وبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک
وبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک کتاب،مقالات،نرم افزار،آموزش نرم افزار،حلال،جزوات،فیلم،کاتالوگ،پروژه،مجلات،سایت،اخبار،استاندارد،هندبوک، مهندسی مکانیک ،مهندسی مکانیک،کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک،دکترا مهندسی مکانیک،مهندسی مکانیک، تلگرام ، تلگراموبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک
وبلاگ تخصصی مهندسی مکانیک کتاب،مقالات،نرم افزار،آموزش نرم افزار،حلال،جزوات،فیلم،کاتالوگ،پروژه،مجلات،سایت،اخبار،استاندارد،هندبوک، مهندسی مکانیک ،مهندسی مکانیک،کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک،دکتراآیرودینامیک اتومبیل
اثرهای جریان هوا در اطراف اجسام متحرک تنها به هواپیما سازی خلاصه نمیشود، بلکه با سرعتهایی که اکنون دست یافته اند ، در اغلب شکلهای حرکت ، با مسئله ای به نام مقاومت هوا مواجه اند.
یکی از نمونه های آن رکورد سرعت روی خط آهن است.
بدون مطالعه ی دقیق روی پروفیل آیرودینامیکی موتورهایی که در مقابل باد کمترین مقاومت هوا را متحمل شود ، رسیدن به چنین سرعتهایی نا ممکن بود.
در اتومبیل نیز نتیجه بهتر از این نیست، با این نتیجه ی مستقیم که هر گونه توفیق در مقابل کاهش مقاومت در مقابل پیشروی وسیله ،به کاهش توان لازم و سرانجام کاهش سوخت بازتاب دارد.ولی از طرف دیگر،شکل آیرودینامیکی ایده آل همواره با کیفیت مطلوب از لحاظ جای سرنشینان و راحتی آنان متناسب نیست . همین امر ایجاب میکند که چیزی در بینابین انتخاب شود.
از نظر آیرودینامیکی ،تنها خودروهای مسابقه که به منظور راندن در خط مستقیم و روی پیست مطلقا هموار طراحی میشوند، میتوانند به وضع ایده آل ساخته شوند .
برآیند اثرهای هوا روی اتومبیل را نیز میتوان ،مانند بال هواپیما، به سه نیروی پورتانس کشند،نیروی سوق و رانش تقسیم کرد.
اولی عملا قابل چشمپوشی است ؛ با وجود این لازم است خاطر نشان شود که در اتومبیل های مسابقه که سرعتشان خیلی زیاد است ، در جستجوی پورتانس کم ولی ضعیفند تا موجب شود اتومبیل بیشتر به زمین بچسبد.
نیروی سوق در واقع وارد خط محاسبه نمیشود، مگر به مقدارهای خیلی مهم مولفه ی جانبی سرعت باد .بر عکس ، کشند با مجذور سرعت اتومبیل متناسب است ومساحت مترکوپل ، حتی در مورد اتومبیلهای سری معمولی، نقش عمده بازی میکند.
مطالعه روی شکل بالها و بدنه ی هواپیما به ما نشان داده است که با افزایش پروفیل (پروفیل لایه ای، بدنه های خیلی کشیده)میتوان از حضور کنش در اطراف جسم پیشگیری کرد.
در مورد اتومبیل نیز چنین است ، یعنی جسم دوکی شکل که نسبت طول بر قطر در آن حدود 3 خواهد بود.در این حالت، رشته های هوایی که از جسم فاصله گرفته بودند به دیواره ی جسم میچسبند و در عقب به هم ملحق میشوند؛در این صورت ، کشند عملا تنها کشند اصطکاک است وکشند شکل تقریبا صفر است. بنابراین، تمام هنر دانشمندان آیرودینامیک تطبیق این شکل نظری با نیازهای سرنشینان اتومبیل است.
مطالعه شکلهای مختلف اتومبیلها در طول دهه های اخیر به تکاملهای زیر انجامیده است :
_آیرودینامیکی کردن لوازم گوناگون مانند چراغها،چرخها ...
_قرار دادن سپر در خط کلی اتومبیل
_پروفیلاژ عقب اتومبیل
_از بین بردن یالهای زنده یا تیز.
ژاک لاشنیت(کاشیگر)
تئوری حرکت سیال
از مشخصات سیال و حرکت آن میتوان فشار، تنش برشی، دانستیه، درجه حرارت، سرعت و شتاب را برشمرد بررسی نظری‌حرکت سیال به معنی محاسبه این مشخصات با توجه به شرایط اولیه و مرزی هر مسئله است که از حل معادلات اساسی جریان وروابط بین مشخصات ترمودینامیکی و مکانیکی سیال بدست می‌آید. به خاطر صرفه جویی در هزینه‌ها و امکان پذیری آزمایش‌حتی المقدور سعی می‌شود بر روی نمونه با اندازه کوچکتر آزمایش صورت داد که در این صورت باید شرایط مکانیکی مشابه ایجادکرد که شرط لازم و کافی برای وجود تشابه، تشابه هندسی بین مدل و اصل و برابری اعداد بی بعد جریان است. عدد بی‌بعد هم دراکثر موارد عدد رینولدز Re است که در صورت نبودن اثر تراکم پذیری و ثقلی (که در مورد خودرو چنین است) میتوان نیروها وکمیات بی بعد مربوط به اثرهای گفته شده بالا را تابعی از آن دانست.
نیروها و کشتاورهای منتقل شده به بدنه یا در آزمایش مستقیم بدست می‌آید و یا از انتگرال‌گیری تنش برشی و فشارهای محاسبه‌شده بر روی بدنه حاصل می‌شود. ویژگی جریانهای با عدد رینولدز زیاد آن است که تغییر سرعت شدید و در نتیجه تنش برشی، تنهادر ناحیه‌ای بسیار نزدیک به بدنه پیش می‌آید و به جز در این ناحیه و ناحیه‌هایی در پشت جسم که جریان این لایه پخش می‌شود،میتوان جریان را بدون را بدون اصطکاک در نظر گرفت لایه نزدیک به دیواره موسوم به لایه مرزی بوده که در ابتدا جسم همیشه آرام‌و بسته به شرایط، در جایی روی جسم می‌تواند توربولانت شود. این لایه نازک نقش عمده‌ای بر نیروهای ایرودینامیکی داشته وبویژه هنگامیکه از روی جسم جدا می‌شود (جدایی لایه مرزی) تأثیر عمده‌ای بر کل میدان جریان و آثار آن می‌گذارد.
در بررسی نظری جریان، ابتدا وجود لایه مرزی نادیده گرفته می‌شود و جریان را بطور غیر چسبنده (بی اصطکاک) مطالعه می‌کنند وسرعت فشار وارد بر بدنه را بدست می‌آورند. سرعت و فشار بدست آمده را سرعت و فشاربر روی لایه مرزی روی جسم می‌گیرند.این سرعت و فشار نقش اساسی بر شکل‌گیری و ماندگاری لایه مرزی روی بدنه دارد.
از پدیده‌های مهم جریان خارجی جدایی لایه مرزی است، و آن در قسمت هایی پیش می‌آید که تغییر فشار بر روی بدنه مثبت و از حدی بیشتر باشد.
جریان روی استوانه، نمونه‌ای است که میتوان این پدیده و آثار آن را نشان داد. در حالت (b) عدد رنیولدز 105 *Re=1.9 که لایه مرزی آرام بوده و از روی بدنه‌جدا شده است و در حالت (C) عدد رینولدز 105*Re=6.7 لایه مرزی ابتدا توربولانت شده و سپس جدا شده است. دیده می‌شودکه اولاً با جدا شدن لایه شکل جدید و واقعی جریان بدست می‌آید. ثانیاً شکل جریان و محل جدایی بستگی به توربولانت شدن‌لایه مرزی و یا عدد Re دارد.
برای این منظور بدنه خودرو به گونه‌ای طراحی می‌شود که محل جدایی لایه در محلی، برای مثال بالای شیشه عقب ثابت بماند.شیب سقف تا محل شیشه عقب را باید بنحوی ساخت که ضمن بازیافت بیشتر فشار، جریان نیز بر روی بدنه بماند و از روی شیشه عقب جدا شود.
روشهای اندازه‌گیری ممانها نیروهای آیرودینامیکی (روشهای اندازه‌گیری و محاسبه نیروهای وارد برخودرو)
مقدار دقیق ممانها و نیروهای آیرودینامیکی وارده بر بدنة خودرو معمولاً در تونل توسط بالانس آیرودینامیکی بدست می‌آید. یک‌سیستم دارای محورهای مستطیلی است که بعنوان سیستم مختصات استفاده می‌شودکه مرکز آن در مرکز نقاط برخورد (تماس)چرخهااست و بستگی به خودرو و سیستم مختصاتی بکار گرفته شده در دینامیک خودرو دارد (مانند خصوصیات فنی دینامیک‌خودرو) به همین علت انتقال داده‌ها از یک تونل باد با همان نشانه‌ها و خواص برای مطالعه اثرات نیروها و ممانهای آیرودینامیکی‌روی خواص حرکتی امکانپذیر است. اما این سیستم مختصاتی با سیستم مورد استفاده در علوم هوا- فضا متفاوت است زیرامحورهای x و z دارای جهات متفاوتی هستند.
اما اینکه بالانس تونل باد چگونه است به بررسی آن می‌پردازیم.
بالانس تونل باد
مهارت بالانس تونل باد عبارتست از اندازه‌گیری ممانها و نیروهای آیرودینامیکی عمل کننده روی خودرو و تجزیه آن به سه مؤلفه‌سیستم مختصاتی (بالانس شش مؤلفه‌ای). توسط جریان متقارن (زاویه برخورد 0=b )نیروها فقط در جهات x و z و ممان در جهت yبوجود می‌آیند، مقیاس سه مؤلفه‌ای برای تحلیل ساده‌تر خواهد بود. برای اندازه‌گیری دقیق ممانها و نیروها، بالانس تونل باد بایددارای خصوصیات زیر باشد.
1- ساختار بالانس نباید اجازة عبور جریان در اطراف خودرو را بدهد. اگر از یک وسیله کمکی استفاده شود (مانند اتصال خودروبه یک پایه) تأثیرآن روی نتایج باید قبلاً تعیین شود تا بتوان مقادیر را تصحیح کرد.
2- وضعیت خودرو در حین اندازه‌گیری نباید تغییری داشته باشد.
3- از آنجا که نیروهای بالابر آیرودینامیکی که باید محاسبه شوند تنها جزیی از وزن خودرو هستند برای دقت بیشتر باید نیروهای‌در جهت محورz توسط وزنه‌های مجازی جبران شوند.
4- اگر اندازه‌گیریها تحت زاویه برخورد صورت می‌گیرند، بالانس بایستی حول محور z قابلیت چرخشی داشته باشد.
5- انتقال نیرو بین جسم تحت آزمایش و تجهیزات تنظیم نیرو باید بدون اصطکاک و هیسترزیس باشد. به این علت استفاده ازاجزاء دقیق مانند ترکیبات نوک تیز و شیار دار، لوله‌های الاستیک یا یاتاقانهای نیوماتیکی و هیدروستاتیکی و...ضروری است.
در حال حاضر بالانسهای اتوماتیک دارای بیشترین استفاده هستند. برای مدت زمان طولانی از بالانسهای میله‌ای (beam-scade)استفاده می‌شد که اجزاء آنها عبارتند از میله‌های بالانس با قابلیت تنظیم از طریق برق.
وقتی میله به سمت پائین حرکت میکند، یک موتور بصورت اتوماتیک وزن موثر را در جهت خلاف آن تغییر می‌دهد تامیله دوباره‌بالانس شود. روش دقیق‌تر و سریعتر اندازه‌گیری نیروها عبارتست از سلولهای الکتریکی (electricload cell) دارای دقت بالا.
این روش‌ها هم اکنون در بالانس تونلهای بادی پیشرفته استفاده میشوند زیرا دارای ظرفیت بالا و مصرف کم انرژی هستند.
