Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô

70 Likes 3 Comments
Độ lớn và tiết diện các mặt cản gió trên ô tô

Giới thiệu về Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô:

Sơ đồ mô phỏng dòng chảy lưu chất trên ô tô
Sơ đồ mô phỏng dòng chảy lưu chất trên ô tô

Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô được xem là yếu tố sống còn của các xe thể thao và xe đua. Do ngoài việc nâng cao công suất, tối ưu lực kéo từ lốp xe ô tô với mặt đường (Các bác đọc tài liệu lý … lốp xe để rõ hơn) và phương án cuối cùng đó là giảm Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô. Các bác cùng ad tìm hiểu thêm nhé.

Khí động học – Bài toán đau đầu để nâng cao tốc độ tối đa của ô tô:

Khi nhắc về khí động học, chắc chắn các bác sẽ nghe qua một khái niệm đó là hệ số cản gió. Hệ số cản gió này rất đặc biệt thông thường nó rơi vào khoảng 0.58 – 0.7, vậy hệ số cản gió này cao tốt hay thấp tốt? Câu trả lời là càng thấp càng tốt do hệ số cản gió này là yếu tố quyết định lực cản gió tác dụng lên ô tô. Hệ số cản gió càng thấp, lực cản gió sẽ càng thấp và hệ số cản gió càng cao thì lực cản gió cũng tăng lên. Giả sử Ad có 2 ô tô được bố trí động cơ như nhau, hộp số như nhau và cả cụm hệ thống truyền lực như nhau và chỉ khác nhau ở hình dạng thân xe. Hình dạng thân xe sẽ quyết định đến hệ số cản gió của ô tô. Khi cùng thời gian tăng tốc thì khoảng thời gian cần thiết để ô tô đạt đến vận tốc tối đa của xe có hệ số cản gió thấp sẽ ngắn hơn so với xe có hệ số cản gió cao. Đồng thời, tốc độ cực đại của xe có hệ số cản gió thấp cũng cao hơn so với hệ số cản gió cao.

Ảnh hưởng của hình dạng ô tô đến khí động lực học ô tô
Ảnh hưởng của hình dạng ô tô đến khí động lực học ô tô
Các thành phần hệ số cản không khí trên ô tô
Các thành phần hệ số cản không khí trên ô tô

Đó là lý do tại sao các ô tô thể thao hay xe đua thường được thiết kế theo kiểu gầm đụng đất. Đó là một cách giúp hướng dòng khí đi lên trên thân xe để giúp giảm lực cản gió tác dụng vào ô tô.

Vậy, cách để giảm lực cản gió trên ô tô bằng cách nào?

Phương án tối ưu Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô:

Ta có thể thấy Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô là rất lớn và đây là vấn đề cần được quan tâm. Do nếu để ô tô đạt đến tốc độ tối đa 300km/h thay vì ta sử dụng một động cơ lớn thì bây giờ, nếu tối ưu tốt Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô ta chỉ cần sử dụng một động cơ hợp lý nhưng vẫn giúp ô tô có thể đạt đến tốc độ tối đa lên 300km/h. Mà giảm được dung tích động cơ thì giá thành ô tô giảm 1 cách rõ rệt.

Vậy, ta tối ưu Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô bằng cách nào. Phương án đầu tiên đó chính là giảm hệ số cản gió trên ô tô. Việc giảm hệ số cản gió trên động cơ sẽ được các nhà kỹ sư ô tô thiết kế trên các phần mềm mô phỏng khí động học như CFD (Computional Fluid Dynamics) để chọn ra hình dạng tối ưu nhất.

Độ lớn và tiết diện các mặt cản gió trên ô tô
Độ lớn và tiết diện các mặt cản gió trên ô tô
Sơ đồ mô phỏng xác định vị trí cản trở lớn nhất của dòng chảy lưu chất lên ô tô
Sơ đồ mô phỏng xác định vị trí cản trở lớn nhất của dòng chảy lưu chất lên ô tô

Nếu nói về các hình dạng ô tô Ảnh hưởng của khí động học, ta sẽ có thêm một số khái niệm mới. Khái niệm đầu tiên là góc kính chắn gió.

Góc kính chắn gió là góc hướng dòng lưu chất đầu tiên trên ô tô và đây cũng là góc quyết định sự chuyển động của dòng lưu chất là dòng chảy phân tầng hay dòng chảy rối. Thông thường, thì ta sẽ thiết kế góc kính chắn gió sao cho theo góc này lưu chất có thể đi về phía sau đuôi xe sao cho các phần tử lưu chất ít bị chảy rối nhất (Do diện tích tiếp xúc của kính chắn gió đã chiếm gần hết 40% hình mặt cắt dọc của ô tô).

Khái niệm thứ hai đó là góc thoát sau. Góc thoát này sẽ quyết định sự hình thành áp suất chân không ở phía sau thân xe. Áp suất chân không này gây ra rất nhiều nhược điểm cho ô tô như là tạo ra lực nâng trên các bánh xe dẫn đến bánh xe mất dần lực bám, nhược điểm thứ 2 nữa đó chính là tạo ra sự chuyển động rối của lưu chất ở phía sau xe và gây ra cản trở các phần tử lưu chất phía trước dẫn đến việc các phần tử lưu chất sẽ bị dồn lên phía trước và gây tăng lại lực cản gió lên ô tô.

Ảnh hưởng của góc thoát sau đến tính năng khí động học ô tô
Ảnh hưởng của góc thoát sau đến tính năng khí động học ô tô

Nguyên nhân hình thành lực nâng thì nó y chang như nguyên lý làm việc của động cơ phản lực trên máy bay. Khi hình thành áp suất âm phía trên đầu xe, lúc này, dòng khí đang có áp suất dương sẽ chuyển động đến vùng có áp suất âm và chính vì thế, vô tình tạo ra 1 lực nâng nâng bánh xe lên khỏi mặt đường. Như chúng ta đã đọc qua tài liệu Lý thuyết động học chuyển động ô tô và nguyên lý điều khiển của hệ thống cân bằng điện tử ESC thì lực bám giảm nghĩa là giảm lực kéo tác dụng lên các bánh và ô tô sẽ bị mất công suất. Để đảm bảo ô tô không bị ảnh hưởng của lực nâng thì lúc này, ta tận dụng các biên dạng thiết kế cánh của máy bay. Máy bay được thiết kế sao cho vùng áp suất âm ở phía trên và áp suất dương ở phía dưới để cho có dòng chuyển dịch áp suất này nâng máy bay bay lên. Tương tự, ta áp dụng phương pháp này nhưng ta quay ngược biên dạng của cánh máy bay xuống và biên dạng nó nhìn giống hình đuôi cá và nhờ có cánh hướng dòng của bộ đuôi cá này, áp suất được phân bố khác hẳn, phía trên đuôi cá là áp suất dương và phía dưới là áp suất chân không. Chính vì có sự chuyển dịch áp suất như vậy mà ta có thể tăng thêm được lực bám của bánh xe lên mặt đường (Do sự dịch chuyển của 2 khu vực áp suất đó tác dụng lên đuôi cá 1 áp lực từ trên xuống). Đấy chính là cách tối ưu Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô đơn giản nhất.

Sự phân bố áp suất khí động khi ô tô di chuyển
Sự phân bố áp suất khí động khi ô tô di chuyển
Độ lớn lực nâng của khí động khi ô tô di chuyển trên ô tô-min
Độ lớn lực nâng của khí động khi ô tô di chuyển trên ô tô-min

Yếu tố thứ 3 đó chính là góc thoát trướcgóc thoát sau. Các bác biết tại sao ô tô thể thao thường tìm cách thiết kế sao cho hạ thấp gầm nhất tối đa có thể không. Đấy là do họ muốn thiết kế ô tô có góc thoát trước thấp để tránh dòng khí đi vào các hộc bánh xe. Khi dòng khí đi vào các hộc bánh xe cũng sẽ tạo ra sự chuyển động rối của dòng khí và khi đó cũng làm giảm tốc độ của ô tô.

Ảnh hưởng của góc thoát sau đến tính năng khí động học ô tô
Ảnh hưởng của góc thoát sau đến tính năng khí động học ô tô

Yếu tố thứ 4 để tối ưu Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô bằng cách thay đổi biên dạng của mũi xe. Đây được xem là chi tiết quyết định nhiều nhất đến tối ưu Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô hầu hết những cản trở của dòng lưu chất đều do chi tiết này. Nếu mũi xe được thiết kế sao cho ô tô có thể “Xé” gió và hạn chế tối đa diện tích tiếp xúc của lưu chất đến biên dạng mũi xe (Áp suất lưu chất tiếp xúc với biên dạng mũi xe sẽ tạo ra áp lực cản trở chuyển động của ô tô). Chính vì thế mà các bác để ý các xe như Lamborgini thường thiết kế đầu xe họ toàn những cạnh sắc nhọn. Việc thiết kế đó có thể là do họ yếu tố thẩm mỹ nhưng quan trọng hơn vẫn là để tối ưu Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô.

Bài viết Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô khá dài, Ad cũng không phải là chuyên môn ở lĩnh vực này nên chỉ cung cấp các bác tài liệu đọc cho vui. Các bác có thể tham khảo sâu hơn ở tài liệu cơ lưu chất của cô Bông chẳng hạn. tài liệu mà Ad gửi chỉ để đọc kiểu “Cưỡi ngựa xem hoa” thôi.

LINK DOWNLOAD:

Tài liệu về ảnh hưởng của hệ số cản gió và hình dạng thân xe đến chuyển động của ô tô:

Google Drive

Tài liệu về nghiên cứu và tính toán Ảnh hưởng của khí động học đến chuyển động của ô tô:

Google Drive

Tài liệu liên quan:

Tài liệu thiết kế ô tô chuyên dùng

Cấu tạo hệ thống khung vỏ trên ô tô

Cấu tạo hệ thống khung gầm trang bị trên ô tô Audi A3

Đào tạo Cấu tạo Hệ thống khung gầm Audi A7

You might like

About the Author: Trần Tuấn Dũ

Xin chào các bạn, tôi là Trần Tuấn Dũ sinh năm 1997 và hiện đang là sinh viên nghành kỹ thuật ô tô của trường ĐH Bách Khoa TPHCM. Ngoài việc học hành, thì tôi có một sở thích đó là sưu tầm tài liệu chuyên nghành. Nhưng thời gian tôi có hạn và tôi cảm thấy là tôi không thể đọc hết được. Nhưng trong thời gian học tập và làm việc tại trường, tôi thấu hiểu cảm giác la lếch khắp Google để xin tài liệu. Nay tôi tạo Website này để hỗ trợ Anh/em đang học tập cũng như Anh/em đang làm trong nghề ô tô để tiết kiệm thời gian tìm kiếm tài liệu

3 Comments

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *