Как автопроизводители виртуально максимизируют эффективность транспортных средств – Новости – Car and Driver

VOL_VORT_01_COMP

В июле 2010 года, когда инженеры Jaguar приступили к работе над , они сделали то, что тогда казалось рискованным, оторваться от обычной практики. Вместо создания полноразмерных моделей из твердой пены для разработки внешней формы и деталей XE в аэродинамической трубе они рискнули использовать технологию под названием Computational Fluid Dynamics (CFD). Это позволило ускорить и удешевить разработку с использованием цифровых имитационных моделей вместо традиционных физических прототипов. И больше шансов превзойти лучший в своем классе BMW 3-й серии по аэродинамическим характеристикам.

Аэродинамические трубы были изобретены в 19 веке для проверки аэродинамических свойств. Братья Райт использовали его для разработки своего флаера в 1901 году, а Гюстав Эйфель провел тысячи испытаний в туннеле, построенном рядом с его парижской башней. Эйфель даже предвидел потребность в движущемся наземном самолете для испытаний дорожных транспортных средств, хотя его эксперименты с этой технологией не увенчались успехом. Сегодня аэродинамические трубы являются ключевым средством снижения аэродинамического сопротивления для повышения экономии топлива, поскольку каждый производитель стремится соответствовать строгим федеральным требованиям по расходу топлива на галлон к 2025 году. Но успех, достигнутый Jaguar и Tesla в разработке автомобилей с CFD, предполагает, что есть новичок на испытательном блоке, который может выбить ветер из аэродинамических труб.

CFD существует уже полвека, но недавние успехи в вычислительной мощности, наконец, сделали эту область гидромеханики полезной для разработчиков автомобилей. В самых современных CFD-симуляциях молекулы воздуха движутся по линиям тока, которые проходят над гипотетическим автомобилем, под ним или сквозь него. Каждое изменение импульса молекулы, когда она движется вокруг автомобиля, приводит к тому, что к автомобилю прикладывается небольшая сила. CFD суммирует эти изменения импульса и их направления для количественной оценки общей силы в горизонтальной плоскости — аэродинамического сопротивления — и изменений нагрузки на колеса — аэродинамической подъемной силы — плюс другую полезную информацию.

Jaguar и Tesla использовали программное обеспечение PowerFLOW (PF) CFD, разработанное бостонской компанией Exa, основанной в 1991 году для предоставления передовых инструментов моделирования разработчикам транспортных продуктов по всему миру. «Внутри» суперкомпьютера PF направляет цифровой поток воздуха на детализированную математическую модель транспортного средства для измерения параметров. Помимо количественной оценки аэродинамического сопротивления и подъемной силы, PF можно использовать в сочетании с другим программным обеспечением Exa для оценки внутреннего и внешнего шума, связанного с воздушным потоком, эффективности охлаждения компонентов трансмиссии и шасси, а также того, насколько хорошо кондиционер охлаждает салон.

Читайте также:
2005 Ford Mustang – Предварительный просмотр – Автомобиль и водитель

Инженеры Jaguar составили математические модели экстерьера нового XE путем сканирования глиняных моделей, созданных дизайнерами, и получили файл, содержащий миллионы точек данных, описывающих все внешние поверхности, включая шины. В описательный файл XE были добавлены математические модели, описывающие компоненты днища и днища — двигатель, трансмиссию, подвеску, тормоза и колеса. Эти модели автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного проектирования (CAE) количественно определяют напряжение и деформацию всего тела, прогнозируют аварийные характеристики и показывают, сколько будет весить готовый автомобиль. Они также полезны для изготовления инструментов, необходимых для литья блока цилиндров, штамповки панелей кузова и формовки крышек бампера. Математические модели в наши дни являются стандартной рабочей процедурой, потому что они сокращают процессы проектирования и разработки автомобилей на годы.

Имея в руках математические модели XE, инженеры Jaguar использовали программное обеспечение для моделирования PF Exa для точной настройки формы автомобиля. Одной из первых забот было обеспечение передних тормозов достаточным потоком охлаждающего воздуха. Воздуховоды, направляющие воздух через лицевую панель к суппортам и роторам, решили эту проблему.

VOL_VORT_02_COMP

Чтобы укрепить свою уверенность, инженеры Jaguar создали математическую модель существующего седана XF, которая позволила им сравнить результаты CFD с традиционными измерениями в аэродинамической трубе. Корреляция была превосходной, поэтому работа началась всерьез с использованием программного обеспечения Exa.

После 1200 CFD-симуляций, требующих 8 миллионов вычислительных часов (что эквивалентно 8000 часам испытаний в аэродинамической трубе), инженеры Jaguar сократили коэффициент аэродинамического сопротивления XE до 0.26, что является лучшим показателем, которого он когда-либо достигал для серийной модели. Главный инженер программы Ник Миллер остался доволен результатами. «Мы провели небольшую тонкую настройку в туннеле, но моделирование CFD и прототип, который мы тестировали в туннеле, были очень близки».

Технический специалист Jaguar Land Rover по вычислительной аэродинамике Адриан Гайлард добавляет: «CFD обеспечивает глубокое понимание, позволяя инженеру увидеть как общие характеристики конструкции с точки зрения коэффициентов лобового сопротивления и подъемной силы, так и детали распределения давления и структуры потока, лежащие в основе аэродинамики. производительность. Это означает, что мы можем быстро определить, где можно внести плодотворные изменения. Конечным результатом является более быстрое достижение проектной цели, чем это возможно при использовании традиционных методов аэродинамической трубы.

Читайте также:
Концепция Jeep Wayout для Overlanding — Пасхальное сафари в Моаве, 2019 г.

«CFD также позволяет нам изучить любую конкретную конструкцию на ранних этапах процесса, чтобы более точно определить ее конечную производительность. Наши модели имеют достаточную детализацию, чтобы убедиться, что трансмиссия и охлаждение тормозов будут адекватными на самой ранней стадии разработки. Форма шин достаточно точна, чтобы соответствовать нагрузкам, возлагаемым на них транспортным средством. В дополнение к аэродинамическим и тепловым результатам CFD оказался полезным для моделирования потока дождевой воды над автомобилем и того, в какой степени поверхность может пострадать от загрязнения почвы».

Инженеры Tesla, разрабатывающие электрический седан Model S, обнаружили, что программное обеспечение Exa для моделирования PF полезно для изучения и улучшения сложного воздушного потока в области переднего крыла и колесных арок. Цель заключалась в том, чтобы направлять воздух так, чтобы он попадал на передние колеса в лоб, а не под углом. Ведущий специалист по аэродинамике Tesla Роб Пэйлин отметил: «Бок шины может действовать как ведро, ловящее воздух, создавая значительное сопротивление. От первоначальной концепции до окончательного дизайна мы внесли огромные улучшения в эту часть автомобиля».

Инженеры Palin также использовали инструмент PF, чтобы свести к минимуму лобовое сопротивление и шум в салоне при открытом люке и поднятом дефлекторе воздуха. Подход с моделированием был быстрее, чем испытания в аэродинамической трубе, и предоставил больше информации. «Ранняя концепция дизайна Model S имела коэффициент аэродинамического сопротивления 0.32, — отметил Пэйлин. «Основные изменения формы снизили сопротивление до 0.27, а небольшие изменения обеспечили дальнейшее улучшение до 0.24». Tesla использовала стандартные процедуры в аэродинамической трубе, чтобы подтвердить эти результаты, а затем рискнула выйти за рамки обычных испытаний с помощью CFD, чтобы уменьшить сопротивление, возникающее во время реального движения по дороге. Каждый бит снижения аэродинамического сопротивления имеет значение, когда ваша максимальная дальность полета составляет менее 300 миль».

Бывший вице-президент по наземному транспорту д-р Алес Алайбегович объясняет: «Аэродинамические трубы говорят почему происходит с транспортным средством, например, при количественной оценке силы аэродинамического сопротивления. Моделирование выходит за рамки этого, объясняя зачем. На дороге автомобили сталкиваются с боковым ветром и турбулентностью, которые туннели не могут точно воспроизвести. Это означает, что некоторые воздушные заслонки и дефлекторы, разработанные в аэродинамической трубе, могут не работать на дороге, когда турбулентность разрушает след за передними колесами».

Читайте также:
Spotify Car Thing позволит большему количеству автомобилей транслировать музыку

Инструменты CFD, такие как PF, дают возможность учитывать дополнительные дорожные условия при тестировании и разработке. Полученное в результате повышение эффективности не только поможет автопроизводителям соответствовать жестким стандартам экономии топлива, но и принесет пользу автовладельцам. Тестирование, которое лучше соответствует дорожным условиям, может даже сократить разрыв между оценками EPA и реальным расходом топлива.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: