Studiul influenței amplasării unui portbagaj suplimetar asupra aerodinamicii unui autoturism

Studiul influenței amplasării unui portbagaj suplimetar asupra aerodinamicii unui autoturism

Scopul studiului

În zilele noastre autovehicului este folosit cu scopul de a călători. Spațiul oferit de portbagajul autovehiculului fiind isuficient se impune a găsi o modalitate prin a mări spațiul destinat bagajelor.

Una dintre metode ar fi amplasarea unui portbagaj adițional pe plafonul autovehicului. Această soluție are impact asupra consumului de combustibil și creșterea masei totale a autovehiculului. Forma acestui tip de portbagaj influențează direct rezistența aerodinamică, crește consumul de combustibil iar performanțele dinamice ale autovehicului se alterează.

Scopul acestui studiu este de a demonstra aceste efecte prin simularea curgerii aerului prin metoda analizei cu elemente finite înglobată în programul ANSYS, modulul Fluent Flow (Fluent).

Ca modele de referință în elaborarea acestui studiu se folosesc: autovehiculul Audi A4 Avant și portbagajul suplimentar Thule Large Box 634s.

Aspecte teoretice

Pentru început se consideră că aerodinamica portbagajului suplimentar montat pe plafonul autovehiculului este similară cu aerodinamica autovehiculului în sine.

Tendințele actuale în aerodinamica autovehiculelor sunt cele de a reduce rezistența la înaintare datorată densității aerului și a vitezei de deplasare a autovehiculului, implicit de reducere a consumul de carburant prin optimizarea formei caroseriei.

Tendințele actuale în acest sens se rezumă la :

Reducerea ariei frontale de contact cu aerul astfel reducându-se rezistența la înaintare datorată aerului

Îmbunătățirea aerodinamicii autovehiculului pentru a reduce coeficientul de rezistență la înaintare al aerului.

Actual se impune în faza de proiect a autovehicului acest criteriu de reducere al coeficientului de rezistență la înaintare cu aerul (Cx), astfel în anul 2013 apare unul din cele mai aerodinamice autovehicule de serie Mercedes-Benz CLA cu un coeficient de rezistență la înaintare al aerului cu valoare de 0,23 [-]. Această valoare fiind posibil de atins datorită atenției la detalii precum: forma scutului motorului, forma parții frontale, a oglinzilor și a altor elemente.

Fig 2.1 Mercedes-Benz CLA cu Cx= 0.23 [-] [5]

Rezistența aerului (Ra)

Interacțiunea aerului cu autovehiculul are ca urmare producerea unei forțe rezultante și a unui cuplu date de relațiile:

F ⃗_a= ∫_Σ▒〖(p ⃗_0+ τ ⃗_0 ) dA〗,

M ⃗_a= ∫_Σ▒〖r ⃗ × (p ⃗_0+ τ ⃗_0 ) dA〗,

în care:

Σ este suprafața corpului pe care are loc curgerea;

p ⃗_0 - efortul unitar normal la suprafață (presiunea);

τ ⃗_0 – efortul unitar tangențial (frecarea);

dA – aria elementului de suprafață dΣ;

r ⃗ – vectorul de poziție al unui punct curent al suprafeței Σ.

Raportarea acestor mărimi se face față de un sistem triortogonal cu originea în planul căii, la mijlocul lungimii autovehiculului, în planul longitudinal de simetrie. Se consideră că viteza relativă a aerului față de autovehicul v ⃗_a are o direcție oarecare cu axa longitudinală a autovehiculului.