1. Определение коэффициента сопротивления воздуха. ВВЕДЕНИЕ

Цель лабораторной работы – экспериментальное определение силы сопротивления воздуха и коэффициента обтекаемости.

2. ТЕОРИЯ

На автомобиль, движущийся в воздушной среде, действуют аэродинамические силы. Равнодействующая всех элементарных аэродинамических сил называется полной аэродинамической силой (). Продольная составляющая () полной аэродинамической силы называется лобовой аэродинамической силой или силой сопротивления воздуха. Поперечная составляющая () называется боковой, а вертикальная составляющая () – подъемной аэродинамической силой.

При движении автомобиля часть мощности затрачивается на преодоление лобовой аэродинамической силы . При больших скоростях сила становится главным фактором сопротивления движению автомобиля.

2.1. Приборы и оборудование

Измерение времени прохождения измерительного участка осуществляется с помощью секундомера “Электроника ИТ-01”.

Значение начальной скорости движения автомобиля определяется по спидометру и заносится в протокол испытаний. Кроме того, в протоколе указываются: дата, время начала и окончания проведения испытаний, марка и модель автомобиля, перечень установленного навесного оборудования (спойлер, антикрыло и др.), фамилии участников, температура, давление, влажность наружного (атмосферного) воздуха во время начала и окончания поведения испытаний, направление и скорость ветра, состояние дорожного покрытия. В лабораторной работе коэффициент обтекаемости определяется методом свободного выбега. Перед проведением испытаний тепловой режим агрегатов и узлов АТС доводят до нормального установившегося состояния пробегом не менее 10 км. Перед испытанием должно быть проверено отсутствие повышенных сопротивлений движению измерением пути выбега со скорости 50 км/ч. Путь выбега должен быть не менее заданного в нормативно-технической документации значения /4/. Замеры необходимо выполнять по одному разу в обоих направлениях.

2.2. Порядок выполнения работы

1. Автомобиль разгоняется до определенной скорости (60-80 км/ч) на прямолинейном, ровном горизонтальном участке дороги и выключается передача КПП. Определяется время с момента выключения передачи КПП (при этом фиксируется начальная скорость движения) до полной остановки автомобиля. При движении накатом двигатель разъединяется от трансмиссии, крутящий момент к ведущим колесам не приводится и тяговая сила отсутствует. Мощность, затрачиваемая при этом на преодоление трения в трансмиссии, невелика, так как все ее агрегаты работают в холостую.

2. По начальной скорости и времени до полной остановки автомобиля определяется среднее ускорение (замедление) автомобиля

(2.1)

где - начальная скорость движения автомобиля, м/с;

- конечная скорость движения автомобиля, м/с;

- время до полной остановки автомобиля с момента выключения передачи, с.

3. В упрощенном виде уравнение движения автомобиля можно представить

(2.2)

где - вес автомобиля, Н;

- коэффициент сопротивления дороги;

- коэффициент обтекаемости, Н×с²/м⁴;

- площадь лобовой проекции автомобиля, м²;

- скорость движения автомобиля, м/с.

4. Коэффициент сопротивления дороги выбирается по справочной литературе или определяется методом свободного выбега (см. лабораторную работу № 1).

5. Значение фактора обтекаемости W определяется по формуле

(2.3)

6. Площадь лобовой проекции легкового автомобиля определяется по справочнику или формуле

(2.4)

где - ширина автомобиля, м;

- высота автомобиля, м.

Площадь лобовой проекции грузового автомобиля определяется по справочнику или формуле

(2.5)

где - колея автомобиля, м;

- высота автомобиля, м.

7. Результаты расчетов заносятся в таблицу 2.1. Если участок дороги не горизонтален, то необходимо определить величину уклона . Для этого поводят заезды в двух взаимно противоположных направлениях с одинаковой начальной скоростью.

Для выбега автомобиля на подъеме .

Для выбега автомобиля на спуске .

Из последних уравнений следует:

Таблица 2.1

Показатель	Направление движения прямое
Начальная скорость движения АТС, , м/с Конечная скорость движения АТС, , м/с
Время до полной остановки , с
Ускорение , м/с²
Сила лобового сопротивления воздуха , Н
Фактор обтекаемости , Н×с²/м²
Коэффициент обтекаемости , Н×с²/м⁴

3. ОБОРУДОВАНИЕ

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

Z – визуальное приближение;

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.3. Функции манипулятора

Левая клавиша манипулятора (ЛКМ) – управление объектами (в режиме манипуляции).

Средняя клавиша манипулятора (СКМ) – взять (применить) объект (в режиме манипуляции). Также данная клавиша позволяет проводить ускоренную работу с некоторыми объектами (например, ускоренное закручивание (откручивание) рукоятки тормозного устройства).

Правая клавиша манипулятора (ПКМ) – переход в режим манипуляции (управление объектами), возврат в режим навигации (перемещения по сцене).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.1. Оборудование в лабораторной работе

Лабораторная работа разделена на 2 этапа, поэтому при старте появляется меню:

Рис. 3.3. Первое меню

При нажатии на одну из кнопок загружается указанный этап, и слева вверху появляется кнопка возврата в меню.

Рис. 3.4. Кнопка возврата в основное меню

3.1.1. I этап

В гараже стоит ВАЗ 21112 на напольных весах.

Рис. 3.5. ВАЗ 21112 на напольных весах

Рядом с автомобилем находится стойка с полками, где находится ножной компрессор с манометром.

Рис. 3.6. Компрессор с манометром

3.1.2. II этап

Лабораторная работа на II этапе – вид сверху на дорогу с обочиной и автомобиль.

В меню снизу отображены приборная панель автомобиля, секундомер, условное обозначение коробки передач с подписанными положениями рычага переключения передач. Изначально рычаг установлен на нейтрале.

Изначально автомобиль заведен (показания тахометра 750 об/мин).

Для придания движения автомобилю используется кнопка «Начать движение».

Рис. 3.8. Проведение второго этапа

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

4.1. Порядок действий (рекомендованный)

4.1.1. Этап I

1. Измерьте давление во всех колесах автомобиля. Возьмите насос с манометром в руки, примените к каждому колесу. Анимировано насос появится рядом с колесом, колпачок на колесе открутиться, исчезнет. Воздушный шланг насоса нанижется на ниппель колеса, сам насос раскроется.

При недостаточном давлении воздуха нужно подкачать колесо, нажимая на педаль ножного насоса. Накачка выше максимально значения запрещена.

Давление для задних колес: минимальное - 1,6 атм, максимальное - 1,8 атм. Давление для передних колес: минимальное - 1,8 атм., максимальное - 2 атм.

При нажатии на корпус насос анимировано в обратной последовательности соберется и исчезнет, его можно применить к другому колесу или положить на полку.

Примечание: Если не произвести замеры давления в колесах и/или не докачать колеса до необходимого минимального давления, переход на следующий этап невозможен.

4.1.2. Этап II

1. Нажмите на кнопку «Начать движение».

2. Условный рычаг переключения передач перейдет в положение первой передачи, начнется прямолинейное движение автомобиля. Скорость будет увеличиваться по следующей схеме:

· первая передача - от 0 до 20 км/ч;

· вторая передача - от 20 до 40 км/ч;

· третья передача - от 40 до 60 км/ч;

· четвертая передача - от 60 до 90 км/ч;

· пятая передача - от 90 до 120 км/ч.

3. Некоторое время (10 с) автомобиль будет двигаться с постоянной скоростью. Затем рычаг КПП перейдет в положение "нейтраль", одновременно включится отсчет времени на секундомере, автомобиль начнет понемногу замедляться. Данные зафиксируйте.

4. Повторите пп 1-3. Данные зафиксируйте.

4.1.3. Этап III. Вычисления

1. По начальной скорости и времени до полной остановки автомобиля определите среднее ускорение (замедление) автомобиля

(4.1)

где - начальная скорость движения автомобиля, м/с;

- конечная скорость движения автомобиля, м/с;

- время до полной остановки автомобиля с момента выключения передачи, с.

3. В упрощенном виде уравнение движения автомобиля можно представить

(4.2)

где - вес автомобиля, Н;

- коэффициент сопротивления дороги;

- коэффициент обтекаемости, Н×с²/м⁴;

- площадь лобовой проекции автомобиля, м²;

- скорость движения автомобиля, м/с.

5. Значение фактора обтекаемости W определяется по формуле

(4.3)

6. Площадь лобовой проекции легкового автомобиля определяется по справочнику или формуле

(4.4)

где - ширина автомобиля, м;

- высота автомобиля, м.

Площадь лобовой проекции грузового автомобиля определяется по справочнику или формуле

(2.5)

где - колея автомобиля, м;

- высота автомобиля, м.

7. Результаты расчетов занесите в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Показатель	Направление движения
Показатель	прямое	обратное
Начальная скорость движения АТС, , м/с Конечная скорость движения АТС, , м/с
Время до полной остановки , с
Ускорение , м/с²
Сила лобового сопротивления воздуха , Н
Фактор обтекаемости , Н×с²/м²
Коэффициент обтекаемости , Н×с²/м⁴

5. ОТЧЕТ

Лабораторная работа " Определение коэффициента сопротивления воздуха"

1. Заполненная таблица 4.1.

2. Выводы.

Выполнил (ФИО студента, группа, дата)

_________________________________________________________________________________________________________________________________________

Принял (ФИО преподавателя, дата)

___________________________________________________________________

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие факторы влияют на силу сопротивления воздуха при движении автомобиля?

2. Какие факторы влияют на коэффициент сопротивления воздуха?

3. Как определяется сила сопротивления воздуха при движении автомобиля?

4. Как влияет скорость движения автомобиля на силу сопротивления воздуха?

5. Почему эксперимент проводится два раза в прямом и обратном направлении движения?

6. Как влияет изменение температуры воздуха на силу сопротивления воздуха?

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 22576-90. Автотранспортные средства. Скоростные свойства. – Москва : Издательство стандартов, 1991. – 13 с.

2. Артамонов М.Д. Теория автомобиля и автомобильного двигателя / М.Д. Артамонов, В.А. Иларионов, М.М. Морин. – М.: Машиностроение, 1968. – 283 с.

3. Копотилов В.И. Автомобили: Теоретические основы: Учебное пособие для вузов / В.И. Копотилов. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. – 403 с.

4. Краткий автомобильный справочник / Москва: Транспорт, 1984. – 220 с.

5. Цимбалин В.Б., Кравец В.Н., Кудрявцев С.М., Успенский И.Н., Песков В.И. Испытания автомобилей / [В.Б. Цимбалин и др.]. – Москва : Машиностроение, 1978. – 199 с.

8. АВТОРЫ

Лабораторная работа «Определение коэффициента сопротивления воздуха» по дисциплине "Эксплуатационные свойства автомобилей"

Методическое обеспечение: Захаров Д.А.

Редактор: Яковлев О.В.

3D-графика: Елесин А.С.

Script-программирование: Баканов А.А.