NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN DẠNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TƠ HỒNG TÙNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN DẠNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TÔ HỒNG TÙNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN DẠNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HOAN PGS.TS HỒ HỮU HẢI Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan PGS.TS Hồ Hữu Hải Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thông tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận án PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan PGS.TS Hồ Hữu Hải Tơ Hồng Tùng LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới người hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan - thầy tận tình hướng dẫn, bảo, định hướng giúp đỡ tơi suốt q trình tơi thực luận án với tận tâm, trách nhiệm, sáng suốt khoa học cao Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Hồ Hữu Hải suốt q trình tơi thực luận án, với vai trò người hướng dẫn, thầy tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi cho thực kế hoạch học tập nghiên cứu Tôi cám ơn trân trọng hợp tác, hỗ trợ Trung tâm Phát triển Ứng dụng Phần mềm công nghiệp (DASI), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (nay Viện nghiên cứu Quốc tế Khoa học Kỹ thuật tính tốn), trực tiếp PGS.TS Nguyễn Việt Hùng cộng Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể cán bộ, nhân viên Phịng thí nghiệm khí động học Viện Kỹ thuật qn Phịng khơng - Khơng qn Xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội với góp ý thiết thực suốt trình tơi thực luận án Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quan công tác: Phòng Chất lượng xe giới, Cục Đăng kiểm Việt Nam tạo điều kiện, ủng hộ, giúp đỡ mặt q trình tơi theo học Nghiên cứu sinh Xin gửi lời cảm ơn tới nhà khoa học, bạn đồng nghiệp giúp đỡ thiết thực cho luận án Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình tơi, người bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ khó khăn động lực để tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Nghiên cứu sinh Tơ Hồng Tùng MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ iv MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam phát triển lĩnh vực sản xuất ô tô khách 1.1.1 Nhu cầu ô tô khách 1.1.2 Định hướng phát triển 1.1.3 Thực trạng nhu cầu nâng cao chất lượng 1.2 Khí động học tơ 1.2.1 Khí động lực học thơng số đặc trưng 1.2.2 Lực cản khơng khí 1.2.3 Cấu trúc vỏ xe hình thành vùng xốy thấp áp 12 1.2.4 Lý thuyết tương tự khí động học tơ 18 1.3 Tình hình nghiên cứu khí động học tơ 19 1.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 19 1.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 21 1.3.3 Các hướng nghiên cứu gần 25 1.4 Cơng nghệ sản xuất vỏ ô tô khách Việt Nam tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu 28 1.5 Nội dung luận án 30 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 30 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 30 1.5.3 Đối tượng nghiên cứu 31 1.5.4 Phạm vi nghiên cứu 31 1.4.5 Nội dung nghiên cứu 31 Kết luận chương Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH 32 33 2.1 Cơ sở lý thuyết khí động học 33 2.1.1 Các phương trình 33 2.1.2 Mơ dịng chảy khơng khí 33 2.1.2.1 Các cơng cụ tốn học ký hiệu quy ước 33 2.1.2.2 Các phương trình mơ 35 2.1.2.3 Các thơng số đặc trưng 36 2.1.2.4 Mơ dịng chảy rối 38 2.1.2.5 Phương pháp số để giải tốn khí động học 44 2.2 Mơ khí động học vỏ xe ANSYS - FLUENT 45 2.2.1 Giới thiệu chung ANSYS - FLUENT 45 2.2.2 Mô dịng chảy khơng khí bao quanh vỏ xe FLUENT 46 2.2.2.1 - Phương pháp mô FLUENT 46 2.2.2.2 - Các dạng mơ hình mơ dịng chảy rối FLUENT 47 2.3 Mơ hình khí động học vỏ xe khách FLUENT 47 2.3.1 Hệ phương trình mơ tả dịng chảy 47 2.3.2 Mơ hình 3D vỏ xe khách 49 2.3.3 Xác định v ng không gian mô 50 2.3.4 Chia lưới 52 2.3.5 Các ràng buộc điều kiện tính tốn 56 2.3.6 Phương pháp tính tốn lực khí động 56 Kết luận chương Chương NGHIÊN CỨU KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ Ơ TƠ KHÁCH BẰNG PHẦN MỀM ANSYS - FLUENT 58 59 3.1 Phương pháp nghiên cứu 59 3.2 Các thông số đầu vào số giả thiết tốn mơ 61 3.2.1 Lựa chọn thông số vỏ xe khách 61 3.2.2 Các giả thiết giới hạn nghiên cứu tốn mơ 61 3.3 Xây dựng mơ hình hình học, xác định vùng khơng gian mô 62 3.4 Chia lưới đặt điều kiện ràng buộc tốn mơ 63 3.5 Đặt điều kiện tính tốn 64 3.6 Mơ tính tốn khí động học vỏ xe sở 65 3.7 Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu tới khí động học vỏ xe 72 3.7.1 Góc nghiêng kính chắn gió phía trước xe 72 3.7.2 Góc nghiêng kính hậu 76 3.7.3 Góc vát hai thành bên phía xe 79 3.7.4 Lựa chọn sơ góc vát 82 3.7.5 Bán kính góc lượn xe hai thành bên xe 82 3.7.6 Bán kính góc lượn kính hậu xe 85 3.7.7 Bán kính góc lượn thành sau hai thành bên xe 86 3.7.8 Bán kính góc lượn kính chắn gió xe 89 3.7.9 Bán kính góc lượn mặt trước hai thành bên xe 93 3.7.10 Lựa chọn dạng mơ hình hồn chỉnh, tính tốn khảo sát đánh giá 98 3.7.11 Đánh giá kết tính tốn mơ 103 3.7.12 So sánh vỏ xe tham khảo vỏ xe cải thiện 104 Kết luận chương Chương NGHIÊN CỨU KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH TRONG ỐNG KHÍ ĐỘNG 4.1 Mục đích phương pháp nghiên cứu 109 110 110 4.1.1 Mục đích 110 4.1.2 Vấn đề nghiên cứu 110 4.1.3 Phương pháp nghiên cứu 113 4.2 Thí nghiệm ống khí động 114 4.2.1 Trang thiết bị thí nghiệm 114 4.2.2 Thí nghiệm ống khí động 122 4.3 Mơ thí nghiệm ống khí động 127 4.3.1 Xây dựng mơ hình hình học, chọn vùng không gian mô chia lưới 127 4.3.2 Đặt điều kiện, mơ phân tích kết 128 Kết luận chương 134 KẾT LUẬN 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Fx Lực khí động theo phương dọc N Fz Lực khí động theo phương ngang N Fy Lực khí động theo phương thẳng đứng N Cx Hệ số cản khí động theo phương dọc - Cz Hệ số cản khí động theo phương ngang - A Diện tích cản diện  Khối lượng riêng khơng khí m2 kg/m3 U∞ Vận tốc dịng khí vơ Re Số Reynolds - M Số Mach -  Hệ số độ nhớt động lực a Vận tốc truyền âm khơng khí m/s N.s/m2 m/s Fms Lực cản ma sát N Fca Lực cản chênh áp N p Áp suất Pa Cp Hệ số áp suất không thứ nguyên - L Thơng số hình học đặc trưng m  Độ nhớt động học khơng khí  ijt Ten-sơ ứng suất dòng rối k Động dòng rối  Hệ số tán xạ lượng dòng rối -  Hệ số tán xạ lượng dòng rối - m2/s J/kg (m2/s2) i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký tự Nguồn gốc Chú giải Complete Knock Down Bộ linh kiện hoàn chỉnh (sử dụng để lắp ráp tơ) RANS Reynolds Average Navier Stokes Phương trình Reynolds trung bình hóa CKD DNS Direct Numerical Simulation Mơ trực tiếp RSM Reynolds Stress Model Mơ hình ứng suất Reynolds FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn CFD Computational Fluid Dynamic Phần mềm tính tốn động lực học chất lỏng LES Large Eddy Simulation Mô hình dịng rối lớn DES Detached Eddy Simulation Mơ hình dịng rối phân tách SST Shear Stress Transport Mơ hình vận tải ứng suất ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Giá trị hệ số lực cản, lực mô mem theo phương Bảng 3.2 Giá trị Cx phụ thuộc vào góc nghiêng kính chắn gió phía trước Bảng 3.3 Giá trị Cx phụ thuộc vào góc nghiêng kính hậu Bảng 3.4 Giá trị Cx phụ thuộc vào góc vát thành bên phía xe Bảng 3.5 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn xe hai thành bên xe Bảng 3.6 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn kính phía sau xe Bảng 3.7 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn thành sau hai thành bên xe Bảng 3.8 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn kính chắn gió phía trước xe Bảng 3.9 Sự phụ thuộc Cx vào bán kính góc lượn thành trước (bao gồm kính chắn gió phía trước) hai thành bên xe Bảng 3.10 Sự phụ thuộc hệ số Cx vào bán kính góc lượn xe kính chắn gió phía trước Bảng 3.11 Lực cản Fx hệ số cản Cx mơ hình vỏ xe cải thiện Bảng 3.12 Các thơng số mơ hình xe khách tham khảo mơ hình cải thiện luận án Bảng 4.1 Một số phương án lựa chọn tỷ lệ thu nhỏ mẫu thử Bảng 4.2 Kết thí nghiệm Bảng 4.3 Kết tính tốn lực cản khí động vận tốc 29 m/s Bảng 4.4 Kết tính tốn lực cản khí động vận tốc 25 m/s Bảng 4.5 Kết thí nghiệm kết tính tốn mơ mơ hình tỷ lệ 1:40 ống khí động iii DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các lực tác dụng lên lực nằm dịng chảy Hình 1.2 Sự hình thành vùng xốy áp suất phía sau vật Hình 1.3 Ảnh hưởng hình dạng vật cản tới hình thành vùng xốy Hình 1.4 Q trình cải thiện hình dạng khí động học tơ nhằm giảm hệ số cản Hình 1.5 Hệ số cản khơng khí số loại tơ tải Hình 1.6 Hệ số cản khơng khí loại xe thơng dụng Hình 1.7 Các vùng xốy vỏ tơ Hình 1.8 Phân bố áp suất khơng thứ ngun vỏ xe Hình 1.9 Phân bố áp suất dọc theo thân tơ chở khách Hình 1.10 Ảnh hưởng cấu trúc đuôi xe tới hệ số lực cản khí động Hình 1.11 Ảnh hưởng bán kính góc lượn kính chắn gió xe với hệ số cản khơng khí Hình 1.12 Ảnh hưởng cấu trúc phần đầu xe tới hệ số cản không khí Hình 1.13 Ảnh hưởng hình dáng đầu xe tới lực cản khí động Hình 1.14 Ảnh hưởng bán kính góc lượn mặt đầu mặt bên vỏ tơ khách tới lực cản khí động Hình 1.15 Ảnh hưởng chiều cao sàn xe tới lực khí động Hình 1.16 Lịch sử phát triển mơ hình tính tốn khí động học Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý làm việc ống khí động Hình 2.1 Các thành phần ứng suất khối chất lỏng Hình 2.2 Mơ hình vỏ xe khách dạng 3D Hình 2.3 Các kích thước khơng gian mơ lần đầu Hình 2.4 Ví dụ số dạng dịng chảy ngược Hình 2.5 Các dạng phần tử lưới mơ hình mơ 3D Hình 2.6 So sánh cấu trúc lưới tứ diện lưới lục diện Hình 2.7 So sánh số lượng phần tử chất lượng lưới lưới tứ diện lưới lục diện Hình 2.8 Hình ảnh chia lưới vùng khơng gian tính tốn vỏ xe khách Hình 3.1 Các thơng số khảo sát biên dạng vỏ xe Hình 3.2 Xe tơ khách tham khảo (THACO KB120LSI) Hình 3.3 Kích thước vùng khơng gian mơ iv Hình 3.4 Mơ hình vỏ xe khách sau chia lưới với dạng lưới Hexa Hình 3.5 Mơ hình 3D vỏ xe khách tham khảo THACO KB120LSI Hình 3.6 Chia lưới vùng khơng gian mơ Hình 3.7 Phân bố áp suất bề mặt vỏ xe Hình 3.8 Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc xe Hình 3.9 Phân bố áp suất mặt cắt ngang qua điểm vỏ xe Hình 3.10 Phân bố vận tốc mặt phẳng đối xứng dọc vỏ xe Hình 3.11 Phân bố vận tốc mặt cắt ngang qua điểm vỏ xe Hình 3.12 Đường dịng mặt phẳng trung tuyến dọc vỏ xe Hình 3.13 Đường dịng mặt cắt ngang qua điểm vỏ xe Hình 3.14 Hệ số phân bố áp suất Cp bề mặt vỏ xe mặt phẳng trung tuyến dọc xe Hình 3.15 Ảnh hưởng góc nghiêng kính chắn gió phía trước đến hệ số cản Cx Hình 3.16 Phân bố áp suất góc nghiêng kính chắn gió 0o Hình 3.17 Phân bố áp suất góc nghiêng kính chắn gió 40o Hình 3.18 Đường dịng bao quanh vỏ xe góc nghiêng kính chắn gió 0o Hình 3.19 Đường dịng bao quanh vỏ xe góc nghiêng kính chắn gió 40o Hình 3.20 Ảnh hưởng góc nghiêng kính phía sau xe đến hệ số cản Cx Hình 3.21 Phân bố áp suất góc nghiêng kính sau 0o Hình 3.22 Phân bố áp suất góc nghiêng kính sau 45o Hình 3.23 Đường dịng góc nghiêng kính hậu 10o Hình 3.24 Đường dịng góc nghiêng kính hậu 45o Hình 3.25.a Ảnh hưởng góc vát thành bên phía sau xe đến hệ số cản Cx Hình 3.25.b Ảnh hưởng góc vát thành bên phía sau xe đến hệ số cản Cx Hình 3.26 Đường dịng góc vát hai thành bên 4o (khoảng cách 2,5 m) Hình 3.27 Hình 3.28 Ảnh hưởng bán kính góc lượn hai thành bên xe tới hệ số cản Cx Đường dịng khơng có góc lượn hai thành bên Hình 3.29 Đường dịng bán kính góc lượn hai thành bên 1250 mm Hình 3.30 Đường dịng khơng có góc lượn hai thành bên Hình 3.31 Đường dịng bán kính góc lượn hai thành bên 1250 mm Hình 3.32 Ảnh hưởng bán kính góc lượn kính phía sau xe tới hệ số cản Cx v Hình 3.34 Ảnh hưởng bán kính góc lượn thành sau hai thành bên xe tới hệ số cản Cx Đường dòng bán kính góc lượn thành sau hai thành bên 200 mm Hình 3.35 Đường dịng bán kính góc lượn thành sau hai thành bên 1000 mm Hình 3.36 Phân bố áp suất khơng có góc lượn thành sau hai thành bên Hình 3.37 Phân bố áp suất góc lượn thành sau hai thành bên 1000 mm Hình 3.38 Phân bố áp suất khơng có góc lượn thành sau hai thành bên Hình 3.39 Phân bố áp suất góc lượn thành sau hai thành bên 1000 mm Hình 3.40 Ảnh hưởng bán kính góc lượn kính chắn gió xe tới hệ số cản Cx Hình 3.41 Đường dịng bán kính góc lượn kính chắn gió xe mm Hình 3.42 Đường dịng bán kính góc lượn kính chắn gió xe 200 mm Hình 3.43 Đường dịng bán kính góc lượn kính chắn gió xe 400 mm Hình 3.44 Đường dịng bán kính góc lượn kính chắn gió xe 2000 mm Hình 3.45 Phân bố áp suất khơng có góc lượn kính chắn gió xe Hình 3.46 Phân bố áp suất góc lượn kính chắn gió xe 2000 mm Hình 3.47 Hình 3.48 Ảnh hưởng bán kính góc lượn thành trước hai thành bên tới hệ số cản Cx Đường dịng bán kính góc lượn mặt trước hai thành bên mm Hình 3.49 Đường dịng bán kính góc lượn mặt trước hai thành bên 250 mm Hình 3.50 Đường dịng bán kính góc lượn mặt trước hai thành bên 1250 mm Hình 3.51 Phân bố áp suất khơng có góc lượn thành trước hai thành bên Hình 3.52 Phân bố áp suất góc lượn thành trước hai thành bên 1250 mm Hình 3.53 Vùng lựa chọn bán kính góc lượn Hình 3.54 Phân bố áp suất bề mặt vỏ xe Hình 3.55 Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc xe Hình 3.56 Phân bố vận tốc mặt phẳng trung tuyến dọc xe Hình 3.57 Đường dịng mặt phẳng trung tuyến dọc xe Hình 3.58 Hình 3.59 Hệ số phân bố áp suất CP bề mặt vỏ xe mặt phẳng trung tuyến dọc xe Đồ thị Fx theo vận tốc chuyển động dịng khí Hình 3.60 Giá trị Cx vận tốc chuyển động dịng khí khác Hình 3.61 Phân bố áp suất Cp bề mặt vỏ xe mặt phẳng thẳng đứng Hình 3.62 Đường dịng bao quanh vỏ xe Hình 3.33 vi Hình 4.1 Sơ đồ ống khí động kết nối thiết bị thí nghiệm Hình 4.2 Đường ống dẫn hướng dịng khí Hình 4.3 Động thiết bị điều khiển động Hình 4.4 Sơ đồ bố trí mẫu xe thí nghiệm cảm biến khoang thử Hình 4.5 Các kích thước buồng thử Hình 4.6 Thiết bị cảm biến đo vận tốc dòng khí Hình 4.7 Cân khí động thành phần Hình 4.8 Thiết bị chuyển đổi xử lý tín hiệu vận tốc dịng khí Hình 4.9 Bộ phận hiển thị kết Hình 4.10 Mẫu thí nghiệm giá gá đặt Hình 4.11 Gá đặt mẫu thí nghiệm thiết bị đo khoang thử Hình 4.12 Mơ dịng chảy khơng khí qua sàn Hình 4.13 Kết thí nghiệm với vận tốc dịng khí 20m/s Hình 4.14 Quy luật biến thiên lực cản theo vận tốc Hình 4.15 Mơ hình mẫu thí nghiệm giá gá đặt Hình 4.16 Chia lưới vùng khơng gian mơ Hình 4.17 Phân bố áp suất mặt phẳng đối xứng dọc vật thí nghiệm Hình 4.18 Phân bố áp suất mặt phẳng diện vật thí nghiệm Hình 4.19 Phân bố vận tốc mặt phẳng đối xứng dọc vật thí nghiệm Hình 4.20 Đường dịng mặt phẳng đối xứng dọc vật thí nghiệm Hình 4.21 So sánh lực cản theo kết tính tốn mơ thực nghiệm Hình 4.22 So sánh Cx theo kết tính tốn mơ thực nghiệm vii MỞ ĐẦU Trong năm cuối kỷ XX, đầu kỷ XXI, với phát triển kinh tế quốc dân, nhu cầu vận chuyển hành khách tăng cao rõ rệt, có nhu cầu vận chuyển hành khách đường Bên cạnh đó, sở hạ tầng, đường sá giao thơng có bước chuyển mình, phát triển tích cực Một số tuyến đường cao tốc xây dựng nhằm nâng cao tốc độ di chuyển phương tiện tham gia giao thơng nói chung phương tiện vận tải hành khách nói riêng Để đáp ứng nhu cầu thực tế, tháng 7/2014 Chính phủ ban hành văn quan trọng “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, lĩnh vực sản xuất tơ khách nhận quan tâm đặc biệt Hiện nay, có số doanh nghiệp đầu tư sản xuất lắp ráp ô tô khách từ 24 - 80 chỗ phục vụ giao thơng cơng cộng Các doanh nghiệp lớn có Vinamotor, Cơ khí tơ Đà Nẵng, Trường Hải SAMCO Ngồi cịn có liên doanh Daewoo, Hino Mercedes-Benz sản xuất số loại ô tô chở khách cỡ lớn Mặc d có đầu tư công nghệ đạt số thành tựu sản xuất, nhìn vào thực trạng thấy sở lắp ráp xe lắp ráp dựa phụ tùng nhập Phần cơng việc thực nước sản xuất khung vỏ với công nghệ hàn, sơn lắp ráp nội thất, nhiên chất lượng mức độ hạn chế Vấn đề nghiên cứu, tối ưu hóa kết cấu vỏ xe nhằm nâng cao tiêu kinh tế kỹ thuật vận hành ô tô chưa nhận quan tâm đầu tư nhà sản xuất Trước tình hình trên, để tơ khách Việt Nam cạnh tranh với tơ nhập cần phải có đầu tư chiều sâu, đặc biệt đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu phát triển sản phẩm có chất lượng cao Một vấn đề quan trọng hàng đầu cần ưu tiên đầu tư nghiên cứu tối ưu hóa dạng khí động học vỏ xe nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu nâng cao tính an tồn chuyển động Từ thực tế trên, nghiên cứu sinh thực luận án Tiến sĩ với đề tài: “Nghiên cứu cải thiện dạng khí động học vỏ xe khách lắp ráp Việt Nam” Luận án cơng trình nghiên cứu sâu khí động học tơ Việt Nam Các kết nghiên cứu Luận án góp phần bước tạo sở lý thuyết vững cho phát triển lâu dài ngành cơng nghiệp tơ Việt Nam Mục đích luận án: Xây dựng mơ hình khảo sát, đánh giá dạng khí động học vỏ xe tơ khách đề xuất giải pháp cải thiện dạng khí động học nhằm giảm thiểu lực cản khí động tác dụng lên ô tô Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu Luận án lựa chọn ô tô khách cỡ lớn với mẫu xe tham khảo cụ thể ô tô khách 51 chỗ Trường Hải THACO KB120LSI Phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu lực cản khí động với tiêu chí đánh giá hệ số cản Cx yếu tố ảnh hưởng đến mơ hình vỏ xe “trơn” (bỏ qua gương chiếu hậu, gạt mưa, khe gờ vỏ, kính, …) Nội dung nghiên cứu Luận án gồm nội dung sau: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Xây dựng mô hình mơ khí động học vỏ xe khách Nghiên cứu khí động học vỏ tơ khách phần mềm ANSYS - FLUENT Nghiên cứu khí động học vỏ xe khách ống khí động Kết luận Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam phát triển lĩnh vực sản xuất ô tô khách 1.1.1 Nhu cầu ô tô khách Trong năm gần đây, c ng với phát triển kinh tế quốc dân, nhu cầu vận tải hành khách tăng mạnh Những nguyên nhân dẫn đến nhu cầu thiết là: tốc độ đô thị hóa cao địi hỏi hệ thống giao thơng cơng cộng thành phố lớn phải nhanh chóng đáp ứng; phát triển kinh tế làm tăng nhu cầu lại người dân; hệ thống sở hạ tầng giao thông ngày mở rộng nâng cao chất lượng Mạng lưới giao thông đường Việt Nam phát triển nhanh năm qua với tổng chiều dài khoảng 211.496 km, đường quốc lộ có 16.514 km, chiếm 7,8%; đường tỉnh lộ có 37.671 km, chiếm 17,81%; đường giao thơng nơng thơn 157.311 km, chiếm 74,39% Mật độ đường tính diện tích lãnh thổ 0,639 km/km2, số dân 2,356 km/1000 người (theo thông tin website Tổng cục Thống kê https://gso.gov.vn) Đặc biệt, năm gần đây, nhiều tuyến đường cao tốc đưa vào sử dụng với vận tốc tối đa cho phép từ 100 km/h đến 120 km/h Các thống kê cho thấy, khối lượng vận chuyển hàng hóa hành khách đường tăng nhanh Tốc độ tăng trưởng bình qn hàng hóa 12,315%/năm, hành khách 10,29%/năm Tốc độ tăng trưởng xe giới 24,26%/năm (theo thông tin website Tổng cục Thống kê https://gso.gov.vn) So với nước khu vực, cường độ vận tải hàng hóa đường Việt Nam đạt mức trung bình, vận tải hành khách đạt mức cao Tất yếu tố tạo tiền đề cho phát triển mạnh mẽ lĩnh vực vận tải hành khách Theo thống kê Cục Đăng kiểm Việt Nam, tính từ năm 2000 đến hết tháng năm 2015, nước có 105.667 ô tô chở khách sản xuất, lắp ráp nhập phục vụ cho nhu cầu lại người dân, tơ sản xuất, lắp ráp nước chiếm tỷ trọng lớn số lượng (90.952 chiếc, chiếm 86%) Tuy nhiên, mức độ đáp ứng sở sản xuất nước khiêm tốn số lượng chất lượng 1.1.2 Định hướng phát triển Trước tình hình trên, tháng 7/2014 Thủ tướng Chính phủ ban hành văn quan trọng “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, lĩnh vực sản xuất ô tô khách nhận quan tâm đặc biệt Theo quy hoạch Chính phủ, tới năm 2025 nhà sản xuất nước phải đáp ứng 92% nhu cầu ô tô khách với sản lượng 29.102 Ngồi ra, Chính phủ đặt mục tiêu xuất cho ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, cụ thể ô tô khách 5.000 vào năm 2020 10.000 vào năm 2030 Trong “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030”, Chính phủ nhấn mạnh tầm quan trọng lĩnh vực sản xuất ô tô khách đưa định hướng cụ thể: “…chú trọng phát triển loại xe khách tầm trung tầm ngắn,… Tập trung đầu tư cải tiến, nâng cấp công nghệ để nâng cao chất lượng sản phẩm, hoàn thiện hệ thống dịch vụ bán hàng, nâng cao lực cạnh tranh, đáp ứng phần lớn nhu cầu nước, bước tham gia xuất khẩu” Có thể thấy rằng, nhiệm vụ đặt cho nhà sản xuất ô tô khách Việt Nam nặng nề cần phải tập trung nguồn lực để thực 1.1.3 Thực trạng nhu cầu nâng cao chất lượng Hiện có số doanh nghiệp đầu tư sản xuất lắp ráp ô tô khách từ 24 - 80 chỗ, phục vụ giao thơng cơng cộng Các doanh nghiệp lớn có Vinamotor, Cơ khí tơ Đà nẵng, Trường Hải SAMCO Ngồi cịn có liên doanh Daewoo, Hino Mercedes-Benz sản xuất số loại ô tô chở khách cỡ lớn Các sản phẩm Vinamotor (công ty khí tơ 1-5, cơng ty 3-2, ) đa dạng, sở sản xuất lắp ráp chủng loại ô tô khách từ 24 chỗ ngồi, 34, 45, 60, 80 chỗ ngồi với việc nhập linh kiện CKD từ Hàn Quốc Trung Quốc Tính kỹ thuật sản phẩm Vinamotor trình bày phần phụ lục 1, thể tiêu kinh tế kỹ thuật đạt chất lượng công ty sản xuất tiêu thụ hàng chục nghìn xe, phục vụ đắc lực cho yêu cầu giao thông công cộng thành phố loại hình vận tải hành khách khác Các công ty ô tô Đà Nẵng Trường Hải sản xuất lắp ráp ô tô khách cỡ 24 - 45 chỗ ngồi với sản lượng hàng năm bán từ 500 - 1000 xe loại Đó sở sản xuất có tín nhiệm thị trường miền Trung Tổng cơng ty SAMCO (Sài Gịn) sản xuất lắp ráp loại ô tô khách cỡ 24 - 45 chỗ ngồi thử nghiệm sản xuất vỏ xe cỡ lớn 80 chỗ theo công nghệ hãng MercedesBenz Đây doanh nghiệp lớn có đà phát triển Các xe SAMCO sản xuất lắp ráp có tính kỹ thuật cao có nguồn gốc từ xe hãng Isuzu (Nhật bản) nên có sức cạnh tranh lớn, đặc biệt thị trường phía Nam Hai hãng liên doanh Daewoo Mercedes-Benz sản xuất loại xe chở khách tiên tiến, ưa chuộng thành phố Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh Đó xe có chất lượng cao, có sức cạnh tranh lớn tiêu kinh tế kỹ thuật Mặc d có thành tựu đáng kể trên, nhìn vào thực trạng thấy tất doanh nghiệp sản xuất ô tô chở khách thực chất sở lắp ráp xe dựa phụ tùng nhập Phần công việc thực nước sản xuất khung vỏ với công nghệ hàn, sơn lắp ráp nội thất Với mức đầu tư chất xám trang thiết bị khiêm tốn, chất lượng sản phẩm sở lắp ráp nước mức độ hạn chế Tuy nhiên, nguồn cung cấp ô tô chở khách chủ yếu cho thị trường nước nhờ có ưu giá thành Như vậy, thấy vỏ xe ô tô khách nước chế tạo theo công nghệ lạc hậu Vấn đề nghiên cứu, tối ưu hóa kết cấu vỏ xe nhằm nâng cao tiêu kinh tế kỹ thuật vận hành ô tô chưa nhận quan tâm đầu tư nhà sản xuất Trước tình hình trên, để tơ khách Việt Nam cạnh tranh với tơ nhập cần phải có đầu tư chiều sâu, đặc biệt đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu phát triển sản phẩm có chất lượng cao Một vấn đề quan trọng hàng đầu cần ưu tiên đầu tư nghiên cứu tối ưu hóa dạng khí động học vỏ xe nhằm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu nâng cao tính an tồn chuyển động 1.2 Khí động học ô tô Khi ô tô chuyển động môi trường khơng khí, tương tác vỏ xe với mơi trường sinh lực mơ men có ảnh hưởng xấu tới chất lượng vận hành ô tô Hệ trực tiếp tương tác lực cản khơng khí làm gia tăng mức tiêu thụ nhiên liệu ô tô, đặc biệt vận tốc cao lực tỷ lệ với bình phương vận tốc Ngoài ra, lực nâng làm giảm khả bám đường, cịn mơ men gây nên hiệu ứng lật xe Đây yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn chuyển động Để giảm tối đa ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có nghiên cứu sâu khí động học vỏ xe trình thiết kế 1.2.1 Khí động lực học thơng số đặc trưng Đối tượng nghiên cứu khí động học dòng chảy quanh vật cản chuyển động phương pháp Ơ le với hệ tọa độ gắn với vật Để đơn giản hóa phương pháp mơ tả, người ta coi vật chuyển động với vận tốc V mơi trường khơng khí tĩnh tương đương với vật đứng n dịng khí có vận tốc V Hình 1.1 mơ tả vật cản nằm dịng chảy khơng khí với vận tốc đầu nguồn U Dịng chảy khơng khí tác dụng lên vật lực F, phân tích thành thành phần Fx (lực cản) song song với phương chuyển động dịng khí Fz (lực nâng) thành phần vng góc với phương chuyển động Các lực tính sau: Fx  C x A Fz  C z A U 2 U 2 Fz (1.1) F U Fx (1.2) Hình 1.1- Các lực tác dụng lên vật nằm dịng chảy Trong đó: Fx lực cản; Fz lực nâng; Cx Cz hệ số; - khối lượng riêng khơng khí; U- vận tốc chuyển động (m/s); A diện tích cản diện (m2) Công thức 1.1 cho thấy hệ số Cx thứ ngun, khơng đặc trưng cho đại lượng vật lý mà phụ thuộc vào hình dạng khí động học vật Đây thơng số đặc biệt quan trọng nghiên cứu khí động học Công thức cho thấy, để giảm lực cản khơng khí lên vật chuyển động có cách hợp lý giảm hệ số Cx Bởi vì, giảm A giảm thể tích sử dụng làm tơ trở nên chật chội Nếu giảm U tốc độ chuyển động giảm làm suất vận chuyển giảm theo Vì vậy, tất nỗ lực nghiên cứu khí động học tô ngày tập trung chủ yếu vào việc cải thiện hình dáng khí động học vỏ xe nhằm giảm thiểu Cx ... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TƠ HỒNG TÙNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN DẠNG KHÍ ĐỘNG HỌC VỎ XE KHÁCH LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ... chuyển động Từ thực tế trên, nghiên cứu sinh thực luận án Tiến sĩ với đề tài: ? ?Nghiên cứu cải thiện dạng khí động học vỏ xe khách lắp ráp Việt Nam? ?? Luận án công trình nghiên cứu sâu khí động học. .. Nghiên cứu khí động học vỏ ô tô khách phần mềm ANSYS - FLUENT Nghiên cứu khí động học vỏ xe khách ống khí động Kết luận Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam