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乘用車與相鄰車道車輛氣動(dòng)相互作用的風(fēng)載和表面壓力測(cè)量

2024-11-12 07:42:36·  來源:AutoAero  
 
然而,稍后介紹的橫擺角度趨勢(shì)表明,這種壓力增加是一種小但真實(shí)的影響。如果是這樣,那么在這些縱向距離上,兩種車輛模型的相互影響可能是前車尾跡與后車壓力場(chǎng)的相互作用,導(dǎo)致車輛間區(qū)域的局部流線和尾跡偏離了孤立情況下會(huì)發(fā)生的情況。需要進(jìn)行流動(dòng)測(cè)量或計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)來驗(yàn)證這種影響。

當(dāng)縱向距離減小到 -1.0 和 -0.5 車長(zhǎng)時(shí),這兩個(gè)模型在 X 方向上相互重疊,DrivAer 仍處于阻力減小的狀態(tài),而 AeroSUV 的阻力則有所增加。這與 DrivAer 模型前表面的前向推力增強(qiáng)有關(guān),而 Aero-SUV 模型上可測(cè)量的基礎(chǔ)壓力降低與前角壓力增加的增強(qiáng)有關(guān)。X/L = -0.5 的條件代表了在 0°橫擺角下 AeroSUV 測(cè)量到的最低基礎(chǔ)壓力狀態(tài)。

當(dāng)兩個(gè)模型并排放置時(shí),在 X/L = 0 處,它們都經(jīng)歷了比單獨(dú)車輛狀態(tài)更大的阻力增加。在大多數(shù)壓力測(cè)量點(diǎn),除了兩個(gè)車輛模型之間的前角,觀察到 CP 普遍下降。基礎(chǔ)壓力的降低是兩個(gè)模型阻力增加的最主要原因,而前角壓力的增加是次要影響。這些壓力模式的變化類似于在側(cè)壁接近性研究中觀察到的變化。正如其他研究者對(duì)并排車輛配置的數(shù)據(jù)所強(qiáng)調(diào)的,內(nèi)前角壓力的增加是由于多車輛體前方更大的有效滯止區(qū)域,使每個(gè)體的滯止點(diǎn)向中間移動(dòng),導(dǎo)致有效橫擺角度的小幅增加。在圖10和圖11中,ΔC P,iso 中前角側(cè)向不對(duì)稱性與非0°橫擺角度條件相似,證實(shí)了這一影響,側(cè)向壓力差的幅度表示小橫擺角度,約為幾度。

由于 AeroSUV 的定位比 DrivAer 模型更靠下游,在很大程度上,這兩種車型表面壓力的趨勢(shì)是相反的。在 X/L = 0.5 和 1.0 時(shí),DrivAer 的前角壓力增大,底部壓力減小,而 AeroSUV 由于其前表面的低壓導(dǎo)致推力增大。在 X/L = 1.5 及更遠(yuǎn)的位置,Aero SUV 的前角吸力以及 DrivAer 無法測(cè)量的底部壓力增大可能是兩種車型阻力減小的原因。這里在 X/L = ±0.5 時(shí)對(duì)先導(dǎo)車輛的高阻力和對(duì)跟隨車輛的低阻力的觀察類似于賽車運(yùn)動(dòng)中的側(cè)向氣流效應(yīng)。這里觀察到的推拉效應(yīng)表明,Gan 等人對(duì)側(cè)向氣流效應(yīng)的解釋,即先導(dǎo)車輛阻力的增加是由于重新定向的氣流撞擊擾流板并增加其阻力,可能只是強(qiáng)調(diào)了多種機(jī)制中的一種。此處展示的結(jié)果表明,對(duì)于沒有擾流板且具有不同后部形狀(轎車和 SUV)的車輛,壓力場(chǎng)變化在創(chuàng)造推拉場(chǎng)景方面起主導(dǎo)作用,并且可能是側(cè)向氣流效應(yīng)的更主要機(jī)制。對(duì)每輛車的不同影響使得跟隨車輛由于阻力減小而加速向前,同時(shí)由于阻力增大而使領(lǐng)先車輛減速。

為了研究橫擺角度對(duì)表面壓力的影響,僅展示了+10°橫擺角度的一組數(shù)據(jù),以突出在所有測(cè)試偏航條件下觀察到的重要特征。這些數(shù)據(jù)在圖14中顯示,對(duì)于DrivAer-AeroSUV組合。從X/L=0到+2.0(下五個(gè)圖),兩種模型的ΔC P,iso趨勢(shì)與圖13中相應(yīng)的0°橫擺角度條件相似。當(dāng)并排位于X/L=0時(shí),兩種模型都經(jīng)歷了內(nèi)前角壓力的增加,但迎風(fēng)側(cè)AeroSUV在更大面積上的壓力增加效果更大,而背風(fēng)側(cè)DrivAer在更大面積上的壓力減少。這些綜合作用導(dǎo)致AeroSUV的阻力增加,但DrivAer前角效應(yīng)的減少導(dǎo)致阻力變化中性。總體而言,DrivAer模型的大部分表面壓力似乎有所減少,平衡了增加的前向推力和增加的底部阻力。隨著AeroSUV進(jìn)一步向后移動(dòng),這種整體壓力減少消失,DrivAer的阻力主要由于底部壓力的減少而增加。從 X/L = 0.5 到 1.0,DrivAer 模型的基礎(chǔ)壓力降低量明顯大于在橫擺角為 0°時(shí)所觀察到的降低量。

對(duì)于所有X/L < 0的位置(圖14中的前四張圖),橫擺角對(duì)DrivAer模型的影響最為顯著。ΔCP,iso結(jié)果顯示,前側(cè)內(nèi)角處的壓力顯著降低,同時(shí)下風(fēng)側(cè)/右側(cè)底部的壓力增加。這種綜合效應(yīng)揭示了力系數(shù)顯著減小的原因,以及兩種車輛模型如何影響局部流場(chǎng)。將圖14中X/L < 0時(shí)的ΔCP,iso結(jié)果與圖10中的ΔCP,yaw進(jìn)行比較,特別是-10°條件下的結(jié)果,表明在X/L < 0且橫擺角為+10°時(shí),DrivAer模型的橫擺角有效減小。類似的前表面壓力不對(duì)稱模式表明橫擺角發(fā)生了變化。這些模式并不完全匹配,接近情況下底部壓力相應(yīng)增加,這表明AeroSUV模型的尾流可能與DrivAer模型的側(cè)面和底部產(chǎn)生了相互作用。需要通過流動(dòng)可視化來驗(yàn)證這一假設(shè)。

在0°和10°橫擺角下,兩種模型的前表面均觀察到多次ΔCP,iso的側(cè)向不對(duì)稱現(xiàn)象。鑒于這些不對(duì)稱現(xiàn)象主要發(fā)生在前車,因此這種不對(duì)稱表明后車以這樣的方式影響整體流場(chǎng),使前車經(jīng)歷有效橫擺角的變化。這不僅有助于解釋車輛阻力系數(shù)的變化,還解釋了之前提到的側(cè)力系數(shù)的變化。例如,在10°橫擺角的并排模型中,AeroSUV前右角的高壓使車輛向左偏轉(zhuǎn),抵消了孤立條件下的向右側(cè)力,表明橫擺角減小。從圖13和圖14的ΔCP,iso結(jié)果中還可以觀察到另一個(gè)重要現(xiàn)象:在任何給定的縱向間距下,表面壓力的最大降低發(fā)生在兩車最接近的區(qū)域,例如前車的底部和后車的前部,以及并排時(shí)兩車的大部分區(qū)域。這一觀察結(jié)果似乎對(duì)力系數(shù)的變化貢獻(xiàn)最大,表明主要的接近效應(yīng)是兩車對(duì)整體流場(chǎng)的共同阻擋。風(fēng)洞中模型的總阻擋率(約2-3%)不足以解釋所觀察到的效應(yīng)是由隧道壁引起的,因此可以將其歸因于車輛模型之間的真實(shí)接近阻擋效應(yīng)。這里觀察到的ΔCP,iso模式與Kremheller在貨車超車乘用車現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中觀察到的模式相似。但這里的幅度較小,這是由較小的接近車輛和兩車之間缺乏相對(duì)運(yùn)動(dòng)所預(yù)期的。超車運(yùn)動(dòng)通常由于與超車車輛更快移動(dòng)相關(guān)的更高相對(duì)動(dòng)壓而導(dǎo)致載荷發(fā)生更大變化,因此,瞬態(tài)超車研究結(jié)果可能表明靜態(tài)接近效應(yīng),但可能高估了幅度。下一節(jié)將討論車輛尺寸效應(yīng)。

圖片

圖 14 在橫擺角為 10°時(shí),DrivAer(右車道)和 AeroSUV(左車道)的地面壓力系數(shù)偏離孤立車輛條件的偏差,X/L 范圍從 -2.0(頂部)到 +2.0(底部)

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