ОСОБЛИВОСТІ МАТЕМАТИЧНОГО ТА КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ АЕРОДИНАМІКИ АВТОМОБІЛІВ З АНТИКРИЛОМ
https://doi.org/10.33815/2313-4763.2025.1.30.237-246
Анотація
Стаття стосується особливостей розрахунків аеродинаміки автомобілів з антикрилом. Ставиться та розв’язується питання – наскільки близька до адитивності задача окремого розрахунку антикрила та автомобіля без антикрила. У зв’язку з високою нелінійністю рівнянь Нав’є-Стокса, і тим більше з врахуванням додаткових рівнянь моделей турбулентності, повна адитивність, звичайно, відбуватися не може. Однак це питання важливе, особливо враховуючи той факт, що виробники антикрил як додаткових навісних елементів, вказують очікувані значення притискної сили, які отримані для антикрила без врахування взаємного впливу системи «автомобіль – антикрило». Для вирішення цього питання нами було проведено серію чисельних розрахунків засобами CFD, що відповідають експериментам в аеродинамічній трубі. Розрахунки виконувались на основі рішення зовнішньої аеродинамічної задачі з використанням k-ε моделі турбулентності. Послідовно вирішувалась задача обтікання автомобіля без антикрила, безпосередньо самого антикрила, та автомобіля з антикрилом, після чого результати порівнювались. За результатами розрахунків встановлено, що притискна сила антикрила, встановленого на автомобіль, більша, ніж притискна сила антикрила встановленого у вільному потоці. Аналогічно, аеродинамічний опір антикрила, що встановлене на автомобіль, більший, ніж аеродинамічний опір антикрила, що встановлене у вільному потоці. Вказані особливості є результатом коригування картини течії в присутності автомобіля, при цьому швидкість повітря, що надходить на антикрило, у присутності автомобіля більша, ніж відповідна швидкість у вільному потоці. Окрім того, у просторі між антикрилом та кузовом автомобіля спостерігається значне вихроутворення, що знижує тиск позаду антикрила та у вказаному просторі, тим самим збільшуючи відповідні сили у порівнянні з їх значенням у вільному потоці.
Посилання
2. Volkov, V. P., & Vilskyi, H. B. (2010). Teoriia rukhu avtomobilia: pidruchnyk. Sumy: Universytetska knyha.
3. Katz, J. (2016). Automotive aerodynamics. Chichester: John Wiley & Sons.
4. McBeath, S. (2006). Competition car aerodynamics: A practical handbook. Haynes Publishing.
5. Katz, J. (1995). Race car aerodynamics: Designing for speed. Cambridge: Bentley Publishers.
6. Shkvar, Y., Kandume, J., & Redchyts, D. (2024). The key role of modern aerodynamic trends in increasing the energy efficiency of high-speed vehicles. Transport Problems, 19(1), 63–70. https://doi.org/10.20858/tp.2024.19.1.09
7. Hucho, W.-H. (1998). Aerodynamics of road vehicles (4th ed.). SAE International.
8. Genta, G. (2006). Motor vehicle dynamics – Modeling and simulation. World Scientific Publishing Company.
9. Zhang, Y., Jian, J., Wang, G., Jia, Y., & Zhang, J. (2022). Research on vehicle aerodynamics and thermal management based on 1D and 3D coupling simulation. Energies, 15(18), 6783. https://doi.org/10.3390/en15186783.
10. Janson, T., & Piechna, J. (2015). Numerical analysis of aerodynamic characteristics of a high-speed car with movable bodywork elements. Archives of Mechanical Engineering, 62(4), 451–476.
11. Yehorov, A. A., Kulychenko, P. N., Rusanov, S. A., & Lobov, O. O. (2019). Vykorystannia detaley skladnykh profiliiv dlia zmenshennia aerodynamichnoho oporu [Use of complex-profile parts to reduce aerodynamic drag]. Visnyk KhNTU, (3)70, 22–30.
12. Piechna, J., Kurec, K., Broniszewski, J., Remer, M., Piechna, A., Kamieniecki, K., & Bibik, P. (2022). Influence of the car movable aerodynamic elements on fast road car cornering. Energies, 15(3), 689. https://doi.org/10.3390/en15030689.
13. Roberts, L. S., Correia, J. J., Mark, V., Finnis, M. V., & Knowles, K. (2015). Aerodynamic characteristics of a wing & flap configuration in ground effect & yaw. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 230, 841–854. https://doi.org/10.1177/0954407015596274.
14. Kurec, K., & Piechna, J. (2019). Influence of side spoilers on the aerodynamic properties of a sports car. Energies, 12, 4697. https://doi.org/10.3390/en12244697.
15. Szudarek, M., & Piechna, J. (2021). CFD analysis of the influence of the front wing setup on a time attack sports car’s aerodynamics. Energies, 14, 7907. https://doi.org/10.3390/en14237907.
16. Rusanov, S. A., Shyltsyn, Ya. V., Shatokhina, I. A., & Drozdov, M. S. (2025). Modeliuvannia aerodynamiky avtomobiliv z vrahuvanniam antykryla dlia pokrashchennia shcheplennia z trasoiu. Materialy XII Vseukrainskoi naukovo-praktychnoi konferentsii zdobuvachiv vyshchoi osvity ta molodykh vchenykh z avtomatychnoho upravlinnia, prysviachenoi Dniu raketno-kosmichnoi haluzi Ukrainy (p. 154). Kherson–Khmelnytskyi: Vydavnytstvo FOP Vyshemyrskyi V. S.
17. Mohammadi, B., & Pironneau, O. (1994). Analysis of the K-Epsilon turbulence model. Chichester, West Sussex: John Wiley & Sons.
