КЭБ Форум

Форум клуба энтузиастов биотранспорта

  • Вы не зашли.

#1 2015-01-31 04:00:19

Ульяновский Вениамин Вени
Member
Зарегистрирован: 2007-09-08
Сообщений: 2309
Профиль

Аэродинамика веломобилей

Владимир Ляхов написал:

...
Посмотрел вчера Тетиву внутри. Тяжело пилоту.
И тесно, и не видно дорогу. И рулить угол мал. Для меня всё это новость.
Может быть на таких скоростях (более 100 км/час) надо переходить на аэродинамическое управление , т.е. иметь стабилизатор сзади, как у самолёта. И может быть винт поставить, чтобы как экраноплан лететь над дорогой на 0,5 м. Может уменьшится сопротивление качения? А м.б. это всё бред, но это  приснилось мне ночью  на эту тему.

мит написал:

На первый взгляд Тетива имеет идеальную аэродинамическую форму. Но не всё так просто.-- Апарат движется не просто сквозь воздушную среду, а по поверхности дороги, которая сильно влияет на аэродинамику. У Тетивы нос расположен высоко от земли и брюхо полукругом. Правилино ли это?-- Может быть  у аппаратов (нижняя и верхняя фотография превидущего сообщения) - низ более правильный?

Вот эти сообщения сподвигли меня открыть тему об аэродинамике веломобилей. Нужно было бы сделать это раньше, но только сейчас на форуме появился единственный пока  специалист по гидро-аэродинамике (более того, преподавал некоторое время назад  в «бауманке»). Я говорю о вас, уважаемый Владимир Николаевич.
    Вести серьёзные дискуссии на форуме на подобные темы всегда непросто, а в отсутствие профессионалов в конкретной области бессмысленно. Очень надеюсь на вашу активность помощь.
    В мире не так уж и много специалистов по аэродинамике мускульных транспортных средств. Правда в последние лет десять, благодаря  в том числе и рекордным заездам WHPSC в Неваде и их феноменальным результатам, созданием  веломобилей-стримлайнеров (как пример «VeloX» -Голландия, «Аэровело» - Канада, «Альтаир-Франция») стали заниматься студенты аэро-космических факультетов университетов, обладающих соответствующими знаниями. В Ин-те можно найти немало интересных статей по аэродинамике веломобилей, но общение здесь на форуме с вашим участием по конкретным вопросам было бы намного полезнее.
      Теме можно было бы дать, скажем, условное название «Аэродинамика движения тел вблизи плоской поверхности». Веломобили с кузовами/обтекателями кроме различий во внешних  формах  отличаются клиренсом, зачастую критически малым. И, на мой взгляд, оценка  влияния полотна дороги на аэродинамические характеристики является очень интересной задачей.
        Анализировать  можно  было бы, разбив  веломобили /лигерады различных схем, на три группы по условно средним  скоростям  их эксплуатации:
           -  до -25-30 км/ч (повседневного назначения, грузовые  и т.д.) те, которые имеют защиту от непогоды в виде кузовов/тентов, или частичные  аэродинамические обтекатели/боксы. У этой группы в основном конечно,  интересна была бы оценка  влияния ветровых нагрузок. Но поскольку  максимальная скорость этих «тел» может достигать удвоенных величин, то и  оценка сопротивления воздушного потока тоже важна;
           - 40-70 км/час. Примерно таков диапазон скоростей веломобилей для туризма и спортивных состязаний. Все эти конструкции, в соответствии с назначением  в основном снабжены  полными или частичными  аэродинамическими кузовами-обтекателями.
            - 100-140 (и возможно больше) км/ч. Разговор конечно здесь  о веломобилях-стримлайнерах ориентированных на рекорды скорости.

        Ну и реагирую на вашу реплику
     

Владимир Ляхов написал:

… надо переходить на аэродинамическое управление , т.е. иметь стабилизатор сзади, как у самолёта. И может быть…. А м.б. это всё бред…

Вовсе не бред, такие конструкции есть. Вот фото стримлайнеров М.Уивера(США)  созданных на рубеже нулевых годов. Киль у белого болида, поворачивается с помощью компьютера и  выполняет функции руля направления. Другой вопрос насколько это оправданно
http://b0.icdn.ru/1/1949/2/41367192XpA.jpg

http://b0.icdn.ru/1/1949/3/41367193kGB.jpg

Кстати,  именно М.Уивер и нашел в пустыне Невады легендарный теперь хайвэй  №305 на котором и установлены все   абсолютные рекорды скорости HPV.

А это стримлайнер «Bluenose» (Канада)  и тоже с небольшим килем. Стартовать помогает Тэд Рейхард (2013, Баттл-Маунтин), взлетевший в том же году на педальном вертолете, и завоевавший приз  им. И.Сикорского, продержавшись в воздухе более одной минуты.

http://b0.icdn.ru/1/1949/1/41367191oDK.jpg

Не удержусь, ещё пару слов о забавном случае. Но сначала опять фото:

http://b0.icdn.ru/1/1949/2/41368222BoL.jpg

2012 г.Рядом со мной  д-р Джон Уивер.  Очень заинтересовался «Тетивой», сидели-обсуждали  на полу в Сивик-центре. Отец, как вы догадались, Мэтта Уивера, соавтор конструкций сына, его верный соратник, словом -  тоже легендарная   личность в веломобильном мире.   А кнопку затвора фотокамеры нажал Баркли Генри  (США) – несколько лет назад он участвовал в  рекордных попытках  на WHPSC с оригинальным трайком-стримлайнером вход в который  осуществляется  необычно - через люк снизу. Об этой конструкции расскажу в другой раз. 
       Так вот. Перед одним из стартов смотрю - Сергей Дашевский ходит, морщится от боли, растирает плечо. В чем дело? Д.Уивер в шутку предложил  потягаться «на ручках» кто-кого. Ну и…запросто  заломил Сергею руку. А Джону-то под восемьдесят!

Ну и возвращаясь к заявленной теме, для затравки выкладываю  профили стримлайнеров:

http://b0.icdn.ru/1/1949/0/41367190DgD.jpg
       синий  контур - "Varna", черный - "Eivie-3", красный -"Тетива-3".
    На абсолютную точность обводов не претендую ( старался/делал по разным фотографиям и архивам), но сопоставить их по размерам можно. На виде сверху обводы "Varna" и "Тетива-3" практически совпадают, как и длина этих стримлайнеров.

Отредактированно Ульяновский Вениамин Вени (2015-02-05 00:59:26)

Неактивен

 

#2 2015-01-31 18:27:43

Andr
Member
Зарегистрирован: 2015-01-28
Сообщений: 10
Профиль

Re: Аэродинамика веломобилей

Владимир Ляхов написал:

Может быть на таких скоростях (более 100 км/час) надо переходить на аэродинамическое управление , т.е. иметь стабилизатор сзади, как у самолёта. И может быть винт поставить, чтобы как экраноплан лететь над дорогой на 0,5 м. Может уменьшится сопротивление качения?

В учебниках пишут, что КПД винта - максимум 70%. КПД цепных приводов (в случае со стримлайнерами), наверное, больше 95%. А для винта еще нужна трансмиссия, у которой свои потери.

КПД шоссейных колес с высоким давлением (это не совсем КПД, но понятно, о чем речь) - думаю, 95-99% даже на сотне км/ч. Экраноплан вряд ли перебьет такие колеса по энергоффективности. Экраноплан - это крыло. Если у него несущий корпус, то этот корпус и есть крыло. И воздушеый винт - крыло. Намекаю на то, что КПД экраноплана даже в идеальном случае вряд ли намного больше, чем упомянутые 70% (даже учтя эффект экрана). По-моему, однозначно меньше чем у шоссейных колес.
И вдобавок - аэродинамические элементы (крыло или несущий корпус), создающие воздушную подушку, страшно увеличат мидель.

В аэродинамике не шарю и никого не хочу учить жизни. Если ошибся, пусть исправят.

Неактивен

 

#3 2015-01-31 20:19:43

Stoyan
Member
Зарегистрирован: 2012-11-26
Сообщений: 779
Профиль

Re: Аэродинамика веломобилей

Andr написал:

В учебниках пишут, что КПД винта - максимум 70%. КПД цепных приводов (в случае со стримлайнерами), наверное, больше 95%. А для винта еще нужна трансмиссия, у которой свои потери.

Это вы ловко сравниваете, э-э-э, болт с гайкой...
Таким образом можно сравнивать не только движитель(винт) с цепной передачей(трансмиссией), но и мягкое с теплым.
Впрочем в дискуссии о пропеллере это традиционно "козырный" заход оппонентов.


«Блаженны прыгающие, ибо они допрыгаются!»

Неактивен

 

#4 2015-01-31 21:20:11

Andr
Member
Зарегистрирован: 2015-01-28
Сообщений: 10
Профиль

Re: Аэродинамика веломобилей

Stoyan написал:

Andr написал:

В учебниках пишут, что КПД винта - максимум 70%. КПД цепных приводов (в случае со стримлайнерами), наверное, больше 95%. А для винта еще нужна трансмиссия, у которой свои потери.

Это вы ловко сравниваете, э-э-э, болт с гайкой...
Таким образом можно сравнивать не только движитель(винт) с цепной передачей(трансмиссией), но и мягкое с теплым.
Впрочем в дискуссии о пропеллере это традиционно "козырный" заход оппонентов.

Тем не менее все меня поняли. Кроме того, вы плохо читали. Чуть ниже-то я упомянул КПД колес, а также КПД трансмиссии для винта.

Неактивен

 

#5 2015-02-05 01:06:04

Ульяновский Вениамин Вени
Member
Зарегистрирован: 2007-09-08
Сообщений: 2309
Профиль

Re: Аэродинамика веломобилей

мит написал:

.... У Тетивы нос расположен высоко ... Может быть  у аппаратов (нижняя и верхняя фотография превдыдущего сообщения) - низ более правильный?

Форма и сечения  носовой час

Неактивен

 

#6 2015-02-06 00:07:14

Alexey
Member
Зарегистрирован: 2015-01-30
Сообщений: 257
Профиль

Re: Аэродинамика веломобилей

Из материалов Второго научного симпозиума по мускульным транспортным средствам, прошедшего 22 октября 1983 года, Long Beach Convention Center, Южная Калифорния, США

Дэн Фернандес (Dan Fernandes, http://www.danfernandes.com/about-dan-fernandes), специалист по аэродинамике компании General Dynamics, член команды «Вектор», представил некоторые подробности своего анализа веломобилей «Вектор».

Ульяновский Вениамин Вени написал:

Теме можно было бы дать, скажем, условное название «Аэродинамика движения тел вблизи плоской поверхности». Веломобили с кузовами/обтекателями кроме различий во внешних  формах  отличаются клиренсом, зачастую критически малым. И, на мой взгляд, оценка  влияния полотна дороги на аэродинамические характеристики является очень интересной задачей.

Применяя компьютерное моделирование, Дэн произвел анализ трехмерного потока дизайна «Вектора» (1980), в том числе приземного (экранного) эффекта - пожалуй, единственный анализ такого уровня веломобиля-стримлайнера. Одним из очень интересных результатов его анализа является то, что близость земли до гладкой нижней поверхности «Вектора» производит не только увеличение лобового сопротивления возле носа, но и увеличивает тягу в задней части. Конечным результатом является то, что приземный эффект приносит лишь около 3,2% от общего расчётного сопротивления «Вектора». Расчеты общего аэродинамического сопротивления были подтверждены в ходе испытаний на свободный выбег с уклона на веломобиле. Окончательный анализ удельных составляющих в общем аэродинамическом сопротивлении, приведен ниже:

Расчетные коэффициенты аэродинамического сопротивления:

Трение поверхности обтекателя Cd = 0,069
Выступающие колеса Cd = 0,008
Колесные проемы Cd = 0,058
Поверхностное трение дисковых колес Cd = 0,014
Влияние поверхности земли Cd = 0,005
Общее расчетное сопротивление Cd = 0,154
Экспериментальное значение Cd = 0,14


http://b7.icdn.ru/s/streetsunited/4/41458574pnr.jpg

(Данный коэффициент аэродинамического сопротивления относится к лобовой площади. Другой тип коэффициента аэродинамического сопротивления рассчитывается исходя площади поверхности)

В книге Арнфрида Шмитца "Сила человека - забытая энергия" из серии "Ваши веломобили" (в переводе и под редакцией В.Ульяновского) http://etracab.ru/predisl.html на стр. 104 для «Вектора» приводится коэффициент CW = 0,11, полученный в результате продувки в аэродинамической трубе на фирме Mercedes. Закрытие ниш для колес в специально изготовленной двухколесной болванке «Вектора» привело к уменьшению CW до 0,07.
http://b7.icdn.ru/s/streetsunited/3/41458573VaY.jpg

Из того же источника можно привести вывод Ханса Кристиана Смолика (Hans-Christian Smolik) - исполнителя рамы для "Вектора" А.Шмитца - В.Гронена, сделанный им после одной из попыток на приз Кремера превысить 105 км/ч. Анализируя неудовлетворительный результат (92,5 км/ч) Смолик отмечает в отношении указанных выше цифр:

"...Но эти показатели - не самое главное. Для 200-метровой дистанции важными факторами являются ускорение и вес. Мой аппарат тянет на весах на 36 кг. Только сейчас я сумел подсчитать, что из этих тестов следует. Чтобы разогнать такой танк с 70 до 100 км/ч, необходимо развить мощность в 400 Ватт и более для преодоления сопротивления воздуха и трения качения. Таким образом, мы можем позволить себе максимальный вес аппарата в 12 килограммов и не граммом больше. А для этого нам требуется конструкция-монокок и деньги, куча этих [...] денег..."

Можно еще отметить, что пилотом "Вектора", который пытался превысить 105 км/ч, был Герхард Шеллер, о котором А. Шмитц пишет:

Герхард Шеллер - первый в Европе гонщик мирового класса на "супербайке" со времен Марселя Берте. Его, как супермена, трудно переоценить. Он может развивать мощность до 2000 Ватт и удерживать такой темп в течение 10 секунд. Это более трех лошадиных сил!"

Отредактированно Alexey (2015-02-15 18:27:53)

Неактивен

 

#7 2015-02-11 19:14:15

Ульяновский Вениамин Вени
Member
Зарегистрирован: 2007-09-08
Сообщений: 2309
Профиль

Re: Аэродинамика веломобилей

мит написал:

.... У Тетивы нос расположен высоко ... Может быть  у аппаратов (нижняя и верхняя фотография превдыдущего сообщения) - низ более правильный?

Форма и сечения носовой части стримлайнера – наиболее трудоемки при проектировании.
С одной стороны, они требуют строго соблюдения канонов аэродинамики, с другой стороны  - должны охватывать  объём, ометаемый ногами  пилота при педалировании.

http://b0.icdn.ru/1/1949/8/41558148QHZ.jpg«Bluenose»,Канада,  Battle Mountain, 2013 г.

http://b0.icdn.ru/1/1949/0/41558150xWe.jpg «Altair-4»,Франция,  Battle Mountain, 2013 г.


Обводы носовой части во многом определяются: превышением каретки над основанием лежака/сидения пилота, которое в свою очередь зависит от  его посадки  -  полусидя («Velox», «Bluenose»)/полулежа («Altair », «Тетива3»-310 мм ); длиной шатунов («Тетива-2»-160 мм): и, так называемым, Q-фактором.
     Q-фактор – габаритный размер определяемый  вдоль оси каретки по головкам шатунов или другими словами - расстояние между плоскостями перпендикулярными  оси каретки и касающимися головок шатунов извне . Встречается  менее корректное определение этого показателя, как «…расстояние между педалями…». В любом случае, все они справедливы, если шатуны стандартные  по форме.

http://b0.icdn.ru/1/1949/8/41558038fGb.jpg

     Во многих конструкциях   для уменьшения Q-фактора ( и соотвественно ширины носовой части обтекателя  шатуны эксклюзивные: например, имеют  изгиб к плоскости симметрии  стримлайнера.

     С этой же целью, в головках  фрезерованных шатунов «Тетивы-2»  извне сделаны цилиндрические зенковки глубиной  2 мм, чтобы максимально возможно утопить оси педалей,  а сами резьбовые хвостовики осей обрезаны до  длины  10 мм, т.е. так чтобы не выступали с внутренней стороны шатунов. Кроме того, глубина отверстия  под съёмник в комлевой части каждого шатуна сделана минимальной (5 мм), так чтобы можно было нарезать хотя бы  три витка резьбы. Правда, все эти ухищрения потянули за собой доработку торца метчика 22х1, и  необходимость иметь спец -ключ для педалей и спец-съёмник  (у них  сторцованы фаски под ноль, для полного захода).

http://b0.icdn.ru/1/1949/9/41558039edN.jpg

     В результате  Q-фактор у «Тетивы-2» удалось уменьшить до 98 мм (для сравнения у «Тетивы-1» он равен 114 мм, у «Тетивы-3» - 105 мм).
     Но уменьшение сечения обтекателя за  счет сведения шатунов ухудшает управляемость  стримлайнера. Я говорю о традиционной компоновке, когда пилот располагается ногами вперед, и между шатунами  находится управляемое колесо. Я был просто удивлен, как удалось В.Дунаеву и А.Киристаеву  удерживать стримлайнер на длинной дистанции при столь малых углах поворота колеса, тем более, что его диаметр  26“ (616 мм) против 20” (516 мм) у «Тетивы-1» пилотированной С.Дашевским.
     Очевидно, что попытки сокращать расстояние между шатунами для такой схемы болида имеют разумный предел. Какой выход?
     У «Eivie-4»   Q-фактор (оценил на глаз), имеет всего около 60-65 мм. Но у него иная компоновка (пилот лежит на спине головой вперед) и  шатуны охватывают ведущее (а не управляемое) колесо. Поэтому и ширина обтекателя в области шатунов у Забовника наименьшая среди всех. Используя этот опыт студенты-создатели новой модели  «Velox-5»  всерьёз  рассматривают схему одноколейника с передним ведущим, но  задним управляемым колесом, и уже проводят солидные исследования этой схемы.

http://b0.icdn.ru/1/1949/2/41558672TUV.jpghttp://b0.icdn.ru/1/1949/3/41558673zfq.jpg

Отредактированно Ульяновский Вениамин Вени (2015-02-11 19:45:18)

Неактивен

 

Board footer

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson
Модифицирован PunBB.ru

[ Generated in 0.019 seconds, 10 queries executed ]