انواع تونل باد و چگونگی آزمایش های آیرودینامیکی خودرو

  بهبود ویژگی های آیرودینامیکی خودروها، تنها با آزمایش در تونل باد میسر می شود.  

پنج‌‌شنبه، ۲۰ اسفند ۱۳۹۴ - ۲۳:۳۵:۱۸ |

انواع تونل باد و چگونگی آزمایش های آیرودینامیکی خودرو 

بهبود ویژگی های آیرودینامیکی خودروها، تنها با آزمایش در تونل باد میسر می شود. این بدان معناست که امروزه مهندسان و طراحان خودرو، نه تنها باید از دانش آیرودینامیک آگاهی داشته باشند، بلکه باید در طول فرایند طراحی تا توسعه یک خودرو، با کارشناسان آیرودینامیک در تونل باد همکاری کنند و لذا، لازم است طراحان و مهندسان خودرو، با انواع تونل های باد و چگونگی انجام آزمایش ها در آن کاملاً آشنا باشند. تونل های باد بر اساس بزرگی و اندازه، چگونگی جریان هوا، سرعت جریان هوا، نوع تجهیزات و روش آزمایش به انواع تونل های باد تمام قد و تونل های باد مدل، تونل های باد ساده، تونل های باد با شرایط قابل کنترل هوا و تونل های باد مدار بسته و مدار باز تقسیم می شوند. 

به غیر از موارد توضیح داده شده در قسمت اول این مطلب، آزمایش های آیرودینامیکی دیگری نیز روی خودرو انجام می شوند که در ادامه با آنها آشنا می شویم: 

در حدود یک سوم از پسای کلی یک خودرو توسط سیستم خنک کننده آن ایجاد می شود، چرا که سرعت جریان هوا پس از گذر از شبکه های رادیاتور به حدود یک سوم کاهش می یابد. بنابراین سنجش میزان هوای ورودی به موتور برای تنفس و خنک سازی آن، یک نمونه از شبیه سازی یا آزمایش هایی است که روی خودرو انجام می شود تا از خنک شدن و خنک ماندن موتور و تأمین هوای کافی برای کارکرد موتور حتی در سخت ترین و بدترین شرایط اطمینان حاصل شود. عموماً برای انجام این گونه آزمایش ها نیز تجهیزات خاصی مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله: اتاقک ویژه سنجش و اندازه گیری جریان هوای ورودی به موتور، تجهیزات ویژه اندازه گیری و بررسی چگونگی تأثیر طرح زاویه قرارگیری تیغه ها یا شبکه های جلو پنجره روی میزان هوای ورودی به محفظه موتور، تجهیزات اندازه گیری چگونگی توزیع و سرعت جریان هوا در میان شبکه های رادیاتور، تجهیزات اندازه گیری قدرت دمندگی فن پروانه رادیاتور و سیستم تهویه درون خودرو و ...

بررسی کارایی و میزان پاک کنندگی برف پاک کن ها در هنگام وزش باد یا باران در سرعت های بالا، چگونگی و میزان پاشش آب و گل و لای از لاستیک ها به اطراف و عقب خودرو در آب و هوای بارانی و هم چنین سنجش میزان سر و صدای ناشی از باد، از آزمایش های مهم آیرودینامیکی دیگری هستند که روی خودروها انجام می شوند. 

برای بررسی و مطالعه دقیق تر چگونگی گذر جریان هوا از اطراف بدنه یک خودرو، گاهی از روش رنگ روغن استفاده می شود. به این ترتیب که یک نوع رنگ روغن با گرانروی پایین را روی سطوح خارجی بدنه خودرو ریخته و آن را در تونل باد، در برابر جریان هوا قرار می دهند. پس از مدتی، با برخورد مولکول های هوا با رنگ روغن و رانش رنگدانه های موجود در آن روی سطوح بدنه خودرو، اثر مسیر و شکل جریان هوا در اطراف خودرو بر جای می ماند که به خوبی می توان آن را مشاهده کرد. در گذشته گاهی برای مشاهده جریان هوا در اطراف خودرو از نوارهای باریکی که به نقاط مختلف بدنه چسبانده می شدند، استفاده می شد. اما امروزه استفاده از این روش دیگر چندان رایج نیست. 

به دلیل جریان های گردابی که در پشت خودرو به وجود می آیند، به ویژه در شهرهایی مانند تهران که هوای آنها آلوده و پر از گرد و غبار، دوده و ذرات معلق است و یا در هنگام حرکت در جاده های خاکی، گرد و غبار زیادی در پشت خودرو به تلاطم و گردش در می آید. بنابراین اگر طراحی آیرودینامیکی قسمت عقب خودرو مناسب نباشد، بخش زیادی از این گرد و خاک روی شیشه و چراغ های عقب می نشیند و پس از مدتی دید راننده را محدود می کند. گرد و غبار و ذرات دوده بیش تر به مناطقی می چسبند که در آنها، جریان های گردابی کوچک به وجود می آیند. به همین دلیل گاهی برای تمیز کردن شیشه عقب خودروهای هاچ بک و ون، یک برف پاک کن اضافی نصب می شود. به هر حال برای کاهش اثر این پدیده، لازم است تا چگونگی جریان هوا در پشت خودرو مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و بهسازی شود. 

بررسی و سنجش میزان سر و صدای ناشی از باد نیز از آزمایش های آیرودینامیکی دیگری هستند که روی خودروها انجام می شوند. در حدود 30 تا 35 درصد از سر و صدای درون خودرو توسط جریان باد به وجود می آید. از آن جایی که میزان سر و صدای ناشی از باد، به چگونگی عبور جریان از اطراف خودرو به ویژه جریان های گردابی بستگی دارد، مشخص کردن نقاطی که سبب ایجاد سر و صدای باد شده و جریان های گردابی تولید می کنند، در کاهش سر و صدای ناشی از باد مهم هستند. 

برای اندازه گیری میزان سر و صدای ناشی از وزش باد که در درون اتاق خودرو شنیده می شوند، از یک میکروفون حساس به صدا استفاده می شود. هم چنین سر و صدایی که وزش باد در نقاط خاصی ایجاد می کند، به وسیله یک بشقاب ماهواره ای و یک میکروفون که در مرکز کانونی آن قرار دارد اندازه گیری می شود. معمولاً آینه های بغل و فرورفتگی یا برجستگی لبه های لاستیک دور شیشه در محل اتصال به ستون ها و سقف، بیشترین سر و صدا را در هنگام وزش باد ایجاد می کنند. سرعت وزش باد در نقاط مختلف و فرکانس جریان های گردابی به وجود آمده نیز در این آزمایش ها اندازه گیری می شوند. 

برای راحتی و آسایش هر چه بیش تر سرنشینان، هوای داخل خودرو باید مطبوع باشد. برای این منظور، آزمایش هایی جهت بررسی عملکرد ورودی ها و خروجی های هوای درون اتاق و همچنین توانایی سیستم تهویه مطبوع در تأمین هوای مناسب از نظر دما، رطوبت، تأمین اکسیژن و هم چنین کارایی آن در جلوگیری از بخار کردن شیشه و یا یخ زدایی آن انجام می گیرد. در این آزمایش ها از تجهیزات خاصی مانند حسگر اکسیژن، دی اکسید کربن و دما و هم چنین سرعت سنج گازی برای پی بردن به چگونگی گردش جریان هوای درون اتاق استفاده می شود. 

از دیگر آزمایش های آیرودینامیکی که روی خودرو انجام می شود، می توان به موارد زیر اشاره کرد: 

آزمایش میزان نفوذ هوای بیرون به داخل از طریق درزها و منافذ خودرو 
آزمایش میزان آلودگی های داخل خودرو در اثر ورود دود اگزوز یا بخار بنزین به داخل خودرو و ...
آزمایش میزان کوبش باد (مثلاً هنگامی که سقف بازشوی خودرو یا سانروف، باز است)
آزمایش میزان خمش شیشه جلو و عقب در اثر فشار یا مکش هوا 
آزمایش توانایی گرمایش بخاری در شرایط جوی و آب و هوایی بد، مانند بارش کولاک، برف و یخبندان

آزمایش های مقایسه ای تونل باد 

همان طور که پیش تر نیز گفته شد، به علت متفاوت بودن مشخصه های هر تونل باد، بسته به خودروهای مورد آزمایش و روش های اندازه گیری به کار گرفته شده، ضرایب آیرودینامیکی متفاوت برای یک مدل خودرو به دست می آید. اگر چه امروزه تونل های باد بسیاری در جهان برای آزمایش های آیرودنیامیکی خودرها وجود دارند، اما به ندرت می توان دو تونل باد مشابه را پیدا کرد که مشخصه های آنها از هر جهت مانند یکدیگر باشند، ولی این مسئله چندان هم نگران کننده نیست زیرا مطالعات نشان داده اند که خوشبختانه به جز چند مورد که به تجهیزات و روش های آزمایشی خاصی نیاز دارند، نتایج ضریب پسای تونل های باد حدود 2 تا 3 درصد با یکدیگر تفاوت دارند. البته این اختلاف در مورد نیروی برا و سایر ضرایب آیرودینامیکی نسبتاً قابل ملاحظه بوده است. 


تفاوت ضریب پسا در تونل باد و جاده 

مطالعات نشان داده اند که ضریب پسا روی جاده تقریباً حدود 01/0 بیش تر از ضریب پسای اندازه گیری شده در تونل باد است. اما در مورد ضریب برا می توان گفت که روی جاده در مقایسه با تونل باد، CLF کمتر و CLR و CL بیشتر است. مقایسه CLF و CLR روی جاده از میزان فشردگی یا باز شدگی بیش تر فنر چرخ های جلو و عقب در یک جاده کاملاً صاف اندازه گیری می شوند. 

بلوکه شدن 

بلوکه شدن، پدیده ای است که در هنگام آزمایش یک خودرو در تونل باد رخ می دهد. به دلیل عبور جریان هوا از میان دیواره تونل های به ویژه کوچک در قسمت آزمایش، نوعی فشردگی در لایه های هوا به وجود می آید که سبب می شود نیروهای آیرودینامیکی اثر کننده بر خودرو، بیش تر از زمانی باشد که خودرو در هوای آزاد و روی جاده در حال حرکت است. 

از آن جایی که پدیده بلوکه شدن، سبب نوعی ایستایی و محدودیت در برابر عبور آزادانه جریان هوا می شود، ضرایب آیرودینامیکی خودرو در تونل باد نسبت به زمان آزمایش روی جاده و در هوای آزاد افزایش می یابد. بنابراین، برای محاسبه و برآورد دقیق ضرایب آیرودینامیکی خودرو، نوعی تصحیح لازم است تا اثر بلوکه شدن حذف شده و نتایج بدست آمده قابل استناد و مقایسه باشند. ناگفته نماند هر چقدر فضای قسمت آزمایش، تنگ تر بوده و ابعاد و فاصله دیواره ها از یکدیگر کمتر باشند، سرعت عبور جریان هوا از اطراف خودرو افزایش می یابد و پدیده بلوکه شدن شدیدتر است. 

تصحیح بلوکه شدن 

برای تصحیح اثر بلوکه شدن در محاسبات آیرودینامیکی در تونل باد، از فرمول ها و روش های گوناگونی استفاده می شود که هر شرکت خودروسازی با توجه به نوع تونل و چگونگی انجام آزمایش ها، از آنها استفاده می کند. اما سه روش نسبت ابعاد، ماسکل و بتس کلی نسبت به سایر روش ها شناخته شده تر است و بیش تر مورد استفاده قرار می گیرد. 

روش تصحیح نسبت ابعاد 

اگر هنگام آزمایش یک خودرو در تونل باد، هیچ دیواره ای در بالا و اطراف خودرو وجود نداشته باشد، بدیهی است که سرعت حرکت جریان هوا در چند متری بالا و اطراف خودرو نسبت به نقطه مرجع، یکسان بوده و تغییر نخواهند کرد. اما به دلیل وجود دیواره ها و محدودیت فضا در تونل باد، سرعت حرکت جریان هوا در اطراف خودرو نسبت به نقطه مرجع اندازه گیری سرعت باد در ابتدای تونل، افزایش می یابد. 

از آن جایی که سرعت حرکت جریان هوا در نقاط مختلف بین دیواره های تونل و مدل مورد آزمایش نیز متفاوت بوده، اندازه گیری دقیق سرعت جریان هوا در اطراف مدل بسیار مشکل است. بنابراین، برای محاسبه سرعت جریان باد در اطراف مدل در روش نسبت ابعاد، از فرمول زیر استفاده می شود. 

V=VRef  (1-A/C) سرعت در نقطه مرجع
ضریب تصحیح 1/2ρV2=1/2ρV2Ref×n n=1/(A/C)2
برای محاسبه ضریب پسا در این روش، CD باید بر ضریب تصحیح یعنی n تقسیم شود. 
CD=D1/2ρV2 Ref
CDC=D  (1/2ρV2 Ref × 1/ (1-A/C)2)= CD/n


تصحیح ماسکل

پدیده بلوکه شدن روی دنباله جریانی که در پشت مدل به هنگام وزش باد در تونل به وجود می آید نیز تأثیر می گذارد. بنابراین، ضریب پسای به دست آمده در تونل باد، باید در این مورد نیز اصلاح گردد. 

CDC= CD/n
n = 1 (1-B/C)

فرمول بتس کلی

در روش تصحیح بتس کلی، تغییر در ضرایب آیرودینامیکی وقتی که تک تک دیواره ها به مدل مورد آزمایش نزدیک می شوند، به طور تجربی مشخص شده و سپس در فرمول زیر جایگزین می شود. برای مثال، تصحیح برآورد ضریب پسا به صورت زیر انجام می گردد: 

CDC= CD- (dCD/dBr)× Br – (dCD/dHr)× Hr
Br = B1B0 , Hr = H1H0
B1 = پهنای کلی مدل مورد آزمایش 
B0 = فاصله دیواره های محل آزمایش مدل در تونل 
H1 = ارتفاع کلی مدل مورد آزمایش 
H0 = ارتفاع سقف محل آزمایش مدل در تونل 
وقتی که Br و Hr کمتر از 3/1 باشند، فرمول بالا به یک رابطه خطی کاربردی تبدیل می شود. 

روش اثر فشار 

اگر چه فرمول دقیقی برای تصحیح اثر پدیده بلوکه شدن در محاسبات آیرودینامیکی تونل های باد وجود ندارد، اما بیش تر شرکت های خودروسازی روش های توضیح داده شده را به انتخاب خود با توجه به ویژگی تونل های باد و چگونگی انجام آزمایش ها به کار می بندند. به غیر از سه روش گفته شده، روش دیگری نیز وجود دارد که روش اثر فشار القایی نامیده می شود. 

در این روش، ابتدا توزیع فشار در طول محور مرکزی دیواره بالای مدل مورد آزمایش و هم راستا با وزش جریان معین شده و توزیع منبع نیروی مکش به وجود آورنده آن فشار، در طول محور مرکزی محل آزمایش مدل در تونل نیز مشخص می شود. سپس با استفاده از این داده ها، سرعت القا شده در محل آزمایش مدل در تونل باد محاسبه و تصحیح بلوکه شدن با استفاده از فرمول زیر انجام می شود: 
(تغییر سرعت باد- سرعت باد در نقطه مرجع) 
CDC = (CD-ΔCD)  (1+ εm)2 , εm= Δu/URef
که در آن ΔDC جزء اصلاحی پسای ایجاد شده توسط شناوری افقی است. 



انواع تونل باد و چگونگی آزمایش های آیرودینامیکی خودرو
دانشنامه

کد محتوا: ۱۰۷۲

ارسال: پنج‌‌شنبه، ۲۰ اسفند ۱۳۹۴ - ۲۳:۳۵:۱۸

به روز شده: چهارشنبه، ۲۶ اسفند ۱۳۹۴ - ۱۹:۳۲:۴۲

کلید واژه‌‌ها: تونل باد/انواع تونل/انواع تونل باد

نوع: دانشنامه

فرستنده: سرپرست

منبع: مجله ماشین

بازدید: ۵۳۰۶

زبان: پارسی

(۲ مورد )
در حال حاضر امکان ثبت نظر برای شما وجود ندارد، برای افزودن نظرتان، باید ابتدا به سایت وارد شده‌‌ باشید. برای ورود به سایت اینجا کلیک کنید. چنانچه هنوز عضو سایت نشده‌‌اید، اینجا کلیک کنید. (ثبت نام در سایت تنها ۱ دقیقه طول می‌‌کشد!)

نظری وارد نشده است، شما اولین باشید ...

کاردو، به عنوان یکی از بزرگترین فضای آنلاین تبادل و معامله خودرو، در حال حاضر به صدها مشتری در حال ارائه خدمات است. در این نسخه از وب‌سایت کاردو سعی شده است با بهره‌گیری از آخرین متدهای توسعه و برنامه‌نویسی امکان استفاده کاربران از سایت در دستگاه‌های هوشمند (موبایل، تبلت) به صورت ویژه‌ای فراهم می‌سازد و طراحی سایت به گونه‌ای است که لایه‌بندی سایت بر اساس دستگاه شما تطبیق می‌یابد.

این سایت ماحصل، تلاش‌های چندساله کارشناسان خبره در ۲ حوزه صنعت خودرو و IT بوده است و سعی شده است بنا به نیاز کاربر ایرانی و بر اساس شیوه فعالیت جاری کشور سریعترین و بهترین انتخاب‌ها فراهم باشد.

«کاردو» واژه‌ی اصیل پارسی است و به معنای توانمندی و پشتکار است، همچنین نگارش انگلیسی آن (CarDo) به معنای فعالیت مرتبط با خودرو می‌باشد. «کاردو» تمام تلاش خود را انجام می‌دهد تا شایسته خدمت‌رسانی به شما باشد.

به دلیل حجم بالای آگهی‌های ثبت شده، امکان بررسی صحت و اصالت آن‌ها امکان‌ناپذیر است، پیش از هرگونه معامله از صحت و اصالت مدارک و خودرو مطمئن شوید، در صورت نیاز می‌توانید از کارشناسان بخش خدمات مشتریان ما جهت راهنمایی و باری‌رسانی استفاده کنید.

طبق ماده ۳ آیین نامه اجرایی ماده ۷ قانون حمایت از مصرف کنندگان مسئولیت تبلیغ خلاف واقع بر عهده سفارش دهنده و سازنده آگهی است.

© ۱۳۹۳-۱۴۰۳ :: کلیه حقوق برای سایت کاردو محفوظ است. استفاده از مطالب سایت فقط برای مقاصد غیر تجاری و با ذکر منبع بلامانع است.