Nghiên cứu xác định các hệ số lực khí động của xe du lịch

Bài viết này trình bày phương pháp xác định các hàm hệ số lực, mô men khí động dạng đa thức bậc ba theo góc nghiêng từ các giá trị tính toán mô phỏng rời rạc. Ngoài ra, trong nghiên cứu này cũng xác định các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của các giá trị hệ số lực, mô men khí động từ các hàm toán học tương ứng trong điều kiện khảo sát.

TẠP CHÍ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA TRONG SỐ NÀY ĐẠI HỌC SAO ĐỎ Số 3(74) 2021 LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Thiết kế hệ thống rửa tay khử khuẩn tự động kết hợp kiểm soát giãn cách sử dụng trí tuệ nhân tạo Nguyễn Quang Biên Đỗ Hồng Khơi Ngun Nguyễn Tuấn Nguyễn Trọng Các Trương Cao Dũng Nghiên cứu cảm biến vị trí rơto máy điện từ kháng Phạm Công Tảo Phạm Thị Hoan Nghiên cứu thiết kế thiết bị lọc khơng khí sử dụng công nghệ ion âm Nguyễn Trọng Các Nguyễn Chí Thành Ngơ Phương Thủy Bùi Đăng Thảnh Ứng dụng Detectron2 phân loại cà chua Hoàng Thị An Phạm Văn Kiên LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Phân ch, so sánh ô tô pin nhiên liệu ô tô điện Vũ Hoa Kỳ Trần Hải Đăng Nguyễn Long Lâm Dương Thị Hà Nghiên cứu phương pháp Polynomial Chaos Creux, áp dụng cho hệ thống treo ô tô Đào Đức Thụ Nguyễn Đình Cương Phạm Văn Trọng Nghiên cứu xác định hệ số lực khí động xe du lịch Đỗ Tiến Quyết NGÀNH TOÁN HỌC Hiệu chỉnh nguyên lý cực đại Pontryagin toán điều khiển tối ưu Nguyễn Thị Huệ Lưu Trọng Đại NGÀNH KINH TẾ Ứng dụng mơ hình “kim tự tháp’ Carroll Archie đánh giá mức độ quan tâm bên liên quan đến trách nhiệm xã hội Trường Đại học Sao Đỏ Vũ Thị Hường Nguyễn Thị Thủy Nguyễn Thị Huế Nguyễn Thị Thu Trang Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TẠP CHÍ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG SỐ NÀY ĐẠI HỌC SAO ĐỎ Số 3(74) 2021 NGÀNH KINH TẾ Cơ hội thách thức đào tạo nguồn nhân lực ngành Logis cs Nguyễn Thị Thủy Nguyễn Thị Huế LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Ảnh hưởng hạt nano vàng lên nh chất vật liệu Zn SnO :Eu Nguyễn Ngọc Tú Nguyễn Duy Thiện NGÀNH GIÁO DỤC HỌC Giải pháp nâng cao hiệu hoạt động trải nghiệm thực tế cho sinh viên chuyên ngành Hướng dẫn du lịch, Trường Đại học Sao Đỏ Nguyễn Thị Hương Huyền Nguyễn Thị Sao Nâng cao chất lượng dạy học ếng Anh chuyên ngành Trường Đại học Sao Đỏ Nguyễn Thị Thảo Trần Thị Mai Hương LIÊN NGÀNH TRIẾT HỌC - XÃ HỘI HỌC - CHÍNH TRỊ HỌC Giảng dạy học phần lý luận trị Trường Đại học Sao Đỏ điều kiện tác động Cách mạng công nghiệp 4.0 Nguyễn Thị Hiền Giải việc làm cho lao động nông thôn tỉnh 101 Vũ Văn Đông Hải Dương Giáo dục đạo đức việc phát triển nhân cách 110 Đỗ Thị Thùy cho niên tỉnh Hải Dương bối cảnh Phạm Thị Mai Giá trị ý nghĩa thời đại tư tưởng nhân văn Việt Nam 120 Phạm Văn Dự kỷ XVIII Trần Thị Hồng Nhung Vũ Văn Chương Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA SCIENTIFIC JOURNAL SAO DO UNIVERSITY CONTENTS No 3(74) 2021 TITLE FOR ELECTRICITY - ELECTRONICS - AUTOMATION Design of an automa cally sterilized-hand washing system combined with social distancing control using ar cial intelligence Research on posi on sensor rotor in switched reluctance machines Nguyen Quang Bien Do Hoang Khoi Nguyen Nguyen Tuan Nguyen Trong Cac Truong Cao Dung Pham Cong Tao Pham Thi Hoan Research and design of air puri ca on device using nega ve Ion technology Nguyen Trong Cac Nguyen Chi Thanh Ngo Phuong Thuy Bui Dang Thanh Applica on Detectron2 classi es tomatoes Hoang Thi An Pham Van Kien TITLE FOR MECHANICAL AND DRIVING POWER ENGINEERING Analysing and comparing fuel cell vehicle and electric vehicle Vu Hoa Ky Tran Hai Dang Nguyen Long Lam Duong Thi Ha Study on applica on of Polynomial Chaos Creux method for automo ve suspension Dao Duc Thu Nguyen Dinh Cuong Pham Van Trong Research for determina on of force coe cients of the sedan Q4 TITLE FOR MATHEMATICS Correc on of the maximum principle of Pontryagin in the op mal control problem Nguyen Thi Hue Luu Trong Dai Appleca on of carroll archie’s ‘‘se - se - pyramid” model to assess the interest of the par es involved in social responsibility of Sao Do niversity Vu Thi Huong Nguyen Thi Thuy Nguyen Thi Hue Nguyen Thi Thu Trang Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SCIENTIFIC JOURNAL CONTENTS SAO DO UNIVERSITY No 3(74) 2021 Opportuni es and challenges in human resource training logis cs industry Nguyen Thi Thuy Nguyen Thi Hue TITLE FOR CHEMISTRY AND FOOD TECHNOLOGY E ect of gold nanopar cles on the proper es of Zn SnO :Eu material ourescence Nguyen Ngoc Tu Nguyen Duy Thien TITLE FOR STUDY OF EDUCATION Solu ons to improve the e ect of prac cal experience ac vi es for students of tourist guide major at Sao Do niversity Nguyen Thi Huong Huyen Nguyen Thi Sao Improving the quality of specialized English teaching and learning at Sao Do University Nguyen Thi Thao Tran Thi Mai Huong TITLE FOR PHILOSOPHY - SOCIOLOGY - POLITICAL SCIENCE Teaching poli cal theory modules at Sao Do University in the context of the impact of the industrial revolu on 4.0 Nguyen Thi Hien Crea ng jobs for rural workers in Hai Duong province 101 Vu Van Dong today New moral educa on in personality development for 110 Do Thi Thuy young people in Hai Duong province in the current new Pham Thi Mai context Contemporary signi cance and value of the Vietnamese 120 Pham Van Du humanis c thought era in the eighteenth century Tran Thi Hong Nhung Vu Van Chuong Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Nghiên cứu xác định hệ số lực khí động xe du lịch Research for determina on of force coe cients of the sedan Đỗ Tiến Quyết Email: gvsd87@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 10/8/2021 Ngày nhận sửa sau phản biện: 29/9/2021 Ngày chấp nhận đăng: 30/9/2021 Tóm tắt Khi xe du lịch chuyển động điều kiện gió ngang lớn có nguy ổn định lực, mơ men khí động Các hệ số lực, mơ men khí động phụ thuộc lớn vào góc nghiêng tương đối gió ngang mặt phẳng đối xứng dọc xe Việc xác định mối quan hệ hệ số lực, mơ men khí động theo góc nghiêng tương đối quan trọng nghiên cứu ổn định chuyển động xe du lịch điều kiện gió ngang Bài báo trình bày phương pháp xác định hàm hệ số lực, mơ men khí động dạng đa thức bậc ba theo góc nghiêng từ giá trị tính tốn mơ rời rạc Ngoài ra, nghiên cứu xác định giá trị lớn nhất, nhỏ giá trị hệ số lực, mơ men khí động từ hàm toán học tương ứng điều kiện khảo sát Từ khố: Hệ số lực khí động; gió ngang; xe du lịch; đa thức nội suy bậc Abstract When a sedan moves in a large crosswind, there is a risk of instability due to aerodynamic forces and moments The aerodynamic force coef cients depend greatly on the relative angle of inclination between the crosswind and the vertical symmetry plane of the vehicle Determining the relationship between the aerodynamic force coef cients at the above relatively inclined angle is important in the research on the motion stability of sedan in crosswind conditions This paper presents the method of determining the coef cients of the cubic polynomial interpolation functions for the aerodynamic force coef cients from discrete simulation values At the same time, also determine the maximum and minimum values of the aerodynamic force coef cients from the corresponding mathematical functions Keywords: Force coef cients; crosswind; sedan; cubic polynomial interpolatio v2 = (v v + v w cosb)2 + v w 2sin2b ĐẶT VẤN ĐỀ (1) Gió ngang ổn định có giá trị phương vận tốc khơng thay đổi theo thời gian Khi xe du lịch chuyển động điều kiện gió ngang ổn định, thân xe chịu tác động đồng thời từ nguồn gió: Nguồn gió lực cản khơng khí chuyển động dọc xe (vv) nguồn gió ngang ổn định (vw) Theo tác giả Hucho [1] tác động nguồn gió điều kiện gió ngang ổn định tương đương với nguồn gió có tốc độ v góc nghiêng bw(góc nghiêng gió ngang mặt phẳng đối xứng dọc xe) Khi vận tốc v tương đương góc xoay y gió (so với phương chuyển động dọc x) tính sau: Hình Mơ hình gió ngang ổn định tác động lên xe du lịch Người phản biện: PGS TS Nguyễn Trọng Hoan PGS TS Nguyễn Thành Công Thơng số góc nghiêng yw quan trọng nghiên cứu ổn định chuyển động ô tô điều kiện gió ngang Các lực, mơ men khí động tác động lên xe du lịch trường hợp tính sau: y = arctan v w sinb v v + v w cosb Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 (2) NGHIÊN CỨU KHOA HỌC FD = CD A FS = CS A FL = CL A rV 2 rV 2 rV 2 MR = CR Al MP = CP Al MY = C Y Al Trong đó: rV 2 rV 2 rV 2 (3) (4) (5) (6) (7) (8) CD: hệ số lực dọc (theo trục x); CS: hệ số lực ngang (theo trục y); CL: hệ số lực thẳng đứng (theo trục z); tham khảo Khi thực mô phỏng, để phù hợp với khả tính tốn máy tính đảm bảo tính đắn, độ tin cậy tương thích tốn nghiên cứu với thực tiễn, báo sử dụng giả thiết sau: - Mơ hình vỏ xe tuyệt đối cứng, không xảy biến dạng vỏ xe suốt q trình mơ - Bỏ qua q trình trao đổi nhiệt vỏ xe khơng khí - Bề mặt vỏ xe bề mặt nhẵn, gầm xe bọc phẳng (không xét đến yếu tố khác xe như: Gương, gạt mưa, gân, gờ, tay nắm cửa, ) Hệ tọa độ trình tính tốn lực, mơ men khí động hệ tọa độ Descarts vng góc, với gốc tọa độ trùng với trọng tâm xe du lịch Chiều “+” lực, mơ men khí động quy ước giống Hình CR: hệ số mơ men lắc ngang (quanh trục x); CP: hệ số mô men lắc dọc (quanh trục y); CY: hệ số mô men quay thân xe (quanh trục z); D: lực cản khí động (N); S: lực bên khí động (N); L: lực nâng khí động (N); MR: mơ men lắc ngang (Nm); MP: mô men lắc dọc (Nm); MY: mô men xoay thân xe (Nm); Hình Mơ hình 3D xe du lịch tham khảo hệ tọa độ A: diện tích cản diện (m2); 2.2 Mơ hình dịng rối l: chiều dài sở xe (m); Trong nghiên cứu khí động học tơ, để mơ tả dịng chảy khơng khí bao quanh vỏ xe nhà nghiên cứu sử dụng phương trình Navier - Stoke Với vận tốc dịng khí khơng lớn (hệ số M < 0,3) nên coi dịng khí chảy xung quanh vỏ xe tơ dịng khơng nén, ta có hệ phương trình vi phân sau: V: vận tốc gió tương đương (m/s); r: mật độ khơng khí (kg/m3) Các hệ số lực mơ men khí động (CD, CS, CL, CR CP, CY) mơ tả hàm tốn học nghiên cứu ổn định chuyển động khí động từ tác giả nước ngồi Cụ thể, tác giả Milan Batista (2014), Barker (1986), Walczak (2016) sử dụng hàm số mũ, hàm sin ([2], [3], [5]) sử dụng hàm đa thức kết hợp với hàm lượng giác; tác giả Zhang (2018, [4]) sử dụng hàm đa thức bậc Trong báo này, tác giả xây dựng hàm tốn học bậc để mơ tả phụ thuộc hệ số khí động theo góc nghiêng Các hàm hệ số khí động theo góc nghiêng xác định từ giá trị hệ số khí động tính tốn mơ dựa phần mềm chun dụng TÍNH TỐN CÁC GIÁ TRỊ HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG 2.1 Xây dựng mơ hình 3D Trong báo sử dụng xe Toyota Altis 2017 xe ỉ ¶v r ỗ + v.ẹv ữ = -ẹp + àẹ2 v + f ¶ t è ø (9) (9) Để giải hệ phương trình vi phân này, phần mềm chuyên dụng sử dụng mơ hình dịng rối Tác giả lựa chọn mơ hình k-epsilon (2 eqn), Realizable với điều kiện biên “Non-Equilibrium Wall Functions Wall Treatmen” 2.3 Kết mơ Các hệ số lực, mơ men khí động xác định từ giá trị lực mô men khí động theo phương trình từ (3) đến (8) Các lực, mơ men khí động tính tốn phần mềm chun dụng có độ xác cao Ansys Fluent [6], [7] Các giá trị hệ số lực, hệ số mơ men khí động theo góc nghiêng xác định theo Bảng Bảng Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Bảng Hệ số lực khí động theo góc nghiêng 2.5 CD C C 10o 0,325 0,485 0,019 20o 0,347 0,956 0,778 30o 0,306 1,465 1,373 40o 0,225 1,940 1,674 50o 0,084 2,273 1,750 60o -0,063 2,308 1,621 70o -0,125 2,151 1,116 80o -0,139 2,064 0,742 Hàm CS CS mô 1.5 Hệ số lực khí động Góc nghiêng Hàm CL CL mơ 0.5 Hàm CL -0.5 CD mô -1 20 CD C C 10o 0,040 0,031 0,140 20 0,064 0,028 0,267 30 0,088 0,021 0,324 o 40 0,124 -0,040 0,336 50o 0,170 -0,071 0,305 60o 0,221 -0,095 0,275 70o 0,216 -0,068 0,167 80o 0,227 -0,051 0,021 o o XÂY DỰNG HÀM TOÁN HỌC CỦA CÁC HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG Khi xe du lịch di chuyển điều kiện gió tự nhiên, góc nghiêng yw ln ln thay đổi Vì vậy, nhiều nghiên cứu ổn định ngang tác giả xây dựng hàm toán học hệ số khí động theo góc nghiêng yw Từ số giá trị rời rạc hệ số khí động Bảng 1, tác giả lựa chọn hàm đa thức bậc ba để mô tả đặc trưng cho hệ số khí động [5] Các hàm lực khí động xác định sau: CD = 5,278.10 y - 0,0007548.y +0,02289.y w w + 0,1596 CS = -4,508.10-6.y 3w - 7,035.10 -5.y 2w + 0,06156.y w - 0,1561 CD = 3,788.10 -6.y 3w - 0,001632.y2w +0,1293 y w -1,142 100 Hệ số cản đạt cực đại CDmax = 0,362 góc nghiêng yw = 25,2 Hệ số lực bên cực đại CSmax = 2,331 góc nghiêng yw = 59,2 Hệ số lực nâng cực đại CLmax = 1,80 góc nghiêng yw = 51,1 3.2 Hệ số mơ men khí động Các hệ số mơ men khí động minh họa Hình Trong đó, điểm hình vng, nét liền biểu diễn giá trị mô đồ thị hàm số hệ số mơ men lắc ngang Điểm hình trịn, nét chấm biểu diễn giá trị mơ đồ thị hàm số hệ số mô men lắc dọc Điểm hình tam giác, nét đứt biểu diễn giá trị mô đồ thị hàm số hệ số mô men xoay thân xe 0.4 Hàm CY CY mơ 0.3 Hệ số mơ men khí động Các hệ số lực khí động minh họa Hình Trong đó, điểm hình vng, nét liền biểu diễn giá trị mô đồ thị hàm số hệ số lực cản Điểm hình trịn, nét chấm biểu diễn giá trị mô đồ thị hàm số hệ số lực bên Điểm hình tam giác, nét đứt biểu diễn giá trị mô đồ thị hàm số hệ số lực nâng w 80 Việc xác định hàm toán học đặc trưng cho hệ số lực khí động từ giá trị rời rạc báo trình nội suy Để đánh giá độ xác q trình nội suy xác định hệ số cản khí động, tác giả Zhang sử dụng số R-square (sai lệch bình phương trung bình) với tiêu chuẩn > 0,95 Các hệ số CD, CS, CL i có số R-square từ 0,9903 đến 0,9907 > 0,95 3.1 Hệ số lực khí động -6 60 Hình Các hệ số lực khí động Bảng Hệ số mơ men khí động theo góc nghiêng Góc nghiêng 40 Góc nghiêng (độ) Hàm CR 0.2 CR mô 0.1 Hàm CP -0.1 CP mơ 20 40 60 80 100 Góc nghiêng (độ) Hình Các hệ số mơ men khí động Các hàm lực khí động xác định sau: CR = -1,212.10-6.y w3 + 0,0001517.y 2w - 0,00229.y w + 0,05 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC + 0,05 CP =1,368.10 -6.y 3w - 0,0001483.y 2w + 0,002284.y w + 0,01794 CY =1,894.10-6.y 3w - 0,0002288.y 2w + 0,01745.y w - 0,005714 Các hệ số mơ men khí động CR, CP, C Y i có số R-square từ 0,9505 đến 0,995 > 0,95 Hệ số mô men lắc ngang cực đại CRmax = 0,22 góc nghiêng yw = 71,3 Hệ số mô men lắc dọc cực đại CPmax = 0,045 góc nghiêng yw = 10,2 Hệ số mơ men xoay thân xe cực đại CYmax = 0,349 góc nghiêng yw = 38,4 KẾT LUẬN Bài báo xác định hàm số hệ số khí động theo góc nghiêng dựa giá trị rời rạc từ mơ số với độ xác cao Kết nghiên cứu sử dụng làm thơng số đầu vào cho tốn đánh giá ổn định chuyển động xe du lịch điều kiện gió ngang khác [2] Milan Batista (2014), A simple static analysis of moving road vehicle under crosswind, J Wind Eng Ind Aerodyn 128 105-113 [3] Baker (1986), A simpli ed analysis of various types of wind-induced road vehicle accidents, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 22, 69-85 [4] S Walczak (2016), Analysis of vehicle dynamics under sadden cross wind, IOP Conf, Ser.: Mater Sci Eng 148 012030 [5] Zhe Zhang (2018), Combined simulation of heavy truck stability under sudden and discontinuous direction change of crosswind with computational uid dynamics and multi-body system vehicle dynamics software, Advances in Mechanical Engineering, Vol.10(7) 1-10 [6] Do Tien Quyet, Nguyen Dinh Cuong (2020), Research calculation of drag coef cients by Ansys Fluent, Tạp chí nghiên cứu khoa học Trường Đại học Sao Đỏ số 2-2020, 28-32 [7] Do Tien Quyet (2020), Study on computation of TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W.H.Hucho (1998), Aerodynamics of Road Vehicles: From Fluid Mechanics to Vehicle Engineering, SAE International aerodynamic force acting on sedan in steady wind conditions, Tạp chí nghiên cứu khoa học Trường Đại học Sao Đỏ số 4-2020, 50-55 THÔNG TIN TÁC GIẢ Đỗ Tiến Quyết - Tóm tắt q trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp chương trình đào tạo, nghiên cứu); + Năm 2010: Tốt nghiệp Đại học, ngành Ơ tơ Xe chun dụng, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội + Năm 2014: Tốt nghiệp Thạc sĩ, ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội + Năm 2017: Nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Tóm tắt cơng việc tại: Giảng viên khoa Ơ tơ, rường Đại học Sao Đỏ - Lĩnh vực quan tâm: Khí động học ô tô, động lực học ô tô - Email: gvsd87@gmail.com - Điện thoại: 0968568115 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 ... phụ thuộc hệ số khí động theo góc nghiêng Các hàm hệ số khí động theo góc nghiêng xác định từ giá trị hệ số khí động tính tốn mơ dựa phần mềm chun dụng TÍNH TỐN CÁC GIÁ TRỊ HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG BẰNG... 0,95 Các hệ số CD, CS, CL i có số R-square từ 0,9903 đến 0,9907 > 0,95 3.1 Hệ số lực khí động -6 60 Hình Các hệ số lực khí động Bảng Hệ số mơ men khí động theo góc nghiêng Góc nghiêng 40 Góc nghiêng... Vu Van Chuong Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số (74) 2021 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Nghiên cứu xác định hệ số lực khí động xe du lịch Research for determina