СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУХА ТРАНСПОРТНОМУ СРЕДСТВУ Российский патент 1999 года по МПК G01M9/00 G01M17/07 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при испытаниях транспортных средств.

Известен способ аэродинамических испытаний моделей самолетов (1), заключающийся в сбрасывании их с большой высоты для свободного падения. На основании показаний приборов, устанавливаемых на модели самолета, на земле могут быть определены скорость, лобовое сопротивление, подъемная сила и пр. Применение этого способа целесообразно при больших скоростях полета (число Маха больше 0,1).

Известен способ определения суммы сил сопротивления качению и воздуха автомобиля при выбеге (2), заключающийся в разгоне автомобиля до заданной скорости, отключении трансмиссии и его выбеге. Сумму сил сопротивления качению и воздуха определяют по зависимости скорости от пути и времени движения автомобиля при выбеге. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Известен стенд для имитации дорожного полотна (3), содержащий кольцевые ленты, которые образуют имитируемое дорожное полотно. Автомобиль установлен на лентах, и при их движении колеса автомобиля вращаются. Предусмотрен набор деталей, которые ограничивают перемещение автомобиля. Одновременно эти детали могут имитировать воздействие на автомобиль аэродинамических сил. Скорость каждой ленты может регулироваться индивидуально. Для полной имитации движения автомобиля по реальному дорожному полотну проводятся измерения усилий, действующих на автомобиль по выбранным осям. На данном стенде моделируют конкретное заданное воздействие сил.

Известно устройство для измерения воздушного сопротивления транспортных средств (4), выбранное в качестве прототипа, содержащее соединенную с приемником для измерения горизонтальных сил опорную поверхность, на которой во время измерения находится транспортное средство, и измерительную аппаратуру. Опорной поверхностью служат по меньшей мере одна платформа или поддон, соединенные с одним или несколькими приемниками усилий для передачи горизонтальных сил и поднимаемые во взвешенное состояние посредством воздушной подушки.

Недостатком известных способов и устройств является то, что они не обеспечивают полного моделирования реальных условий движения транспортного средства, не обладают достаточной точностью при малых скоростях движения (число Маха меньше 0,1), а также могут привести к истеканию воздушного потока, обтекающего транспортное средство, что ограничивает их использование при испытаниях транспортных средств, в частности, грузовых и легковых автомобилей.

Изобретения направлены на решение задачи наиболее полного воспроизведения воздействия аэродинамических сил на транспортные средства, а также на повышение точности определения этих сил. Указанная техническая задача решается следующим образом.

Предлагается способ определения силы лобового сопротивления воздуха, заключающийся в разгоне транспортного средства до заданной скорости, вводе его в режим свободного выбега, изменении в режиме свободного выбега параметров: пути и времени движения транспортного средства, определении по результатам измерений силы сопротивления воздуха. В режиме свободного выбега транспортное средство переводят в режим свободного падения. Во время обоих режимов датчика, установленными на транспортном средстве, измеряют скорость, время и перегрузку и одновременно внешними средствами измеряют скорость, путь и время движения транспортного средства, а силу лобового сопротивления воздуха определяют по результатам совместной обработки данных измерений.

Поставленная задача решается также тем, что устройство для определения силы лобового сопротивления воздуха транспортному средству содержит опорную площадку, на которой располагается транспортное средство, и измерительную аппаратуру. Опорная площадка установлена на направляющих с возможностью вертикального перемещения и снабжена датчиком положения и рамой, жестко закрепленной на направляющих над опорной площадкой, соединенной с ней жесткой разрушаемой связью. Измерительная аппаратура установлена на транспортном средстве и на земле.

От способа, выбранного в качестве прототипа, заявляемый способ отличается тем, что после режима свободного выбега транспортное средство переводят в режим свободного падения, во время обоих режимов датчиками, установленными на транспортном средстве, измеряют скорость, перегрузку и время и одновременно внешними средствами измеряют скорость, путь и время движения транспортного средства, а силу любого сопротивления воздуха определяют после совместной обработки данных измерений.

От прототипа устройство отличается тем, что опорная площадка установлена на направляющих с возможностью вертикального перемещения, снабжена датчиком положения и рамой, жестко закрепленной на направляющих над опорной площадкой, соединенной с ней жесткой разрушаемой связью, а измерительная аппаратура установлена на транспортном средстве и на земле.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности определения силы лобового сопротивления воздуха транспортному средству за счет наиболее полного учета всех факторов, сопутствующих реальному движению транспортного средства, уменьшения возмущений потока, вносимых устройством для определения силы лобового сопротивления воздуха.

Транспортное средство, снабженное средствами измерений скорости и перегрузки во времени, разгоняется до заданной скорости. В процессе разгона транспортного средства осуществляются измерения скорости и перегрузки установленными на нем приборами. Разгон осуществляется до достижения транспортным средством требуемой скорости. При достижении требуемой скорости транспортное средство переводится в режим свободного выбега. В режиме свободного выбега дополнительно к измерениям на борту транспортного средства одновременно осуществляются измерения его скорости, пути и времени внешними оптическими и хроматографическими средствами. При этом определяется суммарная сила сопротивления.

В режиме свободного выбега транспортное средство въезжает на опорную площадку, установленную на направляющих с возможностью свободного вертикального перемещения, снабженную датчиком положения и рамой, соединенной с опорной площадкой жесткой разрушающейся связью. При наезде транспортного средства на датчик положения разрушается жесткая связь между площадкой и рамой. Транспортное средство вместе с опорной площадкой переходит в режим свободного падения. В этом режиме колеса теряют контакт с опорной площадкой, и на транспортное средство действует только сила аэродинамического сопротивления. После достижения площадкой и транспортным средством нового уровня до полной остановки. Таким образом, режим свободного падения транспортного средства и площадки позволяет вывести колеса из контакта с дорогой, оставляя при этом само дорожное полотно как подстилающую поверхность. Поскольку у площадки отсутствует горизонтальная составляющая скорости, а вертикальная скорость мала по сравнению с горизонтальной составляющей скорости транспортного средства, то возмущения потока от площадки будут малы. Повышение точности определения сопротивления силы лобового сопротивления воздуха достигается также постановкой измерений аппаратурой, установленной на транспортном средстве, и на земле, с последующей совместной обработкой результатов измерений.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено устройство для определения силы лобового сопротивления воздуха, вид сбоку, на фиг.2 - узел крепления площадки к раме с помощью жесткой разрушаемой связи.

Заявляемый способ осуществляется при помощи устройства, изображенного на фиг.1 и 2.

Устройство для определения силы лобового сопротивления воздуха транспортному средству содержит опорную площадку 1, на которой располагается транспортное средство 2. Опорная площадка 1 установлена на направляющих 3. Над опорной площадкой 1 на направляющих 3 жестко закреплена рама 4 и соединена с ней жесткой разрушаемой связью 5. На опорной площадке 1 установлен датчик 6 положения.

Транспортное средство 2, снабженное средствами измерений скорости и перегрузки во времени (на рисунках не показаны), разгоняется по дороге до заданной скорости. В процессе разгона транспортного средства 2 осуществляются изменения скорости и перегрузки, действующей на транспортное средство, установленными на нем приборами. Разгон осуществляется до достижения транспортным средством заданной скорости, затем транспортное средство переводится в режим свободного выбега, во время которого дополнительно к изменениям на борту транспортного средства 2 осуществляются измерения его скорости, пути, времени внешними средствами (на рисунках не показаны). В режиме свободного выбега транспортное средство въезжает на опорную площадку 1, установленную на направляющих 3. Жесткая связь 5 (фиг. 2) в данном случае выполнена в виде разрывных пироболтов. При наезде транспортного средства 2 на датчик положения 6 подается сигнал на разрушение связи 5 между опорной площадкой 1 и рамой 4. Транспортное средство 2 вместе с опорной площадкой 1 переходит в режим свободного падения. В этом режиме колеса транспортного средства 2 теряют контакт с опорной площадкой 1, а на транспортное средство 2 действует только сила аэродинамического сопротивления.

После достижения опорной площадкой 1 и транспортным средством 2 нового уровня дороги транспортное средство 2 переходит в режим интенсивного торможения и движется до полной остановки.

Высота вертикального перемещения опорной площадки 1 определяется промежутком времени, достаточным для надежного определения (аэродинамического) лобового сопротивления, а длина опорной площадки 1 - времени свободного падения опорной площадки и транспортного средства и скоростью транспортного средства.

Опорная площадка 1 после испытания может приводиться в исходное положение для следующего испытания за счет домкратов или лебедок.

Экспериментально установлено, что для определения силы лобового сопротивления воздуха легкового автомобиля с базой 2,7 м на скорости 90 км/ч достаточная высота вертикального перемещения опорной площадки 200 мм и длина площадки 10 м.

Использование предлагаемых способа и устройства для определения силы лобового сопротивления воздуха транспортного средства позволяет повысить точность определений этой характеристики в 2...3 раза за счет наиболее полного учета всех факторов, сопутствующих реальному движению транспортного средства, уменьшению возмущений потока, вносимых этим устройством, а также за счет повышения точности измерений, достигаемой постановкой их как на транспортном средстве, так и на земле с последующей из совместной обработкой.

Источники информации
1. А.с. N 68346, СССР, G 01 M 9/00, публикация 30.04.47.

2. А.с. N 1829001, СССР, G 01 M 17/00, публикация 23.07.93.

3. Патент N 91/09291, PCT G 01 M 17/00, публикация 27.06.91.

3. Патент N P 3224941, ФРГ G 01 M 9/00, публикация 05.01.84.

Изобретение предназначено для использования при испытании транспортных средств. Транспортное средство разгоняют до заданной скорости, вводят его в режим свободного выбега, в котором измеряют путь и время движения транспортного средства. Затем переводят транспортное средство в режим свободного падения. Во время обоих режимов датчиками, установленными на транспортном средстве, измеряют скорость, перегрузку и время. Одновременно внешними средствами измеряют скорость, путь и время движения транспортного средства. Силу лобового сопротивления воздуха определяют после совместной обработки результатов измерений. Устройство содержит опорную площадку, установленную на направляющих с возможностью вертикального перемещения. Опорная площадка снабжена датчиком положения и рамой, жестко закрепленной на направляющих над опорной площадкой, соединенной с ней жесткой разрушаемой связью. Технический результат - повышение точности определения силы лобового сопротивления за счет наиболее полного воспроизведения воздействия аэродинамических сил на транспортное средство. 2 c.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения силы лобового сопротивления воздуха транспортному средству, заключающийся в разгоне транспортного средства до заданной скорости, вводе его в режим свободного выбега, измерении в режиме свободного выбега параметров движения транспортного средства, определении по результатам измерений силы сопротивления воздуха, отличающийся тем, что после режима свободного выбега транспортное средство переводят в режим свободного падения, во время обоих режимов датчиками, установленными на транспортном средстве, измеряют скорость, перегрузку и время и одновременно внешними средствами измеряют скорость, путь и время движения транспортного средства, а силу лобового сопротивления воздуха определяют по результатам совместной обработки данных измерений. 2. Устройство для определения силы лобового сопротивления воздуха транспортному средству, содержащее опорную площадку, на которой расположено транспортное средство, и измерительную аппаратуру, отличающееся тем, что опорная площадка установлена на направляющих с возможностью вертикального перемещения и снабжена датчиком положения и рамой, жестко закрепленной на направляющих над опорной площадкой и соединенной с ней жесткой разрушаемой связью, а измерительная аппаратура установлена на транспортном средстве и на земле.