Czym jest aerodynamika?

Transkrypt

1 AERODYNAMIKA

2 Czym jest aerodynamika? Aerodynamika - dział fizyki, mechaniki płynów, zajmujący się badaniem zjawisk związanych z ruchem gazów, a także ruchu ciał stałych w ośrodku gazowym i sił działających na te ciała.

3

4 Ze względu na metody badawcze wyróżnia się aerodynamikę teoretyczną i doświadczalną. W aerodynamice doświadczalnej stosuje się często tak zwany tunel aerodynamiczny, czyli komorę umożliwiającą symulację rzeczywistych zjawisk zachodzących podczas ruchu obiektów w ośrodku gazowym.

5

6 Tunel aerodynamiczny Tunel aerodynamiczny - podstawowe urządzenie badawcze aerodynamiki doświadczalnej. Pierwszy tunel aerodynamiczny zbudowali bracia Wright - konstruktorzy pierwszego samolotu

7 Tunel aerodynamiczny W urządzeniu tym wykorzystuje się jednorodny strumień powietrza, który opływa badany przedmiot. Dzięki względności ruchu poruszające się powietrze działa tak samo na model jakby to powietrze było nieruchome a model poruszał się w tym ośrodku. Zaletą tego jest, że stacjonarny obserwator jest w stanie obserwować zjawiska występujące na modelu w trakcie jego rzeczywistego ruchu.

8 Tunele aerodynamiczne mogą pracować w obiegu zamkniętym lub otwartym. Powietrze w tunelu jest wprawiane w ruch za pomocą turbin, dyszl (ang. nozzles), kontrolowanych przepustów (ang. draft dampers), czy lotek. W przypadku dużych tuneli, o dużej średnicy, stosuje się kilka zintegrowanych w tunelach przepływowych (ang. ducts) turbin. Małe tunele mogą mieć turbiny napędzane silnikami elektrycznymi jednak w dużych tunelach bardziej wydajne okazują się silniki turbinowe.

9 Aerodynamika w motoryzacji

10 Już w latach 20. XX wieku odkryto, że samochód nie tylko porusza się po podłożu, lecz także w powietrzu. Jednak dopiero po II wojnie światowej zaczęto projektować nadwozia z uwzględnieniem ich aerodynamiki. W 1919 roku Paul Jaray wykorzystał po raz pierwszy tunel aerodynamiczny firmy Zeppelin do badania oporu powietrza. Teoretycy aerodynamiki zaczęli konstruować optymalne kształty nadwozia, stawiające jak najmniejszy opór powietrzu. Wówczas odkryto zależność, że: A=C x F x V2, gdzie A jest siłą oporu aerodynamicznego, C - bezwymiarowym współczynnikiem kształtu nadwozia, F - powierzchnią czołową nadwozia, a V - prędkością pojazdu. Projektanta nadwozia interesuje najbardziej opór aerodynamiczny, od którego zależy zużycie paliwa i poziom hałasu we wnętrzu auta.

11 Na wielkość oporu aerodynamicznego mają wpływ cztery czynniki: gęstość powietrza, powierzchnia czołowa F, prędkość jazdy V oraz współczynnik oporu powietrza C, określany też jako Cx. Jest logiczne, że gęściejsze powietrze stwarza większe opory. Podobnie jak ograniczenie powierzchni czołowej - im jest ona mniejsza, tym lepiej. Dlatego w latach 80. pojawiły się gięte szyby boczne umożliwiające zwężenie górnej części nadwozia.

12

13 Aerodynamika a ekologia Ważny wpływ na wielkość oporu ma także prędkość pojazdu. Im większa prędkość, tym opory rosną, jednak wcale nie wprost proporcjonalnie. Jeżeli prędkość zwiększymy dwukrotnie, opór wzrośnie czterokrotnie. Dlatego przy szybkiej jeździe autostradą rośnie zużycie paliwa.

14

15 Obniżenie współczynnika Cx o 3% powoduje zmniejszenie zużycia paliwa o 1%. A zużycie paliwa w dzisiejszych czasach ma wielkie znaczenie marketingowe i nie tylko. Współczynnik Cx pokazuje, w jakim stopniu powietrze prześlizguje się po nadwoziu i pod nim. Chodzi o to, by nie dopuścić do powstawania zawirowań, które hamują pojazd. Ponieważ współczynnika Cx nie można wyliczyć komputerowo, pozostaje metoda empiryczna, czyli żmudne badania w tunelu aerodynamicznym.

16 Wentylator w tunelu aerodynamicznym

17

18 Wartości wsółczynnika Cx wybranych samochodów Wartośc współczynnika Cx wybranych samochodów

19

20 Prezentację wykonał Marek Xięski Klasa IV TR1 Wykorzystano materiały ze stron;