Báo cáo tiểu luận kỹ thuật thân vỏ và khí động lực học ô tô biện pháp giảm lực cản khí động lực học trên xe thương mại là gì

Lực cản một hàm của góc quay quanh trục thẳng đứng Hệ số cản ở góc nghiêng bằng không, tương đương với lái xe trong không khí tĩnh, khôngcho biết đầy đủ các đặc tính khí độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ - - BÁO CÁO TIỂU LUẬN KỸ THUẬT THÂN VỎ VÀ KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đăng Tấn Nhóm : 6 Sinh viên thực hiện : Tạ Đức Hải -62KTO-CN4 Nguyễn Mạnh Toàn - 62KTO-CN4 Nguyễn Văn Chương - 62KTO-CN 4 Nguyễn Bá Hải - 62KTO-CN4 Hà Nội, 2024 MỤC LỤC I Danh sách sinh viên thực hiện II Các vấn đề: 1.Biện pháp giảm lực cản khí động lực học trên xe thương mại là gì? 2.Sự lý tưởng hóa SSS của một chiếc xe mui trần hợp giả định được thể hiện trong hình Các phản lực tại các vị trí treo cho trước Xác định phương chiều của các thành phần lực tác dụng lên các tầm bằng phương pháp SSS với các số thứ tự bắt đầu từ số 1 I.Danh sách các sinh viên thực hiện STT Sinh viên thực hiện Lớp Mã Sinh Viên 62KTO-CN4 2051231503 1 Tạ Đức Hải 62KTO-CN4 2051234777 62KTO-CN4 2051234884 2 Nguyễn Mạnh Toàn 62KTO-CN4 205124846 3 Nguyễn Văn Chương 4 Nguyễn Bá Hải DANH SÁCH BẢNG VÀ HÌNH VẼ II.Các vấn đề Câu 1: Biện pháp giảm lực cản khí động lực học trên xe thương mại là gì? 1.Các lực cản khí động học xe ô tô 1.1.Giới thiệu Giá nhiên liệu tăng và nhu cầu vận hành có lãi khuyến khích nhà sản xuất xe thương mại khai thác mọi cơ hội để giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu Một trong những cơ hội như vậy là hiệu quả khí động học Hình 1.1.Các loại xe thương mại Trong thực tế, việc leo dốc và tăng tốc làm thay đổi mối quan hệ hằng số lý tưởng giữa tốc độ và đường như thể hiện trong Hình cho các loại xe tiện ích chính Lực cản khí động học tuy nhiên vẫn đáng kể Hình 1.2.Tỉ lệ tiêu thụ nhiên liệu của các loại xe khác nhau liên quan đến thành phần lực cản 1.2 Hệ số cản khí động học của các loại xe thương mại khác nhau Vận hành trong điều kiện không có gió Với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, xe thương mại có hệ số cản đa dạng hơn Xe buýt có hệ số cản Cd gấp khoảng 1,5 lần của ô tô và xe kéo-rơ-moóc, và gấp đôi ô tô tải Chỉ những chiếc xe tải nhẹ, vốn sẵn sàng cải thiện khí động học hơn, mới có lực cản gần bằng ô tô con Hình 1.3.Hệ số cản của các loại xe khác nhau 1.3 Lực cản một hàm của góc quay quanh trục thẳng đứng Hệ số cản ở góc nghiêng bằng không, tương đương với lái xe trong không khí tĩnh, không cho biết đầy đủ các đặc tính khí động học trong hoạt động thực tế, trong đó hệ số lực tiếp tuyến Ct (do góc nghiêng) phải được tính đến Tất cả các loại xe ngoại trừ xe van hạng nhẹ đều cho thấy sự gia tăng rõ rệt về Ct khi góc nghiêng ngày càng tăng Hình 1.4.đồ thị vecto gió với xe 1.4 Giảm lực cản khí động học Phạm vi thay đổi khí động học trên xe thương mại Không giống như ô tô con, hình dạng của một chiếc xe thương mại được xác định chủ yếu bởi không gian chở hàng Thân hình khối chiếm ưu thế, các giới hạn về kích thước theo luật định Các nhà khí động học vẫn còn ít phạm vi đối với việc thay đổi hình dạng của bộ phận chịu tải của xe Tuy nhiên, có một số sự tự do trong việc thiết kế phần đầu xe hoặc cabin và phát triển các thiết bị bổ trợ giảm lực cản Tối ưu hóa trong đường hầm gió các vấn đề của kỹ thuật đo mô hình Đường hầm gió là vị trí lý tưởng cho công việc phát triển có hệ thống Tuy nhiên, kích thước đường hầm dành cho xe thương mại có vấn đề Các phép đo khí động học chính xác chỉ có thể được thực hiện trên xe tải nhỏ và xe buýt cỡ lớn trong các đường hầm gió lớn hiện nay Các phương tiện lớn hơn tạo ra chướng ngại vật quá lớn trong phần thử nghiệm, theo cả chiều dài và chiều ngang Do đó chúng phải được nghiên cứu dưới dạng thu nhỏ Nhưng làm thế nào một cách an toàn các kết quả trên các mô hình có thể được áp dụng cho các phương tiện ban đầu Hình 1.5.Chiều dài và trọng lượng toàn bộ cho phép trên xe 1.5.Tối ưu hóa trong đường hầm gió các vấn đề của kỹ thuật đo mô hình Việc mất chi tiết bề mặt là không thể tránh khỏi trong các mô hình nhỏ (tỷ lệ 1:10).Hơn nữa, mặc dù tốc độ cao (250km/ h) của một số đường hầm gió ô tô, số Reynolds vẫn thấp hơn so với các phương tiện tương ứng di chuyển ở tốc độ đường bộ, ví dụ, 80km/h) Do đó, phải có sự cho phép đối với sự khác biệt về luồng không khí giữa mô hình và phương tiện nguyên chiếc, được thể hiện, ví dụ ở một vị trí khác của quá trình chuyển đổi từ tầng lớp sang lớp ranh giới hỗn loạn hoặc các điểm phân tách dòng chảy Do đó, trong các phép đo trên mô hình đầu kéo-bán phần một tỷ lệ phần mười, sự phụ thuộc vào số Reynolds là hiển nhiên Chỉ ở vận tốc luồng không khí khoảng( 300 km/h), tại đó các tác động nén không còn là không đáng kể, hệ số cản mới tiếp cận giá trị của nó cho số Reynolds thích hợp (đường chấm) Hầu hết các nghiên cứu mô hình đều là mô hình tỷ lệ (1: 2.5), mô hình này thể hiện gần hơn các điều kiện dòng chảy thực cũng như luồng không khí qua bộ tản nhiệt, khoang động cơ, v.v Mô phỏng đất cũng có thể được thực hiện trên chúng rất tốt Hình 1.6.Ảnh hưởng của tần số Reynolds đến lực cản 2.Các lực cản khí động học trên oto Hình 2.1.các lực cản khí động học trên oto -Là lực hạn chế đi tốc độ di chuyển của xe Thường sẽ có 4 loại lực cản làm ảnh hưởng tới tốc độ di chuyển xe gồm: +Lực cản lăn: là khái niệm liên quan tới chất lượng của mặt đường và chất lượng săm lốp +Lực ma sát: lực này liên quan tớt vật liệu,công nghệ chế tạo và dầu mỡ bôi trơn +Lực quán tính: lực này liên quan trực tiếp tới gia tốc và khối lượng của xe +Lực cản của không khí: liên quan tới hình dạng khí động học và tốc độ di chuyển của xe 2.1.Giảm lực cản khí động học tác động lên xe thương mại(xe bus) bằng cách sử dụng bề mặt lõm +Giới thiệu Hình 2.1.Xe bus Xe bus không có khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt Bề mặt hoặc hình dạng của thiết kế hiện tại có thể được sửa đổi để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và cải thiện tính khí động học Nó sẽ làm giảm lực cản tác dụng lên xe và do đó sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn Việc giảm lực cản khí động học là một nhiệm vụ và mục tiêu to lớn đối với các nhà thiết kế ô tô Tốc độ cao hơn đạt được ở cùng công suất nếu lực cản của phương tiện đang di chuyển giảm Tính khí động học có thể làm tăng lực hướng xuống, lực nâng tiêu cực tác động lên xe và cũng làm giảm lực cản khi lái về phía trước Nó cải thiện khả năng chịu tải và hiệu quả sử dụng nhiên liệu +Thử nghiệm hầm gió Hình 2.2.Thử nhiệm hầm gió oto Thử nghiệm trong hầm gió là một thử nghiệm khí động học được sử dụng để xác định tính chất của dòng chảy xung quanh xe Bằng cách thay đổi thiết kế, các yếu tố của xe như hệ số cản cũng thay đổi, điều này giúp chúng ta xác định được thiết kế phù hợp cần thiết Trong quá trình thử nghiệm, xe được giữ tĩnh và gió được phép đi qua, vận tốc của gió có thể thay đổi được Gió thường được tạo ra bằng điện bằng cách sử dụng quạt Các thử nghiệm trong hầm gió có thể được thực hiện bằng mô hình thời gian thực +Sửa đổi bề mặt Hình 2.3.Bề mặt xe bus Bề mặt của xe bus được sửa đổi bằng cách thêm các vết lõm Lúm đồng tiền tương tự như trên quả bóng golf Bằng cách thêm các vết lõm, luồng không khí xung quanh mô hình sẽ hỗn loạn và do đó làm chậm quá trình phân tách dòng chảy Và do đó, tạo ra các khu vực phía sau nhỏ hơn, giảm lực cản tổng thể tác động lên xe Các thông số khác nhau như vị trí lúm đồng tiền, kích thước của lúm đồng tiền và số lượng lúm đồng tiền sẽ khác nhau tùy theo từng mẫu xe.Sử dụng các phương pháp để giảm hệ số cản ít nhất 3.Các biện pháp giảm lực cản ở một số dòng xe thương mại khác + Thiết kế cánh đuôi Hình 3.1.Thiết kế cánh đuôi Gắn thêm một tấm cản vào phần đuôi xe (chúng ta thường gọi là CÁNH), lực nâng sẽ giảm đáng kể hay thậm chí phát sinh lực nén Trong khi đó, lực cản chỉ gia tăng với chỉ số rất thấp Cánh xe có tác dụng hướng phần lớn luồng không khí ở mui xe thoát thẳng về phía sau mà không quẩn trở lại, từ đó giảm thiểu lực nâng Nếu như gia tăng góc độ của cánh thì có thể tăng lực nén Lúc đó, chỉ có một luồng gió nhỏ sẽ chạy ra phía sau và quẩn dưới đuôi cánh Như vậy, cánh xe đã làm giảm đáng kể sự nhiễu loạn của không khí xuất hiện trên những chiếc xe dạng fastback, đồng thời cũng loại bỏ được đáng kể lực nâng và xe chỉ còn chịu lực cản +Thiết kế cánh gầm Hình 3.2.Thiết kế cánh gầm Cánh gầm là tên gọi chung của cánh hướng gió, chúng được lắp đặt dưới cản trước và có tác dụng làm biến đổi luồng không khí lưu động phía dưới gầm xe Chúng ta cũng thường hay gọi cánh gầm lắp đặt ở gờ đáy cản trước là “cản gió trước”, và những tấm chắn dọc hông xe là “tấm chắn gió ngang” Có nhiều bộ phận nằm dưới đáy xe như động cơ, hộp số, trục lái… Chúng sẽ ngăn cản luồng không khí, khiến sự nhiễu loạn không khí gia tăng, làm chậm đi luồng không khí và tăng lực nâng theo nguyên lý Bernoulli Cánh gầm và cánh cản ngang được sử dụng nhằm giảm bớt đi luồng không khí bên dưới này, bằng cách hướng không khí di chuyển qua những mặt bên cạnh của xe Kết quả chúng mang lại là giảm bớt đi lực cản và lực nâng do luồng không khí phía dưới sinh ra +Thiết kế gầm xe trơn nhẵn Hình 3.4.Thiết kế gầm xe trơn nhẵn Gầm xe trơn nhẵn cũng sẽ giảm bớt đi sự ảnh hưởng của luồng không khí phí dưới gầm xe để hạn chế đi sự nhiễu loạn và lực nâng Câu 2.Sự lý tưởng hóa SSS của một chiếc xe mui trần hợp giả định được thể hiện trong hình.Các phản lực tại các vị trí treo cho trước.Xác định phương chiều của các thành phần lực tác dụng lên các tầm bằng phương pháp SSS với các số thứ tự bắt đầu từ số 1 Hình 2.1.Khung xe mui trần chịu xoắn Theo hình vẽ, ta có thể thấy rằng chiếc xe mui trần hợp giả định được chia thành 17 tấm, được đánh số từ 1 đến 17 +Tấm 2 Trên tấm chắn bùn tải trọng từ hệ thống treo có Rf hướng xuống tại vị trí nối với vách ngăn sinh ra phản lực Rf xướng lên , để cân bằng những lực này được cân bằng bởi lực cắt Pf ở phía trên cùng và dưới cùng +Tấm 1 Trên tấm chắn bùn tải trọng từ hệ thống treo tác động lên tại vị trí nốivách ngăn sinh ra phản lực Rf hướng xuống , để cân bằng momen do 2 lực Rf sinh ra 2 lực cắt bổ sung Pf ở trên cùng và dưới cùng của tấm +Tấm 3 Trên tấm chắn bùn tải trọng từ hệ thống Pr treo tác động lên tại vị trí nốivách ngăn Rr sinh ra phản lực Rr hướng xuống , để cân Pr bằng momen do 2 lực Rr sinh ra 2 lực cắt Rr bổ sung Pr ở trên cùng và dưới cùng của tấm + Tấm 4 Trên tấm chắn bùn tải trọng từ hệ thống Pr treo tác động lên tại vị trí nốivách ngăn sinh ra phản lực Rr hướng lên , để cân R Rr bằng momen do 2 lực Rr sinh ra 2 lực cắt r bổ sung Pr ở trên cùng và dưới cùng của tấm Pr Tại vị trí rấm 5 nối với tấm 1 để cân bằng _+ Tấm 5 sinh ra lực Pf ngược chiều, tấm 5 và tấm 3 sinh ra Pr ngược chiều Pf Pr Tại vị trí tấm 5 với tấm đấy sinh ra 2 lực Pf và Pr ngược chiều để cân bằng Pr Pf + Tấm 6 Tại vị trí tấm 6 nối với tấm để cân bằng sinh ra lực Pf ngược chiều, tấm 6 và tấm Pf Pr 4 sinh ra Pr ngược chiều Tại vị trí tấm 6 với tấm đấy sinh ra 2 lực Pf và Pr ngược chiều để cân bằng Pf Pr +Tấm 7 Q1/2 Tại vị trí tấm 7 và tấm 1, 2 sinh ra cặp Rf lực Rf ngược chiều để cân bằng, cặp lực Q2 Rf này sinh ra các momen để cân bằng tại Q2 vị trí nối với 2 tấm 14, 15 sinh ra lực Q2 và vị trí với tấm 9 và 10 sinh ra lực Q1/2 Q1 vị trí tấm 16 sinh ra lực Q1 để cân bằng +Tấm 8 lực và momen Q4/2 Tại vị trí tấm 8 và tấm 1, 2 sinh ra cặp lực Rr ngược chiều để cân bằng, cặp lực Rr Q3 này sinh ra các momen để cân bằng tại vị trí nối với 2 tấm 14, 15 sinh ra lực Q4 và Q3 Rr vị trí với tấm 9 và 10 sinh ra lực Q4/2 vị trí tấm 16 sinh ra lực Q4 để cân bằng lực Q4 và momen +Tấm 9 Tại vị trí tấm 9 nối với tấm 1 và 7 sinh ra Q1/2 các lực ngược laị để cân bằng Q1/2 Tại vị trí tấm 10 nối với tấm 1 và 7 sinh ra P’f các lực ngược laị để cân bằng Pf Q’1/2 +Tấm 10 Pf Q’1/2 P’f +Tấm 11 Tại vị trí tấm 11 nối với tấm 3 và 8 Q4/2 sinh ra các lực ngược laị để cân bằng P’r Q’4/2 Pr +Tấm 12 Tại vị trí tấm 12 nối với tấm 4 và 8 sinh ra các lực ngược laị để cân P’r Q4/2 Pr bằng Q4/2 +Tấm 13 Tại vị trí nối với tấm 1,2 sinh ra cặp lực ngược lại để cân bằng Pf Để cân bằng với cặp lực Pf này sinh ra cặp lực Q5 để cân bằng Q5 Pf Q5 +Tấm 14 Pr Tại vị trí nối với tấm 3,4 sinh ra Q6 cặp lực ngược lại để cân bằng Q6 Để cân bằng với cặp lực Pr này Pr sinh ra cặp lực Q6 để cân bằng Các cạnh khung bên phản ứng lực +Tâm 15 cạnh Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7 từ các bề mặt gắn liền với nó Q5 Q6 Q2 Q3 Q7 +Tấm 16 Các cạnh khung bên phản ứng lực cạnh Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7 từ Q5 Q5 các bề mặt gắn liền với nó Q2 Q3 Q7 +Tấm 17 Q7 Tại vị trí tấm đáy nối với các tấm 4 Pr 5 6 7 8 sinh ra các lực Pf ,Pr, Q1 và Pf Q4 ngược chiều để cân bằng Q4 Tại vị trí nối tấm bên sinh ra cặp lực Q4 Q7 để hỗ trợ cân bằng lực Pf Pr r