Aerodynamika vozidla

Obsah:

• Ovládání a syntaxe
• Informace o projektu
• Teorie
• Postup výpočtu
• Nastavení jednotek
• Výpočet pohybu a parametrů vozidla
• Nastavení
• Uživatelské úpravy

Aerodynamika vozidla

Program je určen k jednoduché simulaci pohybu vozidla. Program řeší následující úlohy:

1. Jednoduchá definice parametrů vozidla.

2. Výběr ze seznamu typických vozidel.

3. Výpočet sil.

4. Výpočet zatížení, energií, spotřeby a dojezdu.

5. Grafické zobrazení výsledků.

Ve výpočtu jsou použita data, postupy, algoritmy a údaje z odborné literatury.

 Uživatelské rozhraní.

 Stáhnout.

 Ceník, koupit.
 

Ovládání a syntaxe.

Informace o syntaxi a ovládání výpočtu naleznete v dokumentu "Ovládání, struktura a syntaxe výpočtů".

Informace o projektu.

Informace o účelu, použití a ovládání odstavce "Informace o projektu" naleznete v dokumentu  "Informace o projektu".

Teorie.

Ve výpočtu jsou použité následující vzorce:

Tlak vzduchu v závislosti na výšce:

p [kPa] = p0 / (1 - (0.0065 * h) / (t+0.0065 * h + 273.15)) ^(-5.257)

p0 ... tlak vzduchu na hladině moře (101.32) [kPa]
h ..... nadmořská výška [m]
t ...... teplota [°C]

Hustota vzduchu:

Q [kg/m^3] = (p * 1000 * 1 * 0.02895) / (8.314 * (273 + t))

Aerodynamický odpor:

Fa [N] = 0.5 * Q * cx * S * v ²

cx ... součinitel odporu [~]
S ... čelní plocha [m^2]
v ... rychlost vozidla [m/s]

Valivý odpor pneumatik (kola):

Fr [N] = m * 9.81 * fr / (dw / 2)

fr ..... trakční součinitel [~]
m ..... hmotnost vozidla [kg]
dw ... průměr pneumatiky (kola) [m]

Síla stoupání / klesání (pohyb po nakloněné rovině):

Fu [N] = sin(alfa) * m * 9.81
alfa ... úhel stoupání/klesání [rad]
m ..... hmotnost vozidla [kg]

Výkon na kolech:

Pw [kW] = (Fa + Fr + Fu) * v / 1000

v ... rychlost [m/s]

Postup výpočtu.

1. Zvolte jednotky výpočtu a parametry prostředí [1.0].

2. Zvolte některý ze vzorových příkladů [2.1], popřípadě definujte vlastní parametry vozidla [2.2-2.20].

3. Zadejte rychlost [2.22].

Nastavení jednotek a parametrů prostředí. [1]

V tomto odstavci zvolte jednotky, teplotu a nadmořskou výšku.

1.1 Jednotky výpočtu.

Ve výběrovém seznamu vyberte požadovanou soustavu jednotek výpočtu. Při přepnutí jednotek budou okamžitě změněny všechny hodnoty.

1.5 Hustota vzduchu.

Po odškrtnutí tlačítka můžete zadat vlastní hodnotu nezávisle na [1.2-1.3].

Výpočet pohybu a parametrů vozidla. [2]

V tomto odstavci zvolíte parametry vozidla, jeho rychlost a zjistíte výkonové parametry pohonu.

2.1 Parametry vozidla.

Z výběrového seznamu vyberte vzorové vozidlo. Pokud budete upravovat parametry vozidla, vyberte odpovídající typ pohonu (spalovací motor / elektrický motor). Na základě této volby jsou pak nastavené parametry dalšího výpočtu a výsledků. Pro definici vlastních hodnot odškrtněte tlačítko na řádku [2.2].

2.5 Koeficient snížení čelní plochy.

Skutečná čelní plocha je odlišná od hrubé čelní plochy s = w * h. Pro zjednodušení výpočtu je zaveden tento koeficient, který umožňuje rychlý odhad skutečné čelní plochy pro různé typy vozidel z jejich tabulkové šířky a výšky.

2.14 Energie v 1 kg paliva / Energie v 1 kg baterií.

Pohybuje se v závislosti na zpracování a výrobci v rozsahu:

Benzín: 12.1 - 12.9 kWh/kg
Nafta: 11.6 - 11.9 kWh/kg

Baterie:
LiIon: 0.14 - 0.2 kWh/kg
LiFePO4: 0.12 - 0.16 kWh/kg
Olovo: 0.035-0.045 kWh/kg

2.16 Maximální výkon motoru.

Pro vzorová vozidla z tabulky jsou hodnoty získané z podkladů výrobců. Zadaná hodnota má vliv na výpočet maximální rychlosti na [2.23].

2.17 Účinnost motoru.

V závislosti na typu motoru (zážehový, vznětový, elektromotor), prostředí, režimu zatížení mohou být hodnoty značně rozdílné. Pro vzorová vozidla z tabulky jsou tyto hodnoty odhadnuté na základě výrobcem udávané spotřeby, výkonových diagramů, dojezdů atd.

2.18 Účinnost převodu, ložisek…

Je závislá na konstrukčním řešení pohonu. Pro vzorová vozidla z tabulky jsou hodnoty odhadnuté z dostupné literatury a z katalogů výrobce.

2.23 Rychlost vozidla.

Zadejte rychlost vozidla. Tlačítkem [v: v = v max] je dopočítána maximální rychlost vozidla.

2.25 Trakční součinitel.

Určuje velikost valivého odporu kol. Typické příklady jsou uvedené ve výběrovém seznamu. Vlastní hodnotu zadáte po odškrtnutí tlačítka na [2.26].

2.28 Stoupání / klesání.

Zadejte úhel stoupání (klesání...záporná hodnota) dráhy, po které se vozidlo pohybuje. Tlažítka vpravo řeší:

[a: a = 0] ... nastaví úhel na hodnotu 0
[a: Fu = -Fr] ... nastaví takový úhel aby síla klesání právě vyrovnala sílu valivého odporu
[a: Fu = -Fr-Fa] ... nastaví takový úhel aby bylo dosaženo zadané rychlosti [2.23] bez použití pohonu (Pwe = 0)

2.33 Maximální zrychlení.

Maximální hodnota zrychlení, kterou je dané vozidlo schopné dosáhnout. Je závislá především na přenosu hnací síly na vozovku, typu pohonu, pneumatikách, konstrukci atd.
Dragster ... až 5 násobek g
Supersporty ... až 1.5 násobek g
Bežná vozidla ... 0.2 - 0.8 násobek g

Poznámka: Má vliv pouze na výpočet doby zrychlení [2.34] a parametry grafu [2.47]

2.34 Teoretický čas pro dosažení zadané rychlosti

Teoretický čas, dosažitelný za předpokladu ideálního konstantního maximálního výkonu dodávaného po čas akcelerace za ideálních podmínek. Při výpočtu je vzato v úvahu jediné omezení a to maximální zrychlení [2.33]. (omezení možností přenosu výkonu pneumatika/silnice).

Poznámka: Hodnota se bude rozcházet s oficiálními (naměřenými) údaji. Nicméně může být vodítkem pro posouzení konstrukce vozidla stejného typu.

2.46 Graf I.

Umožňuje zobrazení parametrů v závislosti na rychlosti. Rozsah grafu vyberte z výběrového seznamu nad grafem, požadované zobrazené parametry pak ze seznamu vlevo a vpravo. Hodnota rychlosti z výpočtu je vyznačena červenou čarou.

2.47 Graf II.

Zobrazuje závislost zrychlení a rychlosti na čase.
Rozsah grafu nastavíte výběrem rozsahu nad grafem.

Nastavení, změna jazyka.

Informace o nastavení parametrů výpočtu a nastavení jazyka naleznete v dokumentu "Nastavení výpočtů, změna jazyka".

Uživatelské úpravy výpočtu.

Všeobecné informace o tom, jak je možné měnit a rozšiřovat sešity výpočtu, jsou uvedeny v dokumentu "Úpravy sešitu (výpočtu)".