Aerodynamika vozu, vnější proudění J. Jagrik Škoda Auto TFA Aerodynamika a výpočty 11.3.2015 1
Vnější aerodynamika vozu - přehled Cíle: bezpečnost aerodynamická stabilita, špinění ekonomicky a ekologicky příznivé parametry vozu aerodyn. odpor funkčnost chlazení, sání, technické detaily komfort - špinění vozu Prostředky : CFD výpočty (predikce, optimalizace), měření a zkoušky, expertní znalosti Základní sledované oblasti: určení aerodynamických koeficientů odporu a vztlaků na nápravách koncepční návrhy, optimalizace základních tvarů karosérie dimenzování vstupních mřížek a proudění motorovým prostorem proudění pod vozem, chlazení brzd optimalizace dílů (světlomety, stěrače, spoilery, střešní nosiče, ) simulace špinění, tlakové zatížení dílů karosérie, aerohluky 2
Historie aerodynamiky ve Škoda Auto 1970-80 měření modelů 1:4 (VZLÚ) a dojezdové zkoušky 1981 1. měření v aerodynamickém tunelu (MIRA) od 1991 systematická měření v aerodynamických tunelech VW-Group od 2001 CFD simulace (Fluent ANSYS) od 2003 laboratorní testování špinění (CSTB) od 2008 modely 1:4 plně nahrazeny CFD simulacemi od 2011 CFD simulace (OpenFOAM) 3
Aerodynamický odpor : Těžiště vývojových aktivit = c W A cca 80% CO 2 F W = ½ ρ v 2 c W A Čelní plocha Při 120 km/h tvoří odpor vzduchu 75% spotřeby paliva Aerodyn. odporová síla Hustota vzd. Rychlost Souč. aero. odporu 4
Aerodynamický odpor Podíl částí vozu na celkovém aerodynamickém odporu c W Aaoptimalizační potenciál Motorový prostor 5% Karoserie (Package + Design) 10% 10% 25% 40% Podlaha a podvozek 5% 25% 10% Kola a pneu Celkový optimalizační potenciál: 30% 5
CFD-Simulace = základní nástroj Škoda Auto Standard v oboru 20% Aerodynamický tunel 80% CFD simulace 70% Aerodynamický tunel 30% CFD simulace ŠKODA nemá aerodynamický tunel Simulace jsou základním nástrojem Standard v: Mercedes, Audi, VW Simulace jako podpora k exerimentům 6
Vnější aerodynamika vozu - nástroje Expertní znalosti Aerodynamické koeficienty c W, c AV, c AH, c N špinění, chlazení Design Odborné útvary CFD výpočty Vyhodnocení a výpověď Měření Návrh opatření pro splnění cílů Jízdní zkoušky 7
Vnější aerodynamika vozu CFD Design Odborné útvary Scan CAD data Objemová Síť Povrchová Síť Změny Úpravy Nastavení výpočtu Výpočet CFD Zpráva + Návrh opatření Vyhodnocení Příprava 3D modelu Vyhlazení, spojení dat, podvozku a karoserie Tvorba sítě ve zkoumaném prostoru, prismatické vrstvy Simulace proudění na 3D modelu Volba parametrů proudění, definice okrajových podmínek, sledování konvergence Postprocessing, vizualizace fyz. parametrů 8
Externí aerodynamika ŠKODA OCTAVIA Příklady optimalizace designu rozložení tlaku bez spoileru rozložení tlaku se spoilerem spoiler na víku kufru pro nejvyšší motorizaci Příklady optimalizace techniky ověření měřením v tunelu optimalizace velikosti vstupů pro chlazení aerodynamické kryty podlahy optimalizace kanálů chlazení brzd 9
Externí aerodynamika ŠKODA OCTAVIA Aerodynamická opatření: optimalizace tvaru karoserie zejména víko kufru, zadní skupinové svítilny, A-sloupky, zrcátka, střecha, C-sloupky, přední nárazník vstupní otvory pro chlazení, navádění vzduchu k chladiči aerodynamické kryty podlahy optimalizované kanály chlazení brzd spoiler pod předním nárazníkem a spoilery před koly Dc w -0,040 Výsledné parametry a porovnání s konkurencí: c W = 0,288 A = 2,21 m 2 c W x A = 0,636 m 2 10
Externí aerodynamika s motorovým prostorem Tlaky na kapotě (à pevnostní výpočty) Bilance na netěsnostech (à doporučení pro konstrukci) Tlaky na světlometech (à odmlžování světlometů) Rychlostní pole na výměnících (à tepelné bilance) 11
Externí aerodynamika s motorovým prostorem Aerodynamická opatření: Nová generace navaděčů vzduchu na chladící modul: Objektivně: zvětšila efektivitu vstupujícího vzduchu à množství vzduchu vstupujícího do MP a přímo ovlivňujícího aerodynamický odpor sníženo, zvýšený průtok přes chladiče umožní chladit silnější motorizace Subjektivně: Zahlazení proudu vstupujícího vzduchu (bez parazitního zavíření) Výsledné parametry: Octavia II Octavia III Octavia II vs. Octavia III (obdobná konfigurace chlazení, stejná rychlost vozu) Parametr Octavia II Octavia III Efektivita vstupujícího vzduchu - +24% Nátok vzduchu do MP 100% 94% Průtok vzduchu chladičem vody 100% 120% 12
Vnější aerodynamika vozu - špinění Špinění bočního skla - déšť Špinění vozu - sníh Účinnost stírací soustavy odpor, stabilita, špinění 13
Vnější aerodynamika vozu - validace VALIDACE výpočtů: Aerodynamické koeficienty, chlazení, špinění ZKOUŠKA TT Prototyp Série CFD ü Minimální četnost validací je ke statutárním výpočtům k milníkům s fyzickým vozem Mezi milníky není většinou potřeba validací, je však vhodné ověřit výsledky na TT NUTNÁ VALIDACE na SÉRIOVÉM voze 14
Vnější aerodynamika vozu 3D vizualizace (VR) Dimenzování vstupních otvorů 15
Děkuji za pozornost dotazy?