1264747917.unknown

_1263877252.unknown