Вихревой генератор на авто
Турбулизаторы или вихревые генераторы
Пластинчатые турбулизаторы (ПТ), они же завихрители (по-английски их называют Vortex Generators или просто VG) — это устройства, предотвращающие срыв потока с обтекаемого тела.
Для начала несколько видео о том, как они работают:
Вот статья инженеров компании Mitsubishi, которая упоминается в последнем видео. Она посвящена снижению лобового сопротивления Mitsubishi LANCER IX. Для тех, кто не дружит с английским языком, приведу перевод АННОТАЦИИ
Одной из основных причин аэродинамического сопротивления седанов является срыв потока вблизи задней части автомобиля. Чтобы задержать срыв потока, вихревые генераторы выпуклой формы испытываются на предмет применения на крыше седана. Чаще всего используемые на самолетах для предотвращения срыва потока, вихревые генераторы сами создают сопротивление, но они также уменьшают сопротивление, предотвращая разделение потока вниз по течению. Общий эффект вихревых генераторов можно рассчитать, суммируя положительные и отрицательные эффекты. Поскольку этот эффект зависит от формы и размера вихревых генераторов, они оптимизированы для крыши автомобиля. В данной статье представлены результаты оптимизации, влияние вихревых генераторов на поле потока и механизм, с помощью которого эти эффекты имеют место.
Также привожу рисунки из этой статьи:
Перевод ЗАКЛЮЧЕНИЯ статьи:
По результатам этого исследования можно сделать следующие выводы:
1. Вихревые генераторы (ВГ) были изучены при их установке непосредственно перед точкой срыва потока, чтобы управлять отделением воздушного потока над задним стеклом седана и улучшить его аэродинамические характеристики. Было установлено, что оптимальная высота ВГ практически эквивалентна толщине пограничного слоя (от 15 до 25 мм) и оптимальным способом размещения является их размещение в ряд в боковом направлении на расстоянии 100 мм от конца крыши с интервалами 100 мм. ВГ не очень чувствительны к этим параметрам, и диапазоны их оптимальных значений широки. Лучшие результаты получаются от ВГ треугольной формы, чем от ВГ шишкообразной формы.
2. Применение ВГ оптимальной формы, определённой с помощью вышеупомянутых расчётов, к Mitsubishi LANCER EVOLUTION показало снижение коэффициентов сопротивления и подъёма на 0,006.
3. Факторы, влияющие на действие ВГ, были проверены путём проведения измерений общего давления, распределения скорости и CFD расчётов. В результате проверок подтверждается, что ВГ создают продольные вихри, которые смешивают верхний и нижний слои пограничного слоя, что вызывает смещение точки разделения потока вниз по потоку, в результате чего область срыва сужается. Исходя из этого, мы можем предполагать, что ВГ приводят к увеличению давления на всей задней поверхности автомобиля, что приводит к уменьшению сопротивления, а также к увеличению скорости вокруг заднего спойлера и уменьшению подъёмной силы.
ВГ треугольной формы, которые продемонстрировали высокую эффективность в этом исследовании, планируются к коммерциализации в качестве аксессуара для седанов после небольших изменений формы в отношении дизайна, юридического соответствия и практичности.
Из данного исследования вытекает, что при правильной установке турбулизаторов можно снизить лобовое сопротивление автомобиля и его подъёмную силу. Первое положительно сказывается на расходе топлива, а также приводит к увеличению максимальной скорости автомобиля. Второе же повышает безопасность движения на высоких скоростях.
На всем известном сайте АлиЭкспресс существует огромное число предложений завихрителей. Все они делятся на четыре вида:
СОДЕРЖАНИЕ
Метод работы
Послепродажная установка
Многие самолеты оснащены крыльчатыми вихревыми генераторами с момента их производства, но есть также поставщики послепродажного обслуживания, которые продают комплекты VG для улучшения характеристик КВП некоторых легких самолетов. Поставщики послепродажного обслуживания заявляют (i) что VG снижают скорость сваливания и скорость взлета и посадки, и (ii) что VG повышают эффективность элеронов, рулей высоты и рулей направления, тем самым улучшая управляемость и безопасность на низких скоростях. Для самодельных и экспериментальных китпланов VG дешевы, рентабельны и могут быть быстро установлены; но для сертифицированных авиационных установок затраты на сертификацию могут быть высокими, что делает модификацию относительно дорогостоящим процессом.
Владельцы сообщают, что на земле может быть труднее очистить снег и лед с поверхностей крыла с помощью VG, чем с гладкого крыла, но VG, как правило, не склонны к обледенению в полете, поскольку они находятся в пограничном слое воздушного потока. У VG могут быть острые края, которые могут порвать ткань обшивки планера, и поэтому могут потребоваться специальные покрытия.
Увеличение максимальной взлетной массы
В США с 1945 по 1991 год требование набора высоты с одним неработающим двигателем для многомоторных самолетов с максимальной взлетной массой 6000 фунтов (2700 кг) или меньше было следующим:
Все многомоторные самолеты, имеющие скорость сваливания более 70 миль в час, должны иметь постоянную скорость набора высоты не менее футов в минуту на высоте 5000 футов при неработающем критическом двигателе, а остальные двигатели работают не более чем на максимальной скорости. постоянная мощность, неработающий гребной винт в положении минимального сопротивления, шасси убрано, закрылки в наиболее выгодном положении… V s 0 <\ displaystyle V_
> 0,02 ( V s 0 ) 2 <\ Displaystyle 0,02 (V_
) ^ <2>>
0,02 ( V s 0 ) 2 <\ Displaystyle 0,02 (V_ Установка вихревых генераторов обычно может привести к небольшому снижению скорости сваливания самолета и, следовательно, к снижению требуемых характеристик набора высоты при неработающем одном двигателе. Снижение требований к характеристикам набора высоты позволяет увеличить максимальный взлетный вес, по крайней мере, до максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями. Увеличение максимального веса, разрешенного конструктивными требованиями, обычно может быть достигнуто путем указания максимального веса с нулевым топливом или, если максимальный вес с нулевым топливом уже указан в качестве одного из ограничений самолета, путем определения нового более высокого максимального веса с нулевым топливом. По этим причинам комплекты вихревых генераторов для многих легких двухмоторных самолетов сопровождаются уменьшением максимального веса без топлива и увеличением максимального взлетного веса.
Требование к скорости набора высоты при неработающем одном двигателе не распространяется на однодвигательные самолеты, поэтому увеличение максимальной взлетной массы (на основе скорости сваливания или конструктивных соображений) менее значимо по сравнению с аналогичными показателями для близнецов 1945–1991 гг.
После 1991 года требования сертификации летной годности в США определяют требование набора высоты с одним неработающим двигателем как градиент, не зависящий от скорости сваливания, поэтому у генераторов вихрей меньше возможностей увеличить максимальную взлетную массу многомоторных самолетов, сертификационная основа которых FAR 23 с поправкой 23-42 или более поздней версии.
Максимальный посадочный вес
Поскольку посадочная масса большинства легких самолетов определяется конструктивными особенностями, а не скоростью сваливания, большинство комплектов VG увеличивают только взлетную массу, а не посадочную. Любое увеличение посадочной массы потребует либо структурных изменений, либо повторных испытаний самолета при более высокой посадочной массе, чтобы продемонстрировать, что требования сертификации по-прежнему выполняются. Однако после продолжительного полета могло быть израсходовано достаточное количество топлива, в результате чего самолет вернулся ниже разрешенной максимальной посадочной массы.
Снижение шума самолета
Вихревые генераторы используются на нижней стороне крыла самолетов семейства Airbus A320 для снижения шума, создаваемого воздушным потоком через круглые отверстия для выравнивания давления в топливных баках. Lufthansa утверждает, что таким образом можно добиться снижения уровня шума до 2 дБ.
Генератор вихрей
Содержание
Метод работы [ править ]
Послепродажная установка [ править ]
Многие самолеты оснащены крыльчатыми вихревыми генераторами с момента их производства, но есть также поставщики вторичного рынка, которые продают комплекты VG для улучшения характеристик КВП некоторых легких самолетов. [6] Поставщики послепродажного обслуживания заявляют: (i) что VG снижает скорость сваливания и скорость взлета и посадки, и (ii) что VG повышают эффективность элеронов, рулей высоты и рулей направления, тем самым улучшая управляемость и безопасность на низких скоростях. [7] Для самодельных и экспериментальных китпланов VG дешевы, рентабельны и могут быть установлены быстро; но для сертифицированных авиационных установок стоимость сертификации может быть высокой, что делает модификацию относительно дорогостоящим процессом. [6] [8]
Владельцы устанавливают VG на вторичном рынке в первую очередь для получения преимуществ на низких скоростях, но недостатком является то, что такие VG могут немного снизить крейсерскую скорость. В ходе испытаний Cessna 182 и Piper PA-28-235 Cherokee независимые обозреватели зафиксировали потерю крейсерской скорости от 1,5 до 2,0 узлов (от 2,8 до 3,7 км / ч). Однако эти потери относительно невелики, так как крыло самолета на высокой скорости имеет небольшой угол атаки, что снижает сопротивление VG до минимума. [8] [9] [10]
Владельцы сообщают, что на земле может быть труднее очистить снег и лед с поверхностей крыла с помощью VG, чем с гладкого крыла, но VG, как правило, не склонны к обледенению в полете, так как они находятся в пограничном слое воздушного потока. VG также могут иметь острые края, которые могут порвать ткань обшивки планера, и поэтому могут потребоваться специальные покрытия. [8] [9] [10]
Увеличение максимальной взлетной массы [ править ]
В США с 1945 [11] по 1991 год [12] требование набора высоты с одним неработающим двигателем для многомоторных самолетов с максимальной взлетной массой 6000 фунтов (2700 кг) или меньше было следующим:
Все многомоторные самолеты, имеющие скорость сваливания более 70 миль в час, должны иметь постоянную скорость набора высоты не менее футов в минуту на высоте 5000 футов при неработающем критическом двигателе и работе остальных двигателей не более чем на максимальной скорости. постоянная мощность, неработающий гребной винт в положении минимального сопротивления, шасси убрано, закрылки в наиболее выгодном положении… V s 0 <\ displaystyle V_
> ) ^ <2>>
Требование к скорости набора высоты при неработающем одном двигателе не распространяется на однодвигательные самолеты, поэтому увеличение максимальной взлетной массы (на основе скорости сваливания или конструктивных соображений) менее значимо по сравнению с аналогичными показателями для близнецов 1945–1991 гг.
После 1991 года требования сертификации летной годности в США определяют требование набора высоты с одним неработающим двигателем как градиент, не зависящий от скорости сваливания, поэтому у генераторов вихрей меньше возможностей увеличить максимальную взлетную массу многомоторных самолетов, сертификационная основа которых FAR 23 с поправкой 23-42 или новее. [12]
Максимальный посадочный вес [ править ]
Поскольку посадочная масса большинства легких самолетов определяется конструктивными особенностями, а не скоростью сваливания, большинство комплектов VG увеличивают только взлетную, а не посадочную массу. Любое увеличение посадочной массы потребует либо структурных изменений, либо повторных испытаний самолета при более высокой посадочной массе, чтобы продемонстрировать, что требования сертификации все еще выполняются. [8] Однако после продолжительного полета могло быть израсходовано достаточное количество топлива, в результате чего самолет вернулся ниже разрешенной максимальной посадочной массы.
Снижение шума самолетов [ править ]
Вихревые генераторы используются на нижней стороне крыла самолетов семейства Airbus A320 для снижения шума, создаваемого воздушным потоком через круглые вентиляционные отверстия для выравнивания давления в топливных баках. Lufthansa утверждает, что таким образом можно добиться снижения уровня шума до 2 дБ. [13]
Вихревой генератор на авто
Vortex generator – Аэродинамика это интересно!
В переводе с английского Vortex generator – генератор вихревого потока, также известный как аэродинамический рассекатель. В аэродинамике, vortex generator (далее VG), представляет собой поверхность, состоящую из небольших выгибов или лопаток (похожих на плавник), треугольной или четырехугольной формы, которые создают вихревой поток. VG применяют на многих устройствах и во многих областях, но наибольшее распространение Vortex Generators получил в авиастроении.
 |  |  |
Аэродинамические рассекатели используются для разделения и задержки встречного воздушного потока и аэродинамического срыва, таким образом, они улучшают эффективность работы крыльев (в самолётостроении) и рулевых поверхностей.
 |  |
 |  |
Принцип действия
Применительно к автомобилям, аэродинамические рассекатели создают сильные направленные вихревые потоки сзади транспортного средства, предотвращая срыв потоков воздуха (т.к. создают ламинарное обтекание) и предотвращая образование зоны повышенного давления.
Без рассекателей
На транспортном средстве, не оборудованном аэродинамическими рассекателями, во время движения в его задней части образуются турбулентные потоки воздуха, которые ухудшают устойчивость и управляемость авто на дороге, а также увеличивают его аэродинамическое сопротивление, повышая тем самым расход топлива.
С рассекателями
На транспортном средстве, с установленными аэродинамическими рассекателями, во время движения в его задней части образуется ламинарное обтекание воздухом, при котором зона разряжения сводится к минимуму, значительно увеличивается курсовую устойчивость и управляемость транспортного средства на дороге. Так же снижается коэффициент аэродинамического сопротивления и, соответственно, уменьшается расход топлива, загрязнение заднего стекла так же уменьшается.
Результаты испытаний и применение
Испытания показали улучшение аэродинамических характеристик в результате применения аэродинамических рассекателей. Результат использования будет ощутим при езде свыше 60 км/ч особенно в дождь или на пыльной дороге. Разумеется, устанавливать их имеет смысл не на все автомобили, так как максимальный эффект будет ощутим при езде на очень высоких скоростях. Вы наверняка знаете и видели такие автомобили как Subaru Impreza WRX STi и Mitsubishi Lancer Evolution. О них уже позаботились такие тюнинг-ателье как Voltex и Rexpeed, которые имеют серьезный подход и технологическую базу для создания аэродинамических обвесов прошедших множество испытаний.
 |  |
 |  |
 |  |
Для количественной характеристики аэродинамического сопротивления используют следующую зависимость:
Обратите внимание на то, что скорость в формуле стоит в квадрате, а это значит: при увеличении скорости движения транспортного средства в 2 раза, сила сопротивления воздуха увеличивается в 4 раза, а затраты мощности вырастают в 8 раз. И так далее в геометрической прогрессии. Поэтому при движении автомобиля в городском потоке аэродинамическое сопротивление автомобиля мало, на трассе же его значение достигает больших величин. А что говорить о гоночных болидах, движущихся со скоростями 300 км/час. В таких условиях практически вся вырабатываемая двигателем мощность тратиться на преодоление сопротивления воздуха. Причем за каждый лишний км/ч прироста максимальной скорости автомобиля приходится платить существенным увеличением его мощности или снижением CX. Так, например, работая над увеличением скоростных возможностей болидов, участвующих в кольцевых гонках Nascar, инженеры выяснили, что для увеличения максимальной скорости на 8 км/ч потребуется прирост мощности двигателя в 62 кВт! Или уменьшение СX на 15%.
Аэродинамическое сопротивление автомобиля обусловлено движением последнего с некоторой относительной скоростью в окружающей воздушной среде. Дело все в том, что уже при скорости движения 50-60 км/час сила лобового сопротивления (которую еще называют сопротивлением давления) превышает любую другую силу сопротивления движению автомобиля, а начиная с 80 км/час превосходит всех их вместе взятых.
От величины CX Вашего автомобиля в прямой зависимости находится количество расходуемого им топлива, а значит и денежная сумма оставляемая Вами у бензоколонки.
Благо, есть ряд деталей, применение которых позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление, коими и являются аэродинамические рассекатели.
Поэтому, даже незначительное, снижение аэродинамического сопротивления автомобиля сказывается многократно на экономии топлива и повышении курсовой устойчивости!
Теоретическое обоснование работы Рассекателей
На сегодняшний день величину силы аэродинамического сопротивления транспортного средства воздушному потоку возможно определить только экспериментально. Пока точных методик теоретического расчета этой величины нет.
Для расчета количественной характеристики аэродинамического сопротивления используют следующую зависимость:
Скорость в формуле стоит в квадрате. Это значит, что при увеличении скорости движения транспортного средства в 2 раза, сила сопротивления воздуха увеличивается в 4 раза, а затраты мощности, необходимые на ее преодоление, вырастают в 8 раз. И так далее в геометрической прогрессии.
При скорости движения 50-60 км/ч сила сопротивления воздуха превышает любую другую силу сопротивления движению транспортного средства, а на скоростях свыше 80 км/ч превосходит их все вместе взятые.
Известно, что при езде двух формульных болидов друг за другом, уменьшается не только сопротивление движению заднего автомобиля, идущего в воздушном мешке, но и переднего, по измерениям в аэродинамической трубе на 27%. Происходит это вследствие частичного заполнения зоны пониженного давления и уменьшения разрежения за ним.
Сила лобового сопротивления возникает за счет разницы давлений воздуха, впереди и сзади автомобиля.
Механизм его возникновения следующий. При движении транспортного средства в окружающей воздушной среде в его передней части происходит сжатие набегающего потока воздуха. В результате чего здесь образуется область повышенного давления, а в задней части пониженного. Под влиянием разницы этих давлений струйки воздуха устремляются к задней части. Однако в некоторый момент они начинают отрываться от обтекаемой ими поверхности и в итоге окончательно срываются с кузова, образуя при этом хаотичные завихрения воздуха, увеличивающие аэродинамическое сопротивление транспортного средства.
Чем позже происходит срыв воздушного потока с обтекаемой поверхности, тем меньшей будет сила лобового сопротивления.
Аэродинамика влияет ни только на скоростные качества автомобиля и расход топлива. Она еще обеспечивает должный уровень курсовой устойчивости, управляемости и снижение шумов при движении.
Даже незначительное снижение аэродинамического сопротивления автомобиля сказывается на его устойчивости, управляемости и общем расходе топлива!