Центр науково-технічної творчості молоді «Сфера»

Оболонського району міста Києва

ДОСЛІДЖЕННЯ БУДОВИ ТА ВИГОТОВЛЕННЯ КУЗОВА ТРАСОВОЇ МОДЕЛІ КЛАСУ G33, G15

МЕТА УРОКУ:

„провести пошукову роботу у вивченні аеродинаміки автомобіля,

„виготовити кузова трасових автомоделей з різною формою поверхні,

„дослідити вплив аеродинаміки кузова на швидкість трасової автомоделі,

„визначити конфігурацію кузова трасової автомоделі для досягнення найвищої швидкості при однаковій напрузі на двигун.

Петренко Олександр Іванович                                                     Центр науково-технічної творчості молоді "СФЕРА”                                    2

Кузов має форму гоночного автомобіля: переднє антикрило – спойлер,  заднє антикрило, бокові крила - інтерцептори. Всі ці елементи обвісу потрібні для притискання моделі до траси, щоб покращувати керованість автомобіля в русі. Застосування цих елементів - це вже аеродинаміка.

Петренко Олександр Іванович                  технічної творчості молоді "СФЕРА”

Аеродинаміка — розділ аеромеханіки про рух газоподібних середовищ (головним чином повітря) та взаємодію між ними і твердими тілами при їхньому відносному русі.

Аеродинаміка автомобіля є однією з найважливіших характеристик. Основним призначенням елементів аеродинамічного обвісу (передне антикрило - спойлер, інтерцептори – бокові крила, заднє антикрило – аеродинамічні гальма)  є те, що вони повинні правильно розподіляти зустрічні повітряні потоки, які діють на автомобіль під час його руху. Ми маємо досягати мінімального супротиву повітря, враховувати розподіл по осях підйомної сили, тому що автомобіль досягає тої швидкості, на якій літак вже відривається від землі. Для стабільного руху і кращого щеплення з трасою на автомобілі стоїть передне та заднє антикрила. Заднє антикрило виконує подвійну роль, воно ще є аеродинамічними гальмами. Аеродинаміка гальм це правильна величина кута загину антикрила, який визначає гальмівний шлях для зниження швидкості перед  крутими поворотами. А стійкість моделі в повороті при досить високій швидкості регулюється за допомогою аеродинамічного крила – інтерцептора, його розкривання.

Петренко Олександр Іванович                  технічної творчості молоді "СФЕРА” 4

Аеродинамічний (лобовий) опір — складова аеродинамічної сили, з якою газ (повітря) діє на тіло, що рухається в ньому:

𝝆𝑽^𝟐

F=CX 𝑺, де

𝟐

S – площа поперечного перерізу (м2), V – швидкість повітряного потоку (м/c), p – щільність повітря (стала величина = 1,23 кг/м3), Cx - коефіцієнт аеродинамічного опору.

Петренко Олександр Іванович                  технічної творчості молоді "СФЕРА”

ЗНИЖЕННЯ ЛОБОВОГО ОПОРУ

Рішення можна шукати у двох напрямках:

Перший – зменшення S - площі поперечного перерізу автомобіля, іншими словами, створення більш вузького і низького кузова. Шлях вельми ефективний, бо супротив повітря безпосередньо залежить від розмірів поперечного перерізу моделі автомобіля, але, на жаль, габарити обмежені за вимогами Правил змагань.

Другий – єдиний, оптимізація форми кузова, критерієм досконалості якого якраз і є коефіцієнт аеродинамічного опору Cx.

Величина Cx тіл різної форми

           Петренко Олександр Іванович             технічної творчості молоді "СФЕРА”

ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА Cx АВТОМОБІЛЯ

по-перше, це внутрішній опір, що виникає при проходженні повітря через підкапотний простір - в нашому випадку ця величина дуже низька і нею можна знехтувати тому, що переднє антикрило - спойлер лежить майже на трасі і повітря там проходить мінімальна кількість,

по-друге, опір тертя між повітряним потоком і поверхнею кузова. Опір поверхневого тертя вносить свій 10 - відсотковий внесок у величину Cx. Взагалі, наявність такого відчутного тертя між повітрям і кузовом може здатися дивним, але воно дійсно має місце: прилеглий до поверхні шар повітря стикається з покриттям і гальмується - утворюється так званий прикордонний шар. В нашому випадку прикордонний шар рухаються в одному напрямку, товщина прикордонного шару невелика (близько декількох міліметрів) і опір тертя невелике ми ним можем знехтувати..

по-третє, опір форми , що виявляється, головним чином, у надмірному тиску перед автомобілем і розрядженням по-заду нього.

Петренко Олександр Іванович                     Центр науково-технічної творчості молоді "СФЕРА”

КУЗОВА З РІЗНОЮ ФОРМОЮ ПОВЕРХНІ.

Кузов 1- з низьким переднім      Кузов 2- з низьким переднім спойле-ром та спойлером та низькою задньою максимально високою задньою частиною частиною,  

Кузов 3- з високим переднім спойле-    Кузов 4- з високим переднім спойлером та ром та низькою задньою частиною   максимально високою задньою частиною

          Петренко Олександр Іванович                Центр науково-технічної творчості молоді "СФЕРА”

ЗАЛЕЖНІСТЬ КІНЕМАТИКИ ВІД ФОРМИ КУЗОВА

Кузов №1 – при напрузі 12 вольт на двигуні, колеса заднього мосту починають ковзати по трасі, не вистачає щеплення. Модель автомобіля не встигає розігнати до наступного повороту, втрачається задарма потужність двигуна.

Кузов №3 – модель не розганяється на трасі, повітря, яке набігає на модель після переднього антикрила,  закручується у турбулентному вихорі дуже сильно, ще більше знижується щеплення коліс заднього мосту з трасою.

Кузов №4 – модель  їде краще, але сильно підняте передне та заднє антикрило  працює як гальмо, коефіцієнт Cx вище, чим в попередніх випадках.

Кузов №2 з плавним некрутим переднім спойлером показує найкращий результат. Виберемо цей кузов за основу і на ньому проведемо випробовування заднього антикрила аеродинамічного гальма. Регулювання загину крила дасть нам змогу ще збільшити, або зменьшити швидкість розгону та гальмівний шлях. При правильній геометрії крила наша середня  швидкість моделі автомобіля зросте і ми досягнемо успішного результату в нашій роботі.

КУЗОВА З ОДНАКОВОЮ ФОРМОЮ ПОВЕРХНІ

           Кузов 4- загин антикрила кузова  100⁰  Кузов 4- загин антикрила кузова  110⁰

ЗАЛЕЖНІСТЬ КІНЕМАТИКИ ВІД КУТА ГАЛЬМ

Кузов №1 – при загині аеродинамічного гальма на 80⁰, моделі автомобіля не вистачає швидкості для їх розкриття. В цьому варіанті коефіцієнт Cx становиться високим. Набігаючи, повітря сильно пригальмовує модель автомобіля.

Кузов №3, №4 – при загині аеродинамічного гальма на 100⁰ - 110⁰  і напрузі живлення двигуна 12 вольт, модель не може розігнатися на трасі. Колеса заднього мосту ковзають по трасі, їм не вистачає щеплення. Притискна сила заднього мосту мала. Модель автомобіля не встигає розігнати до наступного повороту, втрачається задарма потужність двигуна. Кузов №2 - при загині аеродинамічного гальма на 90⁰, потужності двигуна вистачає для розкриття його набігаючим повітрям. Аеродинамічний (лобовий) опір мінімальний, притискається задній міст до траси, щеплення коліс добре і модель їде максимально швидко.

ВИСНОВКИ

Виконуючи цю роботу, ми вивчили питання, пов’язані з аеродинамікою моделі автомобіля: виготовили кузова моделей з різною формою поверхні; дослідили вплив аеродинаміки кузова на швидкість трасового автомобіля; визначили конфігурацію кузова трасового автомобіля для досягнення найкращого результату, мінімальної середньої швидкості моделі класу G33 та G15.

Саму високу швидкість показав кузов з низьким переднім та високим заднім антикрилом, загином аеродинамічного тормозу 900. Час проходження кола трасовою автомоделлю на трасі Центру «Сфера» - 3,6 сек.

Виступаючи на змаганнях Чемпіонату та Кубку України 2015 року з автомодельного спорту ми використали дані цієї роботи і отримали високий кінцевий результат:

1.                    Прохоренко Артем в класі моделей G15 - посів Перше місце в Чемпіонаті України 2015 року з автомодельного спорту, трасові автомоделі національного класу,  виконавши норматив Майстра спорту України.

2.                    Кухтин В’ячеслав в класі моделей G15 - посів Друге місце в Чемпіонаті України 2015 року з автомодель-ного спорту, трасові автомоделі національного класу,  підтвердивши звання Майстра спорту України.