CHƯƠNG I: ĐỘNG LỰC HỌC TỔNG QUÁT CỦA ÔTÔ
1.4. Lực cản không khí
Ký hiệu: Pω
- Phương: song song với mặt đường (giả thiết)
- Chiều: ngược chiều chuyển động của ôtô (giả thiết) - Điểm đặt: tại tâm của diện tích cản chính diện của ôtô
Nguyên nhân sinh ra lực cản không khí: Khi ôtô chuyển động làm áp suất không khí trên bề mặt và các phần không khí bao quanh xe thay đổi tạo thành các dòng xoáy khí ở phần sau ôtô gây ra ma sát giữa không khí với bề mặt của chúng sinh ra lực cản không khí.
Hình 1-12. Sơ đồ dòng khí xoáy tác dụng lên các dạng ôtô.
Có thể coi lực cản không khí tác dụng vào ôtô gồm các thành phần cản sau:
- Lực cản do không khí tác dụng vào diện tích chính diện của đầu xe
- Lực cản do ma sát giữa không khí với toàn bộ vỏ xe
- Lực cản do sự hình thành những xoáy lốc phía dưới gầm xe, lực cản này có xu hướng nhấc xe lên.
Thực nghiệm đã chứng tỏ lực cản P KF02 (1.68)
Đồ án tốt nghiệp Trang 44 không khí được xác định theo (1.68). K: hệ số cản không khí hay còn gọi là
hệ số dạng khí động, phụ thuộc vào:
- Hình dạng và chất lượng bề mặt của ôtô
- Mật độ không khí có đơn vị là Ns2/m4.
F : Diện tích cản chính diện của ôtô, có đơn vị m2
v0 : tốc độ tương đối giữa ôtô và không khí, đơn vị (m/s)
g
o v v
v (1.69) Trong đó: v: vận tốc ôtô
vg: vận tốc gió
Trong phương trình (1.69): dấu (+) khi tốc độ của ôtô và tốc độ của gió ngược chiều, dấu (-) khi tốc độ của ôtô và tốc độ của gió cùng chiều.
Hệ số cản của không khí K của ôtô thay đổi trong phạm vi rộng tuỳ theo dạng khí động của ôtô. Hệ số cản K được xác định bằng thực nghiệm.
Để xác định hệ số cản không khí K của các loại ôtô đã được thiết kế người ta sử dụng sơ đồ dùng ống khí động như sau:
Hình 1.13. Sơ đồ dùng ống khí động để xác định hệ số cản K của các loại ôtô đã được thiết kế
1. Ống khí động; 2. Động cơ điện; 3.
Quạt gió; 4. Ôtô mẫu; 5. Quả cân; 6.
Miệng hướng gió; 7. Đồng hồ đo tốc độ
luồng khí
Đồ án tốt nghiệp Trang 45
Quá trình tiến hành như sau:
Ô tô mẫu được làm giống hệt ôtô đã thiết kế nhưng có kích thước nhỏ hơn. Treo ôtô mẫu 4 trong ống khí động 1, khi động cơ điện 2 làm việc quạt 3 quay sẽ hút gió tạo ra luồng không khí thổi qua ống khí động. Nhờ miệng hướng gió 6 và kết cấu dạng ống khí động, luồng không khí đi qua ôtô mẫu sẽ tăng tốc độ lên rất lớn. Qua tốc độ quay của động cơ điện và kết cấu dạng cánh quạt ta có thể biết được tốc độ luồng khí tại tiết diện đặt quạt gió vì vậy ta có thể xác định được tốc độ của luồng khí tại tiết diện đặt ụtụ mẫu nhờ đồng hồ 7. Những quả cõn 5 dựng để đo lực cản khụng khớ Pωơ. Như vậy mỗi lần thay đổi tốc độ của quạt gió ta lại được một giá trị Pω tương ứng và ta tìm được một giá trị của hệ số cản K. Qua nhiều lần như vậy ta sẽ xác định được hệ số K trung bình của loại ôtô thiết kế.
Việc xác định chính xác diện tích cản chính diện của xe có nhiều khó khăn vì vậy trong thực tế người ta thường sử dụng công thức tính gần đúng sau:
Hình 1-14. Sơ đồ xác định diện tích cản chính diện của ôtô.
- Với ôtô tải: F = BH - Với ôtô du lịch: F = 0,8BoH Trong đó :
B : chiều rộng cơ sở của ôtô Bo: chiều rộng lớn nhất của ôtô H : chiều cao lớn nhất của ôtô
Các kích thước B, Bo, H được biểu diễn trên hình bên:
Ngoài ra còn phải tính nhân tố cản không khí, ký hiệu là W (Ns2/m2) được xác định theo công thức :
W= KF
Suy ra : Pω =Wv02 (1.70)
Giá trị trung bình của K, F, W ở mỗi loại ôtô khác nhau là khác nhau, giá trị của chúng được trình bày ở bảng 1-2:
Nhận xét :
Lực cản không khí phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Đồ án tốt nghiệp Trang 46 + Hình dạng của ôtô, chất lượngbề mặt của ôtô.
+ Phụ thuộc và mật độ không khí.
+ Phụ thuộc vào vận tốc của ôtô và vận tốc của gió.