Taşıt Aerodinamigi Episode 8, Summaries of Aerodynamics

Download Taşıt Aerodinamigi Episode 8 and more Summaries Aerodynamics in PDF only on Docsity!

TAŞITLARDA AERODİNAMİK

AERODİNAMİK

Aerodinamik nedir?

Havanın kuvvetsel etkilerini inceleyen bilim dalına Aerodinamik denir.Bir cisimle bu cismin içinde hareket ettiği hava veya gaz arasındaki veya bir boru icinde hareket eden hava veya gazla, boru cidarı arasindaki iliskileri inceleyen bir bilim dalıdır. Havanın göreceli hareketinden kaynaklanan kuvvetler taşıma ve sürükleme direnç kuvvetlerini oluşturur. Genel olarak Hava taşımacılığında bu iki kuvvet önemli yer tutarken kara taşıtlarında belli bir hıza kadar sadece direnç sürükleme kuvveti göz önüne alınır. Ancak çok hızlı araçlarda örneğin yarış arabalarında taşıma kuvveti (aracın yol tutuşuyla ilgili olarak) dikkate alınması gereken değerlere ulaşır.

Aerodinamik kuvvet, akış halindeki gazın cisimler üzerindeki kuvvet etkisidir. Aerodinamik biliminin ilgilendiği temel kuvvetlerdir. Hareketli akışa maruz kalan her cisme aerodinamik kuvvet uygulanır.

Aerodinaminin otomotiv sektöründeki önemi

Taşıtın aerodinamik yapısı taşıt tasarımında önemli bir parametre olarak ele alınmaktadır. İyi bir aerodinamik tasarım yakıt tüketimini azaltmakla kalmayıp, aynı zamanda, kirletici emisyonlarda, kararlılıkta, gürültü düzeyinde, hareket kabiliyeti ve taşıt iklimlendirmesini de olumlu yönde etkilemektedir.

Taşıtların yüksek sürat, yüksek taşıma kapasitesi, ekonomi gibi üstün performans özelliklerine sahip olması gerektiği fark edildikten bu yana bir yandan motor tarafından sağlanan gücü artırma, diğer yandan da aracın sistemlerindeki ve bilhassa hava direncinden kaynaklanan kayıpları minimize etme yolları aramışlardır. Özellikle rekabet piyasasında daha geniş yer hedefleyen üreticiler araçlarının ekonomikliğini artırırken, ekonomikliği artırmada en büyük engel olan hava direnç kaybını azaltmak için bu tür araştırmalara daha çok yer vermeye başlamışlardır.

Bu sebeptendir ki çok sayıda otomobil firması araştırmalarını aerodinamik gelistirmeler üzerine yapmaktadır.Yapılan aerodinamik gelişmeler ile hem yakıt ekonomisi hemde sürüş konforu sağlanmıştır. Müşterilerin bu konuda bilinçlerinin artması ile de tüm firmalar Ar-Ge faaliyetlerine bu konuda gelirlerinin büyük miktarını ayırmaktadırlar.

Karayolu araçlarında hava direncinden kaynaklanan kayıplar

Karayolu taşıtlarında hava direncinden dolayı şu kayıplar kaynaklanır : -Taşıtın sınır tabakasında küçük miktarda oluşan, türbülans ile meydana gelen sürtünme kayıpları -Taşıtın radyatör kısmından ve havalandırmasından giren sürtünme kayıpları -Sınır tabakanın yüzeyden ayrım noktasında oluşan, büyük ölçekli türbülansın sebep olduğu kayıplar. Bu yüzden havanın araç üzerindeki sürtünmesi ne kadar pürüzsüz ve kesintisiz olursa o kadar başarılı sonuçlar alınmaktadır.Gereksiz kullanılan aksesuarların yakıt ekonomisi % 2 kötüleştiği bilimsel verilerle kanıtlanmıştır .Bu amaca yönelik olarak örnek olarak

1-)Kapı camlarının ve farlarının araç kaportasıyla bir yüzeyde dizayn edilmesi 2-)Yan aynaların aerodinamik özellik taşıması 3-)Ön ve arka camların daha yatık bir şekilde tasarlanması 4-)Lastik oyuklarının genişletilmesi 5-)Çamurlukların örtülmesi 6-)Ön ve arka tekerlekler arasına etekler yerleştirilmesi 7-)Araç altındaki girinti ve çıkıntıların kamufle edilerek düzleştirilmesi 8-)Ön panel altına hava kesiciler yerleştirilmesi

gibi çok sayıda çalışmalar yapılmaktadır.

Şekil 1 de taşıtlarda arka kısmın biçimine bağlı olarak aerodinamik direncin etkisi görülmektedir.

Şekil 1 Taşıtın arka kısmındaki eğimin aerodinamik katsayısı üzerine etkisi.

Genelde araçların son sütunu olan C veya D sütunlarının

yatayla yaptığı açıya göre aerodinamik direnç katsayılarının

değişimi şekil 1 de net bir şekilde görülmektedir.

Şekil 2 de aerodinamik direnç katsayısının yakıt ekonomisi üzerine etkisi görülmektedir.

Şekil 2 Taşıtlarda aerodinamik direnç katsayısının yakıt ekonomisi üzerine etkisi.

Taşıta etkiyen aerodinamik kuvvetin, taşıtın hareketi doğrultusundaki bileşeni olan aerodinamik direnç;

Rax= 0,5 .p. Cd .A. (V± V0)^2

eşitliği ile hesaplanır.

Aerodinamik direnç katsayısı (C (^) d), taşıt modelleriyle, rüzgar tünellerinde veya yol deneyinde yavaşlama metodu ile belirlenmektedir. Yol deneyinde taşıt rüzgarsız bir havada ve düz yolda, belirli bir hızda giderken, vites boşa alınarak serbest bırakılmakta genellikle 5 km'lik hız aralığında ölçümler yapılmaktadır.

Aerodinamik direnç katsayısı

olarak ifade edilmektedir.

Cd = Aerodinamik direnç katsayısı

m = Taşıtın ağırlığı kg

a (^) ı ,a 2 = Ortalama yavaşlama ivmesi (km/h.s)

Vı,V 2 = ortalama hız (km/h)

A = ön izdüşüm alanı (m2)

Günümüzde yukarıdaki çalışmalar yapılarak hava direnç katsayısı;

Binek araçlarda :0.25 ′e

Otobüslerde :0.5 ′e

Motorsikletlerde :0.4 ′e

Kamyonlarda :0.65 ′e

kadar indirilmiştir.

! Dipnot : Aerodinamik değerleri en aza düşürme

konusundaki rekor 0.182 ile Mercedes- Benz’in

C111 serisindedir.

Taşıtlarda gerçekleşen kayıplar ve yüzdeleri

Downforce

İlk olarak 1960 lı yıllarda keşfedilmiştir.Downforce havanın aracı yere bastırma gücü demektir. Bu güç , yarış otomobillerinin üzerindeki aerodinamik parçaların açısı ayarlanarak arttırılıp azaltılabilir. Ayarlanabilir aerodinamik parçaların en büyük ve en etkilileri özellikle aracın burun kısmı ve arka kısmındaki "kanat"lardır. Bu parçalarla birlikle , aracın üzerinde ve yan kısımlarında farklı pek çok irili ufaklı aerodinamik parçalar bulunmakta ve gerekli durumlarda bu parçalarla da ayar yapılabilmektedir.Aracın viraj alma kabiliyetini artırmaktadır.

Bu formüldeki toplam basınç henüz taşıtın hareket alanına girmemiş yani deforme olmamış hava ortamından hesaplanabilir. Bu formül bize havanın hızının değiştiği yerlerde dinamik basıncında değişeceğini gösterir.

Bu basınçlar taşıtın dış yüzey alanına göre integre edilirse, taşıtın üzerinde, rölatif hızdan dolayı oluşan bileşke aerodinamik kuvvet bulunur. Bu kuvvet aslında taşıt yüzeyindeki bir yayılı kuvvettir, fakat hesaplamalarda kolaylık olması için bu basınç kuvvetlerinin taşıt üzerindeki belirli bir noktadan etkidiği şeklinde bir idealleştirme yapılabilir. Bu noktaya basınç merkezi (center of pressure, c. p. ) denir. Şekil 2. 11. Bu nokta ağırlık merkezi (center of gravity, c.g. ) ile aynı nokta değildir. Fakat bu iki noktanın çakıştırılması oldukça büyük faydalar sağlar.

belirtilen integralin sonucunda aerodinamik kuvvetin hızın karesiyle, hava akımına karşı gelen taşıt alanıyla ve birimsiz bir katsayı ile orantılı olduğu görülür.Aşağıdaki gibidir.

q; dinamik basınç

A; karakteristik taşıt alanı

CD; aerodinamik direnç katsayısıdır.

Bileşke aerodinamik kuvvet analizlerde kolaylık olması için üç bileşene ayrılabilir:

Yere paralel ve taşıtın ileri hareket yönüne zıt, aerodinamik çeki kuvveti; D (^) A

Taşıt hareket doğrultusuna ve yere dik aerodinamik kaldırma kuvveti, L (^) A

Havanın hareketi taşıt şekline göre simetrik olmadığı zamanlarda oluşan aerodinamik kuvvetin yan bileşeni, YA.

Bu kuvvet bileşeni diğer iki bileşen ile de dik açı yapmaktadır.

CD ; aerodinamik direnç katsayısı

CL ; aerodinamik kaldırma katsayısı

CY ; aerodinamik yan kuvvet katsayısı

A; taşıtın karakteristik alanıdır.

Aerodinamik kuvvetlerin bileşkesinin etki ettiği nokta olarak belirlediğimiz basınç merkezi ile taşıtın bütün dinamik analizlerinin yapıldığı nokta olan ağırlık merkezi aynı nokta değildir. Aerodinamik kuvvetlerinde taşıt dinamiğine etkisi hesaplanmak istendiğinde bu kuvvetlerin de ağırlık merkezine taşınması gereklidir. Bu durumda dinamik analizin içine aerodinamik momentler girmektedir. Bu momentler aerodinamik kuvvetler ile bunların ağırlık merkezine olan uzaklıklarının çarpımı ile bulunabilir.

Aerodinamik kuvvetler üç bileşene ayrıldığına göre bunların ağırlık mertezine taşınması sonucunda üç aerodinamik moment oluşur. Bunlar:

Aerodinamik çeki ve aerodinamik kaldırma kuvvetlerinden kaynaklanan baş sallama momenti MA dır. Basınç merkezinin ağırlık merkezine göre rölatif pozisyonu xc ve zc uzaklığında olarak tanımlanırsa;