Αεροδυναμική

[dirtbird]

Στο τελευταίο SportRider (αμερικανικό περιοδικό, προσωπικά το θεωρώ καλό), έχει ένα ενδιαφέρον άρθρο για την αεροδυναμική.

Συγκεκριμμένα, επισκέφθηκαν αεροσήραγγα και μέτρησαν τις αεροδυναμικές ιδιότητες μερικών από τις Supersport και Hypersport μοτό της αγοράς.

Τις μετρήσεις τις παραθέτω στο τέλος της σελίδας.

ΣΗΜ:
Α= μετωπική επιφάνεια - εμβαδόν (σε τετραγωνικά μέτρα)
Cd= συντελεστής οπισθέλκουσας (δεν έχει μονάδες)

Cd*A= η αεροδυναμική ενός οχήματος

Συγκριτικά ένα μοντέρνο αυτοκίνητο που έχει μετωπική επιφάνεια 1.75m(πλάτος)*1.40m(ύψος)= 2.45 m^2 και Cd 0.33, έχει Cd*A 0.808.

[OldMan]

Αρχικά δημιουργήθηκε από dirtbird
Cd*A= η αεροδυναμική ενός οχήματος

Αεροδυναμική αντίσταση ενός οχήματος ...

edit: Ρίχτα όλα και μετά τα συμαζεύουμε σε στήλες, πίνακες κ.λ.π.

[OldMan]

Πάντως, καλό είναι τα νούμερα να ΜΗΝ περάσουν στο ντούκου...

π.χ. βλέπουμε ότι στο Hayabusa ΔΕΝ παίζει ρόλο η διάπλαση και το ντύσιμο του (σκυμένου) αναβάτη !!!

Επίσης, μπορεί να φαίνονται αμελητέες οι διαφορές της τάξης του 0.05, αλλά όταν "σκάσουν μύτη" οι αεροδυναμικοί τύποι (μη λουφάρεις Βρωμόπουλε...) θα δούμε ΠΟΣΑ άλογα παραπάνω χρειάζεται ένα μηχανάκι με μεγαλύτερο συντελεστή για να πιάσει τα ίδια χλμ με ένα άλλο με μικρότερο συντελεστή (ειδικά στις μεγάλες ταχύτητες) !!!

[alex14]

Στο zzr

Χωρίς αναβάτη 0.578 0.563 0.325

Σκυφτός αν/της 0.672 0.469 0.315 ????

Ειναι λογικο αυτο ?

[sub_zero]

Αρχικά δημιουργήθηκε από alex14
Στο zzr

Χωρίς αναβάτη 0.578 0.563 0.325

Σκυφτός αν/της 0.672 0.469 0.315 ????

Ειναι λογικο αυτο ?

ο αναβάτης βοηθά στην ομαλή ροή του αέρα από το fairing στην ουρά... (δεν έχεις τόσους στροβιλισμούς)

Υ.Γ. αν λέω παπαριές διορθώστε με....

[OldMan]

Δεν λες καθόλου μαλακίες !!!

Ο συντελεστής οπισθέλκουσας (Cd) έχει να κάνει με το πόσο "αεροδυναμικό" είναι ένα όχημα, όπου μπλέκονται στροβιλισμοί, τυρβώδεις ροές και άλλα διαστροφικά και ακατονόμαστα πράγματα !!!

Το είδα εγώ το όνειρο ...

[dirtbird]

Αρχικά δημιουργήθηκε από OldMan
Δεν λες καθόλου μαλακίες !!!

Ο συντελεστής οπισθέλκουσας (Cd) έχει να κάνει με το πόσο "αεροδυναμικό" είναι ένα όχημα, όπου μπλέκονται στροβιλισμοί, τυρβώδεις ροές και άλλα διαστροφικά και ακατονόμαστα πράγματα !!!

Το είδα εγώ το όνειρο ...

+1

Συνεχίζω και θα τα μαζέψουμε όλα στο τέλος

[dirtbird]

Πρώτα να δούμε την βασική θεωρία και μετά βάζουμε τα νούμερα

(έπρεπε να γράψω μία εισαγωγική μαλακία για την παρένθεση)

Η συνολική αντίσταση κύλισης (δύναμη σε Νewton) είναι:

Fw=Fro+Fst+Fl
όπου

Fro= αντίσταση κύλισης= f*m*g
f=συντελεστής κύλισης = 0.013
m=μάζα οχήματος
g=9.81 m/s^2

Fst=climbing resistance (αντίσταση αναρρίχησης - σε κατηφόρα αποκτάει αρνητικό πρόσημο)= (πρακτικός τύπος) 0.01*m*g*p
m,g όπως παραπάνω και p = κλίση (%)

και τέλος η πιο σημαντική όσον αφορά την τελική ταχύτητα
Fl=οπισθέλκουσα (aerodynamic drag)=0.5*ρ*Cd*A*V^2*0.0386 (αν βάζουμε ταχύτητα σε χαω)
ρ=πυκνότητα του αέρα=1.202kg/m^3
Cd=συντελεστής οπισθέλκουσας
Α=μετωπική επιφάνεια (εμβαδόν όπως το βλέπουμε από μπροστά το εργαλείο βρε παιδί μου)
V= ταχύτητα (εις το τετράγωνο, μην ξεχνιόμαστε)

Τώρα εάν θέλουμε να βρούμε την ΙΣΧΥ που καταναλώνεται αεροδυναμικά, πολλαπλασιάζουμε πάλι με την ταχύτητα, δλδ
Pl=Fl*V=(0.0386*0.5*ρ*Cd*A)*V^3
ή για να το πούμε αλλιώς , oι ανάγκες ισχύος που χρειάζονται για να αντιπαρέλθουν την οπισθέλκουσα αυξάνονται εις τον κύβο.

Επίσης από τον τύπο της αντίστασης κύλισης βλέπουμε ότι -σε επίπεδο δρόμο- το βάρος ενός οχήματος παίζει αμελητέο ρόλο στην τελική ταχύτητα, βάλτε νούμερα στον τύπο και στο τέλος θα δείτε ότι τα νούμερα είναι πολύ μικρά.

(Όλοι οι τύποι είναι από το Bosch Automotive Handbook)

[dirtbird]

Ξαναγυρνάμε στις μετρήσεις του SportRider.
Εκτός από τα hypersports, μέτρησαν στην αεροσήραγγα (εδώ θα κάνουμε μία συμφωνία, δεν θα μιλήσουμε παραπάνω για αεροσήραγγες διαφόρων μεγεθών, Reynolds numbers και τεστ σε μοντέλα υπό κλίμακα), και τα ZX10R και GSX-R1000.


(Πίνακες μετρήσεων στο τέλος της σελίδας)

[dirtbird]

Ανακεφαλαιώνοντας λοιπόν, η αεροδυναμική αντίσταση που μέτρησαν για τις παραπάνω μοτό με σκυφτό αναβάτη είναι:

ZZR1400:0.315
ΖΧ 10: 0.314
GSX-R1000: 0.306
HAYA: 0.304

Μετά βάση των παραπάνω, έκαναν δύο θεωρητικούς υπολογισμούς.

Πρώτα υπολόγισαν την θεωρητική τελική ταχύτητα (ΧΑΩ) που θα είχε κάθε μοτό εάν είχε 160 ίππους:

ZZR1400: 295.5
ZX10: 295,9
GSX-R1000: 298,1
HAYA: 298,6

Έπειτα υπολόγισαν τι ισχύ θα έπρεπε να αναπτύσσουν οι 4 μοτό για να φτάσουν τα 200μίλια/ώρα (320.2χαω)

ZZR1400: 202.4HP
ZX10: 201.8HP
GSX-R1000: 197.3HP
HAYA: 196.3HP

Oι τιμές αυτές βέβαια δεν είναι απαραίτητο ότι επαληθεύονται γιατί αφορούν το συγκεκριμένο τεστ με τον συγκεκριμένο αναβάτη και δεν λαμβάνουν υπόψιν το 'γρανάζωμα΄ που έχει η κάθε μοτό.

Όποιος θέλει να διαβάσει σχετικά με την πρώτη δοκιμή που είχε κάνει σε αεροσήραγγα το SportRider πριν μερικά χρόνια (πάλι με Haya και ZX12R), μπορεί εδώ

[dirtbird]

Bέβαια υπάρχει και ο εμπειρικός τρόπος ανεύρεσης του συντελεστή οπισθέλκουσας
με coastdown test.

Συγκεκριμμένα και αντιγράφοντας πάλι (εν μέρει) από Bosch A.H.:

Ξέρουμε την μάζα m (βάρος) του οχήματος.
Ξέρουμε την μετωπική επιφάνεια Α (μία φωτό από εμπρός χρειαζόμαστε με μας επάνω (*)).
Bρίσκουμε δρόμο που να μην έχει κλίση (εδώ αρχίζουν τα δύσκολα).
Επιλέγουμε μέρα που δεν φυσάει (πιο δύσκολο).

Επιταχύνουμε μέχρι μία προκαθορισμένη ταχύτητα (ας πούμε 85χαω) και απομονώνουμε την μετάδοση(*1).

Μετράμε το χρόνο που θα χρειαστεί να πέσει η ταχύτητα από τα 80 χαω μέχρι τα π.χ. 70χαω.

Επαναλαμβάνουμε την διαδικασία με άλλες ταχύτητες (π.χ. από τα 60 χαω στα 50 χαω).

Έχουμε λοιπόν:
Va1=80 χαω
Vb1=70χαω
t1= ο χρόνος από τα 80 στα 70

Va2=60χαω
Vb2=50χαω
t2= ο χρόνος από τα 60 στα 50

Στην πρώτη δοκιμή η μέση ταχύτητα είναι:
V1= (Va1+Vb1)/2

και η μέση επιβράδυνση
α1= (Va1-Vb1)/t1

Παρομοίως για την δεύτερη δοκιμή
V2= (Va2+Vb2)/2

a2= (Va2-Vb2)/t2

O συντελεστής οπισθέλκουσας βγαίνει από τον τύπο

Cd= [6m*(α1-α2)] / [Α*(V1^2 - V2^2)]

(*) Tην φωτό μπορούμε να την τυπώσουμε σε μιλιμετρέ χαρτί και μετά να μετρήσουμε τα τετραγωνάκια που καλύπτονται. Γνωρίζοντας τις βασικές διαστάσεις της μοτό (π.χ. πλάτος τιμονιού), μπορούμε να βρούμε το λόγο σμίκρυνσης στο χαρτί (scale) μετά να υπολογίσουμε το εμβαδόν κάθε τετραγώνου. Σίγουρα βαρετή και επίπονη δουλειά και όχι 100% ακριβής, αλλά θα ξέρουμε ποιά είναι η μετωπική επιφάνεια της μοτό με συγκεκριμμένο αναβάτη.
Εναλλακτικά μπορούμε να εισάγουμε τη φωτό σε κάποιο πρόγραμμα επεξεργασίας εικόνας και να μετρήσουμε τα pixels (το SportRider χρησιμοποίησε Photoshop-εγώ δεν στάθηκε δυνατό να βρω τον τρόπο, αλλά δεν είμαι και πολύ σίγουρος εάν το έχω πλήρες ) ή κάποιο πρόγραμμα CAD (Autocad-εντολή Area).

Πάντως μη ξεχνάτε ότι άλλη επίδραση στην μετωπική επιφάνεια μιας μοτό έχει ο Μπαμπαγκίτα και άλλη ο Σκορτσα....

[dirtbird]

Βέβαια το Βosch A.H. , γράφει ότι αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για ταχύτητες μικρότερες των 100χαω. και αυτό προφανώς γιατί σε υψηλότερες ταχύτητες αποκτούν μεγαλύτερη βαρύτητα οι απώλειες κύλισης, μετάδοσης όπως και αυξάνεται η αδράνεια των περιστρεφόμενων μαζών (η οποία για λόγους απολοποίησης, μπορεί να θεωρηθεί ότι αυξάνει την μάζα του οχήματος).
Τέλος μην ξεχνάμε ότι ο κύριος όγκος δουλειάς της Bosch είναι με αυτοκίνητα.

Όπως γράφει ο μακαρίτης τεχν. συντάκτης του Perf.Bikes J.R., πρέπει αν είναι δυνατόν να απομονώσουμε την μετάδοση από το συμπλέκτη(δλδ να βάλουμε νεκρά - δεν φτάνει να πατήσουμε συμπλέκτη) (*1) .
Βέβαια και για αυτό υπάρχει λύση που θα αναφερθεί πιο κάτω(*2).
Γενικότερα πάντως, προσπαθούμε να μειώσουμε όσο είναι δυνατόν τις υπόλοιπες παρασιτικές απώλειες.
Εξυπακούεται δλδ. ότι ο αναβάτης πρέπει να έχει ένδυση που δεν επιβαρύνει αεροδυναμικά, η αλυσσίδα να είναι σε άριστη κατάσταση, τα λάστιχα να είναι στις προβλεπόμενες πιέσεις (δρόμου όχι πίστας) και ζεστά (τα κρύα λάστιχα έχουν υψηλότερο συντελεστή κύλισης).
Τέλος πρέπει να 'ανοίγουμε' και τα τακάκια στις δαγκάνες ώστε να μην έχουν επαφή με τους δίσκους.

Ok no problem, θα σκεφτεί κάποιος αφού δεν θέλουμε να πάμε πάνω από 100χαω. Ναι αλλά οι αεροδυναμικές δυνάμεις (ακούγεται πιο άσχημα απ'ότι διαβάζεται-aerodynamic forces), είναι μεγαλύτερες στις υψηλές ταχύτητες και οι επομένως ο ρυθμός επιβράδυνσης μεγαλύτερος και ευκολότερα μετρήσιμος.
Επίσης εδώ μπαίνουν και άλλα πρακτικά θέματα (στάση αναβάτη, ευθύβολη πορεία) που ίσως μας χαλάσουν τις μετρήσεις.

[dirtbird]

Bλέπουμε λοιπόν ότι θα βόλευε να κάνουμε την δοκιμή αρχίζοντας από υψηλότερη ταχύτητα.
Στις σύγχρονες sport μοτό από 600cc και πάνω, η 2η ταχύτητα βγάζει συνήθως από 140 χαω και πάνω. Δεν είναι όμως ότι πιο ενδεικνυόμενο να πηγαίνουμε σπασμένοι με 150 και πετάμε μιά νεκρά. Και αν θέλουμε να μετρήσουμε σε πιο υψηλές ταχύτητες (πχ μετξύ 200 και 170 χαω)?

(*2) Ένας τρόπος λοιπόν είναι να κάνουμε 2 τεστ με 2η ταχύτητα.
Στο πρώτο αφού επιταχύνουμε μέχρι π.χ. τα 120χαω βάζουμε νεκρά και μετράμε την επιβράδυνση μέχρι τα 90-100.
Στο δεύτερο επαναλαμβάνουμε με πατημένο συμπλέκτη.

Αν οι μετρήσεις δείξουν αισθητές διαφοροποιήσεις, προφανώς οι απώλειες από το συμπλέκτη είναι σημαντικές και δεν μπορούμε να τις παραβλέψουμε. Τότε, είτε θα προσπαθήσουμε μέσω ρύθμισης (αν είναι διαθέσιμη, δλδ συμπλέκτης με ντίζα) να τις περιορίσουμε, είτε θα περιοριστούμε σε δοκιμές με 2η σχέση.

[dirtbird]

Αρχικά δημιουργήθηκε από OldMan
Αεροδυναμική αντίσταση ενός οχήματος ...

edit: Ρίχτα όλα και μετά τα συμαζεύουμε σε στήλες, πίνακες κ.λ.π.

Παρότι το χρησιμοποίησα, έχω κάποιους ενδοιασμούς αφού ο όρος αεροδυναμική αντίσταση μοιάζει με δύναμη (που δεν είναι-αυτή είναι η οπισθέλκουσα).

Τεσπα, αυτό που πρέπει να γίνει κατανοητό (και ας μη στεκόμαστε σε ταμπέλες), είναι ότι το γινόμενο Cd*A υποδεικνύει την αεροδυναμική αποτελεσματικότητα ενός οχήματος (ως προς την έμπροσθεν πορεία).

[dirtbird]

O πρώτος πίνακας του SportRider

Στα στοιχεία του ZZR υπάρχει λάθος (Χωρίς Αναβάτη Cd*A=0.325) - θα διορθωθεί